无机化学第三版课件第16章硼族

1、116162 2 硼族单质及其化合物硼族单质及其化合物16161 1 硼族元素的通性硼族元素的通性16163 3 铝及其化合物铝及其化合物第第1616章章 硼族元素硼族元素2无定形无定形 B(棕色粉末棕色粉末)晶体晶体 B： a a 菱形硼菱形硼(黑灰色黑灰色)硼硼B12二十面二十面体结构单元体结构单元3棱数：每个棱数：每个B与另与另5个个B 相连，有相连，有5条棱与条棱与之有关，之有关， 合计合计512/2 = 30条棱。条棱。 41 与外部与外部B12 成键：成键：（1）腰部：）腰部： 6个个B原子（编号原子（编号1、2、7、12、10、4）与同一平面内相邻的另）与同一平面内相邻的另6个个

2、B12共形成共形成6个个3c-2e键，用去键，用去62/3e = 4e 。（2）顶部和底部：）顶部和底部： 顶部（编号：顶部（编号：3、8、9）和底部（编号）和底部（编号5、6、11）各）各3个个B原子与上一层原子与上一层3个个B原子或下原子或下一层一层3个个B原子共形成原子共形成6个正常个正常B-B 2C-2e键，键，共用去共用去6（2/2）e = 6e 。 与外部与外部B12 成键共用去成键共用去4e + 6e = 10 e52 B12 单元内部成键单元内部成键 ：由由“多面体顶角规则多面体顶角规则”确定：确定： 多面体顶点数多面体顶点数 n12成键轨道数成键轨道数 n+113成键电子数成

3、键电子数2n+226 总的价电子数：总的价电子数：10 + 26 = 36 与与B12价电子数一致。价电子数一致。 6222522Mg(OH)2 NaBO2 )NaOH(2 OHOBMg 浓浓32742222NaCO OH10OBNa2 OH10 CO NaBO4 4233242742SONa BOH 4 OH 5 SOH OBNa O3H OBBO2H23233 3MgO)2B(3Mg OB32 粗粗7粗硼含金属氧化物、硼化物粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的及未反应完的 B2O3纯硼纯硼(95 % 98 %)BI3233I 2B2BI (99.95%)8(1) B易在氧中燃烧易在氧中燃烧

4、:322O2B3O4B (2) 与非金属作用：与非金属作用：B 能与能与F2(R.T.)、l2、 Br2、S、N2(高温下高温下)反应，分别得到反应，分别得到 BF3、BCl3、BBr3、B2S3和和BN(在空在空 气中燃烧有少量此产物）。气中燃烧有少量此产物）。 B。9(3) 与酸的作用：它不与盐酸作用，与酸的作用：它不与盐酸作用， 仅与氧化性酸作用。仅与氧化性酸作用。 2334223333SOBO2HSO3H2B3NOBOH3HNOB(4) 与强碱作用：与强碱作用： 2333HBO2Na)6NaOH(2B熔融熔融10 硼烷有硼烷有 和和两大类，前两大类，前者较稳定，后者稳定性较差。者较稳定

5、，后者稳定性较差。硼烷多数有毒、有气味、不稳定、硼烷多数有毒、有气味、不稳定、强还原性、能水解。在空气中激烈地燃强还原性、能水解。在空气中激烈地燃烧且放出大量的热。烧且放出大量的热。 23326232622322626HBO2HO6HHB6HX2BX6XHBO3HOB3OHB11实验测定实验测定 2个个 B 与与4个个 H 共面共面 HNMR (4? 2) B2H6 具有逆磁性具有逆磁性12Lipscomb W (美国美国)“多中心键的理论多中心键的理论” 获获1976年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖13结合力结合力主要是静电作用主要是静电作用共价键共价键( )键能键能小（与分子间力小（与分子间力

6、相近）相近） 较大（小于正常较大（小于正常共价键）共价键）H 连接连接的原子的原子电负性大、半径电负性大、半径小的原子，主要小的原子，主要是是F、O、N缺电子原子，主缺电子原子，主要是要是B与与H相连相连的原子的的原子的对称性对称性不对称不对称(除对称氢键外除对称氢键外)对对 称称14 端侧的端侧的BH 键键( ) 正常的正常的BB 键键( ) B BBHB BBB B 闭合的闭合的B 桥键桥键( ): 开放的开放的B 桥键桥键( ): 氢桥键氢桥键( ):15成键情况成键情况BHBB键的个数键的个数xystHB BBB B2xsysntsmxms2m 除去骨架除去骨架BH键后键后剩余的剩余的

7、BH键数目键数目16：画出画出 B5H9 的结构。的结构。n=5，m=42xsysntsmxms2m s=4，x0t=1，y=2BBBBBHHHHHHHHH17：画出画出 B6H10 的结构。的结构。n=6，m=42xsysntsmxms2m s=4，x0t=2，y=2HBBBBBBHHHHHHHHH18 BF3 BCl3BBr3 BI3BX键能键能 613.3 456 377 263.6熔沸点熔沸点 19NHHHBFFFNHHHBFFF+)(HBF HF BF43强酸强酸 3HBF BOH O3H 4BFI) Br, Cl,(X 3HX BOH O3H BX433233323 20B2O3

8、B2O3 溶于水生成硼酸，但在热的溶于水生成硼酸，但在热的 水蒸气中生成可挥发的偏硼酸：水蒸气中生成可挥发的偏硼酸： 熔融的熔融的B2O3 可溶解许多金属氧化物，可溶解许多金属氧化物， 得到有特征颜色的偏硼酸盐玻璃。得到有特征颜色的偏硼酸盐玻璃。2232332322HBO )(OH3 OB BOHOH3 OB 蒸气蒸气)( )Ni(BONiO OB)( )Cu(BOCuO OB22322232绿色绿色蓝色蓝色 21 B(OH)3 是是白色片状晶体，为少白色片状晶体，为少见的见的固体酸。固体酸。H3BO3的晶体中：的晶体中：B原子以原子以杂化杂化每个每个O原子通过原子通过连成片状结构，连成片状结

9、构，层与层之间则以层与层之间则以相吸引。相吸引。H3BO3OBOOHHHOBOOHHHHHHOOBOHHHOOBOHHHOOBOHHHOOBO片层结构22 H3BO3 在冷水中的溶解度很小，在冷水中的溶解度很小， 加热时由于晶体中的部分氢键加热时由于晶体中的部分氢键 被破坏，其溶解度增大。被破坏，其溶解度增大。OHB(OH)3 +H2OBHOOHOH + H+10a108 . 5 K23（如甘露醇、（如甘露醇、甘油等）甘油等）BHOCHOHCH2CH2HOHOO HO H+BOCHOHCH2CH2OO + H+ + 2H2O2432742 23OBOBHHBOB(OH)140160 120 5

10、00 H3BO3受热脱水。受热脱水。 H3BO3和甲醇或乙醇在浓和甲醇或乙醇在浓H2SO4存在的条件下，生成挥发性硼酸酯，存在的条件下，生成挥发性硼酸酯，硼酸酯燃烧产生硼酸酯燃烧产生。 根。根。O3H)B(OCHOH3CHBOH233333 25 除除IA族金属元素以外，多数族金属元素以外，多数金属的硼酸盐不溶于水。多硼酸金属的硼酸盐不溶于水。多硼酸盐加热时容易玻璃化。盐加热时容易玻璃化。硼砂：硼砂：实际上结构为实际上结构为 Na2B4O5(OH)4 8H2OBOHOOBOHOBOHBOOOH2-BOBOOOOOHHOBBHOOH2-26 Na2B4O5(OH)4 8H2O 易溶于水，易溶于水

11、，。2H3BO3 + 2B(OH)3 构成缓冲溶液构成缓冲溶液 pH = 9.24 (20) 2OH BO4H O5H (OH)OB3322454（） 与酸反应制与酸反应制 H3BO3 4233242742SONa BO4H O5H SOH OBNa 27 脱水脱水 风化脱水风化脱水 Na2B4O7体积膨胀体积膨胀 受热脱水受热脱水 硼砂玻璃硼砂玻璃232742NaBO2)Co(BOCoO OBNa ()28() Al为为。铝是相当活泼的金属，在适当条件下可。铝是相当活泼的金属，在适当条件下可与与 O2 、卤素、卤素、S 、N2、 P、 C 等以及与水、等以及与水、酸和碱反应酸和碱反应. 铝与氧的亲和力很高：铝与氧的亲和力很高：1mf322molkJ 1676 OAl2O3Al2 H 242233H2Al(OH)O6H2OH2Al3H2Al6H2Al29刚玉刚玉硬度大，不溶于硬度大，不溶于水、酸、碱水、酸、碱活性氧化铝，可溶活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为于酸、碱，可作为催化剂载体。催化剂载体。黄玉黄玉 ()( (Fe3+,Cr3+) () (Fe3+) )30Al(OH)3 是典型的是典型的。新制备的新制备的Al(OH)3易溶于酸也易易溶