北师大版无机化学课件第十七章

1、无机化学无机化学无机化学第第17章章 碳碳 硅硅 硼硼无机化学 17.2 碳碳 17.4 硼硼 17.1 通性通性 17.3 硅硅主要内容主要内容 无机化学本章教学要求本章教学要求1掌握碳、硅、硼的单质及其含氧化合掌握碳、硅、硼的单质及其含氧化合物的制备和性质；物的制备和性质；2通过硼及其化合物的结构和性质，了通过硼及其化合物的结构和性质，了解硼的缺电子特性；解硼的缺电子特性；3了解硅酸及其硅酸盐的结构与特性；了解硅酸及其硅酸盐的结构与特性；4认识碳、硅、硼之间的相似形与差异认识碳、硅、硼之间的相似形与差异.无机化学17.1 通性通性C、Si为同族，为同族，B与与Si为对为对角性质相似。角性质

2、相似。对角线规则：对角线规则：在在周期表周期表中，中，某一元素的性质和它某一元素的性质和它左上左上方或右下方方或右下方的另一的另一元素性元素性质的相似性质的相似性，称为对角线，称为对角线规则。规则。(Li-Mg、Be-Al、B-Si)C、Si、B典型非金属典型非金属Al、Ga、In、TI 和和Ge、Sn、Pb典型金属性典型金属性无机化学C、Si、B的相似性的相似性：（1）电负性大，电离能高，失去电子难，电负性大，电离能高，失去电子难，以形成共价化合物为特征。以形成共价化合物为特征。（2）C、Si、B都有自相成键的特征，即都有自相成键的特征，即C-C、 Si-Si、B-B形成氢化物形成氢化物成烷

3、特征。成烷特征。（3）亲氧性，尤其亲氧性，尤其SiO、BO键能大。键能大。（4）单质几乎都是原子晶体。单质几乎都是原子晶体。无机化学硼硼(Boron)是是戴维戴维等发现的。硼化等发现的。硼化学的研究仅是最近五十年的历史，它可以学的研究仅是最近五十年的历史，它可以与碳媲美。与碳媲美。碳碳(Carbon)是是有机世界的主角有机世界的主角，由，由于碳自相成链的能力最强，因此碳的化合于碳自相成链的能力最强，因此碳的化合物是最多的。物是最多的。硅硅(Silicon)贝采利乌斯贝采利乌斯1823年发现，年发现，拉丁文（石头）中译为拉丁文（石头）中译为“矽矽”，因与锡同，因与锡同音，改为音，改为“硅硅”。硅

4、是。硅是无机世界的主角无机世界的主角，二氧化硅是构成地壳的主要成分。二氧化硅是构成地壳的主要成分。无机化学 C Si B 原子序数原子序数 6 14 5价电子层结构价电子层结构 2s22p2 3s23p2 2s22p1主要氧化值主要氧化值 +IV,+II,0(-II,-IV) +IV(+II),0,(-IV) +III,0 共价半径共价半径/pm 77 117 88第一电离能第一电离能/kJmol-1 1086.5 786.6 800.7电负性电负性(p) 2.5 1.8 2.017.1.1 元素的基本性质元素的基本性质这些元素的电负性大，要失去价电子层上的这些元素的电负性大，要失去价电子层上

5、的1-2个个p电子成为正离子是困难，它们倾向于电子成为正离子是困难，它们倾向于将将s电子激发到电子激发到p轨道而形成较多的共价键，轨道而形成较多的共价键，所以碳和硅的常见氧化态为所以碳和硅的常见氧化态为+IV，硼为，硼为+III。无机化学( (1) ) 价层结构价层结构： C： 2s22p2 价电子数价轨道数，等电子原子。价电子数价轨道数，等电子原子。 B： 2s22p1 价电子数价轨道数，缺电子原子。价电子数价轨道数，缺电子原子。17.1.2 电子构型和成键性质电子构型和成键性质 (2) 成键性质成键性质 C Si B 键型键型 以共价键为主，且自相成键以共价键为主，且自相成键杂化类型杂化类

6、型 sp,sp2,sp3 sp3,sp3d2 sp3或或sp2 除了除了键键 p-p键键 d-p配键配键 多中心键多中心键无机化学 半径小，电负性大，可形成重键（半径小，电负性大，可形成重键（p-p 键），多键），多C键。键。CC CC CO CN 等等 而而Si则是以共价则是以共价单键单键为主。为主。(3) C的特殊性的特殊性 C无无d轨道，轨道，Si有有3d轨道，轨道，B有空的有空的p轨道。轨道。H2O+HClOH2SiClClClClOHSiClClClSiClClClClC无无2d轨道，故轨道，故CCl4不能与水反应。不能与水反应。无机化学B用用sp2或或sp3杂化轨道成键时，除了能杂

7、化轨道成键时，除了能形成一般的形成一般的键以外，还能形成多中心键。键以外，还能形成多中心键。例如例如3个原子共用个原子共用2个电子所成的键就叫做个电子所成的键就叫做三三中心两电子键中心两电子键。B2H6(4) B的特性的特性 形成多中心键形成多中心键。无机化学 一些单键键能的平均值（一些单键键能的平均值（kJkJmolmol-1-1）硼与氧结合的键硼与氧结合的键 能最大，其次是能最大，其次是 硅，它们主要以硅，它们主要以 氧化物矿存在氧化物矿存在。(5) Si、B均为亲氧元素均为亲氧元素元素自相成链能力以碳元素自相成链能力以碳最强，它构成了有机物最强，它构成了有机物的骨架的骨架碳与氢结合的键能

8、碳与氢结合的键能最大，它构成了庞最大，它构成了庞大的有机物界大的有机物界无机化学纳米半导纳米半导体材料体材料太阳电池太阳电池材料材料光子带隙材料光子带隙材料硅单晶材料硅单晶材料分子筛分子筛碳碳- -碳复合材料碳复合材料高能燃料高能燃料人造金刚石人造金刚石 无机非金属材料库无机非金属材料库无机化学碳碳硅硅硼硼煤煤 石油石油 天天 然然 气气金金 刚刚 石石石石 墨墨白云石白云石石灰石石灰石动植物动植物 CO2碳是自然界化合物种类最碳是自然界化合物种类最多的元素，达多的元素，达400多万种多万种丰度丰度 0.0230.023% %25.9025.90% %1.21.21010-3-3% % 第二位

9、，硅酸盐矿，石英矿。第二位，硅酸盐矿，石英矿。硼砂矿硼砂矿(Na2B4O7 10H2O)、硼镁硼镁矿矿(Mg2B2O5 H2O)等等17.1.3 存在形式存在形式无机化学17.2.2 碳的化合物碳的化合物17.2.1 单质单质17.2 碳碳 无机化学17.2.1 单质单质碳单质的同素异形体：碳单质的同素异形体：(1) 金刚石：金刚石：原子晶体原子晶体, 硬度最大硬度最大, 熔点最高。熔点最高。金刚石金刚石(sp3杂化杂化)无自由电子，不导电。无自由电子，不导电。工业上用作钻头、工业上用作钻头、刀具、精密轴承等刀具、精密轴承等 俗称钻石，可作装俗称钻石，可作装饰品饰品薄膜可制作手术刀、薄膜可制作

10、手术刀、集成电路、散热芯集成电路、散热芯片及各种敏感器件片及各种敏感器件无机化学 CH4 H2C微波（频率微波（频率 2.45106 s-1）33.7 kPa, 1273 K 溶剂热法（溶剂热法（ 20世纪世纪90年代年代）CCl4(l) + Na(s)非晶碳的金刚石非晶碳的金刚石Ni-Co-Mn合金催化剂合金催化剂700金刚石的合成金刚石的合成 高温、高压、高温、高压、催化剂催化剂合成合成FeS（熔剂，催化剂）（熔剂，催化剂）5106 Pa 10106 Pa ， 1500 2500 D DGmq q = 2.866 kJ mol -1无机化学(2) 石墨：石墨：层状结构，质软，熔点极高。层状

11、结构，质软，熔点极高。 碳原子碳原子 sp2 杂化，形成分子平面杂化，形成分子平面用途：制作电极和高温热电偶，化工设备，防射线材用途：制作电极和高温热电偶，化工设备，防射线材料等，石墨粉可用作润滑剂、颜料和铅笔芯。料等，石墨粉可用作润滑剂、颜料和铅笔芯。 木炭和焦炭基本木炭和焦炭基本属于石墨类型，属于石墨类型，但是晶形不完整。但是晶形不完整。nn碳原子的碳原子的pz 轨道互相平行，均垂轨道互相平行，均垂直于分子平面，在层内形成直于分子平面，在层内形成 键。键。有离域有离域 电子，故石墨导电。层间电子，故石墨导电。层间分子间作用力小，易滑动，有润分子间作用力小，易滑动，有润滑性。滑性。无机化学(

12、3) 无定形碳（低结晶度石墨）：无定形碳（低结晶度石墨）：木炭木炭、焦焦炭炭、炭黑炭黑、玻璃态碳玻璃态碳和和碳纤维碳纤维等。活化处等。活化处理，其比表面增大，有更高的吸附能力，理，其比表面增大，有更高的吸附能力，为为活性炭，活性炭，用作吸附剂、脱色、去臭等。用作吸附剂、脱色、去臭等。 建议的碳建议的碳黑的结构黑的结构碳纤维碳纤维每架波音每架波音-767飞机飞机需用需用 1 t 碳纤维材料碳纤维材料碳碳- -碳复合材料碳复合材料（隐形飞机）（隐形飞机）无机化学 C60 是由是由12个个五边形和五边形和20个六边形组个六边形组成的成的32面体。面体。(4) 碳原子簇碳原子簇： n个碳原子组成的分子

13、个碳原子组成的分子 , 足球烯或富勒烯足球烯或富勒烯C60、C70 等等C60 是是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。验时发现的。 3位位获获1996年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。 每个碳原子以每个碳原子以 sp2 杂化轨道和相邻三个碳原子相连，杂化轨道和相邻三个碳原子相连，未参加杂化的未参加杂化的 p 轨道在轨道在 C60 的球面形成大的球面形成大 键。键。 无机化学 结构分析的实验结构分析的实验结果证明：由结果证明：由C60分分子组成的晶体是子组成的晶体是面面心立方心立方和和六方密堆六方密堆积积，C60球之间的作球之间的作用力是用力是范德华力范德

14、华力，而不是化学键力，而不是化学键力，CC之间的距离为一之间的距离为一般般 CC键长的两倍。键长的两倍。思考思考：固体固体C60与金刚石相比较与金刚石相比较,哪个熔点较哪个熔点较高高? 理由理由? 碳原子簇碳原子簇：无机化学球碳球碳可可以合成各种化合物：以合成各种化合物：空腔包含其它原子；在球间空隙填入原子；空腔包含其它原子；在球间空隙填入原子；置换球面上的碳原子；加成反应等；置换球面上的碳原子；加成反应等；离子型化离子型化合物合物 无机化学从从C60被发现以来，现已经广泛地影响到物理被发现以来，现已经广泛地影响到物理学、化学、材料学、电子学、生物学、医药学、化学、材料学、电子学、生物学、医药

15、科学各个领域，显示了极为重要的理论研究科学各个领域，显示了极为重要的理论研究和广阔的应用前景。和广阔的应用前景。 (5) 管碳管碳(碳纳米管碳纳米管)： 纳米碳管研究是富勒烯之后，纳米碳管研究是富勒烯之后，1991年日本科学家饭岛年日本科学家饭岛(Iijima)发发现了一种针状的管形碳单质现了一种针状的管形碳单质碳纳碳纳米管米管。 碳纳米管是由石墨卷曲而成的封闭管碳纳米管是由石墨卷曲而成的封闭管,其直其直径一般为径一般为1100nm而得名而得名,其长度可达数十微其长度可达数十微米米.无机化学 单层碳纳米管单层碳纳米管 :由一个石由一个石墨层卷曲而成的封闭结构墨层卷曲而成的封闭结构. 多层碳纳米

16、管多层碳纳米管: 由多层由多层石墨卷曲而成的多层同石墨卷曲而成的多层同心套管的结构心套管的结构.无机化学 由于碳纳米管具由于碳纳米管具有较大的长径比有较大的长径比, 所所以可以把其看成为准以可以把其看成为准一维纳米材料一维纳米材料, 有其有其独特的结构。独特的结构。 碳纳米管具有奇碳纳米管具有奇异的物理化学性能，异的物理化学性能，如独特的金属或半导如独特的金属或半导体导电性、极高的机体导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等，力等，90年代初一经发现即刻受到物理、化学和材年代初一经发现即刻受到物理、化学和材料科学界以及高新技术

17、产业部门的极大重视。料科学界以及高新技术产业部门的极大重视。无机化学(6) 石墨烯石墨烯 强度比世界上最好的强度比世界上最好的钢铁还要高上百倍，可钢铁还要高上百倍，可以造出以造出纸片般薄的超轻纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的型飞机材料、超坚韧的防弹衣防弹衣，甚至还可以制甚至还可以制作作2300023000英里长伸入太英里长伸入太空的电梯空的电梯，实现人类坐实现人类坐电梯进入太空的梦想电梯进入太空的梦想。美国国家航空航天局美国国家航空航天局（NASANASA）悬赏）悬赏400400万万美金鼓励科学家们进行美金鼓励科学家们进行这种电梯的开发这种电梯的开发无机化学碳的成键特征碳的成键特征无机化学1

18、7.2.2 碳的化合物碳的化合物结构：结构： CO与与N2是是等电子体等电子体, 结构相似。结构相似。一个一个键键两个两个键键 一氧化碳一氧化碳(CO):C O:C O: CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2和和C12O91. 碳的氧化物碳的氧化物分子轨道：分子轨道：KK( 2s)2( 2s*)2( y2p)2( z2p)2 ( 2p)2CO 无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小。无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小。键级键级=3 无机化学CO偶极矩很小偶极矩很小 O的电负性大于的电负性大于C, 故一对故一对电子偏向氧电子偏向氧, 但但由于由于O反过来又向反过来又向C提供一对电子形成提供一对

19、电子形成键键, 这这样总的效果使各自的电子不会发生大的偏移样总的效果使各自的电子不会发生大的偏移, 偶极接近于零偶极接近于零, 碳原子略带负电荷。碳原子略带负电荷。COxyz无机化学性质：性质：作配位体，形成羰基配合物作配位体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8， C是配位原子。是配位原子。Cu(NH3)2Ac+CO+NH3Cu(NH3)3COAc 醋酸二氨合铜醋酸二氨合铜() 醋酸羰基三氨合铜醋酸羰基三氨合铜()在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液在工业气体分析中常用亚铜盐的氨水溶液来吸收混合气体中的来吸收混合气体中的CO，生成，生成Cu(NH3)3COAc

20、，这种溶液经过处理放出，这种溶液经过处理放出CO，然后重新使用。，然后重新使用。M :CO :C O:无机化学四羰基镍四羰基镍Ni(CO)4分子中的的成键：分子中的的成键：成键中成键中成键后成键后同时还形成同时还形成d - * 反馈反馈 键键COMCO键削弱键加强结果结果Ni 3d84s2 调 整3d104s0 3S p 杂 化3d10 (sp3)0 (sp3)0 (sp3)0 (sp3)0 无机化学还原剂：还原剂：(g)CO(g) =O21CO(g)22+(g)3CO2Fe(s)3CO(g) =(s)OFe232+PdCl2(aq)+CO(g)+H2O = CO2(g)+Pd(s)+2HCl

21、(aq)CO+2Ag(NH3)2OH = 2Ag+(NH4)2CO3+2NH3十分灵敏，可检验十分灵敏，可检验CO v在高温下，可以从许多金属氧化物中夺取在高温下，可以从许多金属氧化物中夺取氧，使金属还原。氧，使金属还原。无机化学CO显非常微弱的酸性，在显非常微弱的酸性，在473K及及1.01103kPa压力下能与粉末状的压力下能与粉末状的NaOH反反应生成甲酸钠：应生成甲酸钠：NaOH+CO=HCOONa因此也可以把因此也可以把CO看作是甲酸看作是甲酸HCOOH的酸酐。甲酸在浓硫酸作用下脱水可以得的酸酐。甲酸在浓硫酸作用下脱水可以得到到CO。与碱反应与碱反应无机化学 剧毒剧毒 CO可与携氧血

22、红蛋白可与携氧血红蛋白Hb形成稳定的配合物形成稳定的配合物COHb。CO与与Hb的亲和力的亲和力约为约为O2与与Hb的的300倍。可使倍。可使其丧失输氧能力，导致心肌其丧失输氧能力，导致心肌坏死。坏死。CO中毒处理中毒处理:对比对比NO2-使人中毒机理：使人中毒机理： HmFe(II) + NO2- HmFe(III)16183,;(),C H N ClsCO送患者到空气清新处 吸纯氧注射亚甲基蓝它与结合力更强 HmFe+O2HmFeO2. 血红素血红素 无机化学 与其他非金属反应：与其他非金属反应：+H2CO+523K,101KPa623-673K32Fe/Co/NiCr2O3,ZnOH2O

23、CH4CH3OHH2COCO + Cl2 = COCl2 （碳酰氯）活性炭无机化学 Ni (CO)4 ( 液液 ) Ni + 4 CO HCOOH CO + H2O向热浓硫酸中滴加甲酸向热浓硫酸中滴加甲酸 热浓热浓 H2SO4 草酸与浓硫酸共热草酸与浓硫酸共热 H2C2O4 ( s ) CO + CO2 + H2O 将将 CO2 和和 H2O 用固体用固体 NaOH 吸收，得吸收，得 CO 。 热浓热浓H2SO4 制纯的制纯的 CO 可用分解羰基化合物的方法可用分解羰基化合物的方法 加热加热CO的制备的制备 实验室制备：实验室制备：无机化学 得到的气体含得到的气体含 CO 25，CO2 4，N

24、2 70 ( 体积比体积比 ), 这种混合气体称为发生这种混合气体称为发生炉煤气炉煤气。 另一反应另一反应 : : C + H2O = CO + H2 rHm = 131 kJ mol 1 混合气体含混合气体含 CO 40，CO2 5，H2 50 称之称之为为水煤气水煤气。 炉煤气炉煤气和和水煤气水煤气都是工业上的燃料气。都是工业上的燃料气。 将空气和水蒸气交替通入红热炭层将空气和水蒸气交替通入红热炭层 2 C + O2 2 CO rHm = - 221kJ mol 1 工业制备：工业制备：无机化学 二氧化碳二氧化碳 (CO2)CO2分子无极性，分子无极性，很容易被液化，很容易被液化，在常温下

25、，施加在常温下，施加71105 Pa的压的压力即能液化。力即能液化。干冰在常压下于干冰在常压下于195K直接直接升华为气体，是广泛使用的升华为气体，是广泛使用的制冷剂，戏曲舞台的烟云。制冷剂，戏曲舞台的烟云。1015061013216K 527kPa273216195 p/kPa固液气T/K二氧化碳相图无机化学4322 :O C O:直线形非极性分子直线形非极性分子：O=C=OCO2中，碳氧键长中，碳氧键长116pm，介于双键和三键，介于双键和三键之间之间C：sp杂化杂化结构结构OC=O双键键长双键键长124pm (在在CH3-C-CH3中中)C O叁键键长叁键键长113pmCO2与与N3-、

26、N2O(笑气笑气)、NO2+ (16电子体电子体)无机化学 CO2虽无毒，但在空气中含量过高，可使虽无毒，但在空气中含量过高，可使人因缺氧而窒息死亡。人因缺氧而窒息死亡。“菜窖菜窖”。 不活泼不活泼,不助燃。可用于灭火剂，不可用不助燃。可用于灭火剂，不可用于活泼金属于活泼金属Mg、Na、K、Zn等引起的火灾：等引起的火灾：CO2 + 2Mg2MgO + C 酸性氧化物，可与碱反应：酸性氧化物，可与碱反应：NH3 + CO2 + H2O NH4HCO3 2NH3CO2 H2O +CO(NH2)2 (尿素尿素)催化剂催化剂 二氧化碳二氧化碳 (CO2)的性质的性质CO2 + 2Zn 2 ZnO +

27、 C4K + 3CO2 2K2CO3 + C无机化学1、活火山附近的山谷凹地，任何动物进、活火山附近的山谷凹地，任何动物进入往往有生命危险，故有入往往有生命危险，故有“死亡之谷死亡之谷”之称，为何？之称，为何？2、蒸馏水的、蒸馏水的pH值常小于值常小于7，酸碱滴定时，酸碱滴定时粉色的酚酞溶液在空气中放置能褪色。粉色的酚酞溶液在空气中放置能褪色。为什么？为什么？无机化学近几十年来由于世界工业高速发展，各类污染近几十年来由于世界工业高速发展，各类污染严重，森林又滥遭砍伐，影响了生态平衡，使大气严重，森林又滥遭砍伐，影响了生态平衡，使大气中的中的CO2越来越多，是造成地球越来越多，是造成地球“温室效

28、应温室效应”的主的主要原因。要原因。CO2能吸收地球向外辐射的红外光能吸收地球向外辐射的红外光，这就，这就使得地球应该失去的那部分能量被储存在大气层内，使得地球应该失去的那部分能量被储存在大气层内，造成大气温度升高。会使地球两极的冰山发生部分造成大气温度升高。会使地球两极的冰山发生部分融化，从而使海平面升高，甚至造成沿海一些城市融化，从而使海平面升高，甚至造成沿海一些城市被海水淹没的危险。被海水淹没的危险。温室效应温室效应反射回太空反射回太空太阳的紫外线和可见光太阳的紫外线和可见光红外辐射被红外辐射被CO2，N2O，CH4等吸收等吸收地球地球无机化学无机化学-71-332104.3 HCOH

29、COH=+K11-2-23-3105.6 COH HCO=+KCOOOH-COOO2- 342. 碳酸及其盐碳酸及其盐碳酸碳酸 H2CO3 是二元弱酸，其解离平衡常数是二元弱酸，其解离平衡常数 如下如下:(1) H2CO3的结构：的结构：5 + 1 C采取采取sp2等性杂化等性杂化HCO3-的结构：的结构：饱和水溶液中溶解的饱和水溶液中溶解的 CO2 仅仅 1% 转化为转化为 H2CO3无机化学CO32-的结构：的结构：C：sp2等性杂化等性杂化2-OOOCCO32- ：与：与NO3-、BF3、BO33-互为互为“等电子体等电子体”3 + 1462p2p2pCOO2pO无机化学 易溶盐易溶盐：

30、Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3100溶解度溶解度 45 16 156 60氢键存在，形成氢键存在，形成二聚物或多聚物二聚物或多聚物(2) 碳酸盐的溶解性：碳酸盐的溶解性：2-OOOOCCOHOH-OOOOOOOOOCCCHHH向浓碳酸钠溶液中通入向浓碳酸钠溶液中通入CO2致饱和致饱和, 可析出可析出NaHCO3: Na2CO3+ CO2+H2O 2NaHCO3 (易溶易溶) (溶解度小溶解度小)无机化学 其它金属其它金属(含含Li)碳酸盐难溶于水，且碳酸盐难溶于水，且酸式盐溶解度大于正盐。酸式盐溶解度大于正盐。例如：例如：无机化学碳酸盐的水溶液呈碱性碳酸盐的水溶液呈碱性（3

31、）碳酸盐的水解性）碳酸盐的水解性 )( OHHCO OHCO-32-23强碱性)CO(H)CO(322W231Ka2K K= OHCOHOHHCO-322-3)CO(H)CO( 32a1W232KKK=碳酸氢盐的水溶液呈微碱性碳酸氢盐的水溶液呈微碱性无机化学Ksp: Ksp: 金属氢氧化物金属氢氧化物 对应碳酸盐对应碳酸盐Ba2+ CO3 BaCO3 2Ag+ CO3 Ag2CO3Ksp: Ksp: 金属氢氧化物金属氢氧化物对应碳酸盐对应碳酸盐2Al3+ 3CO32- +3H2O2Al(OH)3 +3CO22Cu2+ 2CO32- +H2OCu2(OH)2CO3 + CO2在金属盐类溶液中加可

32、溶性碳酸盐，产物可能在金属盐类溶液中加可溶性碳酸盐，产物可能是碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物。是碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物。2Mg2+ 2CO32- +H2OMg2(OH)2CO3 + CO2灭火器灭火器改用碳酸氢钠溶液作沉淀剂改用碳酸氢钠溶液作沉淀剂: Mg2+ + HCO32 MgCO3 + H+无机化学17-7 在在0.2 molL1的的Ca2+盐溶液中，加入等盐溶液中，加入等浓度、等体积的浓度、等体积的Na2CO3溶液，将得到什么产溶液，将得到什么产物？若以物？若以0.2 molL1的的Cu2+代替代替Ca2+盐，产盐，产物是什么？再以物是什么？再以0.2 molL1的的Al3+盐代替

33、盐代替Ca2+盐，产物又是什么？试从溶度积计算说盐，产物又是什么？试从溶度积计算说明。明。无机化学 H2CO3MHCO3 Si-Si 222/kJmol-1 C-H 411 Si-H 295 C与与Si的比较的比较Si-Si较短较短, 易断；易断； 硅烷化性硅烷化性比比相似烃相似烃更活泼更活泼。(n = 115) 从从Si2H6起起, 含含Si-Si键。键。SiH4、Si2H6、Si3H8、Si4H10、Si5H12、Si6H10无机化学自燃：自燃：水解：水解：强还原性：强还原性：热稳定性差：热稳定性差：SiH4 + 2O2 = SiO2 + H2O SiH4 + 2KMnO4 = 2MnO2

34、 + K2SiO3+ H2O + H2 SiH4 + (n+2)H2O = SiO2nH2O + 4H2SiH4 = Si + 2H2773KSiH4(甲硅烷甲硅烷)的性质的性质-与与 CH4 对比进行讨论。对比进行讨论。甲烷不能自燃甲烷不能自燃甲烷不水解甲烷不水解甲烷分解甲烷分解 1773 KSiH4+8AgNO3+2H2O=8Ag+SiO2+8HNO3这二个反应可用于检验硅烷。这二个反应可用于检验硅烷。无色无臭气体无色无臭气体无机化学2.硅的卤化物硅的卤化物 SiX4 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4聚集态聚集态 g l l sSiF4 + 2HF = H2SiF6（氟硅酸）（氟

35、硅酸）水解：水解：熔沸点熔沸点 低低 高高 分子量分子量 小小 大大SiCl4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HClSiF4 + 3H2O = H2SiO3 + 4HFSiX4 + 4 H2O H4SiO4 + 4 HX无机化学 sp3 杂化杂化 sp3d 杂化杂化 sp3 杂化杂化 Si有有3d 空轨道，可以接受空轨道，可以接受OH 以形成以形成 sp3d 杂化的五配位中间体，故杂化的五配位中间体，故 SiCl4 易水解。易水解。 而而 CCl4 中中 C 的价层无的价层无 d 轨道，故不易水解轨道，故不易水解 。ClClClClSiClClClOHSiClClClOHSiCl+ O

36、H ClOHOHOHOHSi继续取代继续取代+ 3 OH 3 ClSiCl4 水解而水解而CCl4不水解的原因不水解的原因无机化学制制 备备(1)硅与卤素直接化合硅与卤素直接化合(2)氧化物与氢卤酸或卤化物作用氧化物与氢卤酸或卤化物作用SiO2+2CaF2+2H2SO4=SiF4+2CaSO4+2H2O(3)碳氯法碳氯法SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2CO无机化学3.硅的氧化物硅的氧化物SiO2普通玻璃组成：普通玻璃组成：Na2SiO3CaSiO34SiO2燧石燧石石英玻璃石英玻璃SiO2无定型体：无定型体：硅藻土硅藻土晶体晶体-石英：石英：天然纯石英天然纯石英:水晶水晶有有杂杂质质的

37、的石石英英由无数微小的二由无数微小的二氧化硅的晶体组氧化硅的晶体组成成, ,所以通常所以通常玛玛瑙瑙是半透明的是半透明的, ,而水晶则是透明而水晶则是透明的。的。 紫水晶紫水晶含含MnMn鸡血石鸡血石含硫化汞含硫化汞无机化学Si采用采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体杂化轨道与氧形成硅氧四面体硅氧四面体硅氧四面体二氧化硅二氧化硅 结构：结构：无机化学 与碱作用与碱作用 与与HF作用作用SiO2 + NaOH = Na2SiO3 + H2O SiO2 + NaCO3 = Na2SiO3 + CO2(g) SiO2 + 4HF = SiF4(g) + H2O 性质：性质：无机化学4.硅酸及硅酸盐硅

38、酸及硅酸盐 H4SiO4 原硅酸原硅酸硅酸硅酸 H2SiO3 偏硅酸偏硅酸 xSiO2yH2O 多硅酸多硅酸性质：性质：12210132100 . 2102 . 2 SiOH-=，溶解度小，是二元弱酸溶解度小，是二元弱酸KK (1) 硅酸硅酸无机化学制备：制备：浸透过浸透过CoCl2的硅胶为变色硅胶。的硅胶为变色硅胶。胶冻状硅酸胶冻状硅酸硅胶硅胶-H2O2NaClSiOH2HCl =SiONa3232+(g)2NH2NaClSiOHCl =2NHSiONa332432+H2O无机化学可溶性：可溶性：Na2SiO3 (水玻璃水玻璃) 、K2SiO3不溶性：大部分硅酸盐难溶于水不溶性：大部分硅酸盐

39、难溶于水硅酸盐硅酸盐水中花园水中花园CuSiO3 蓝绿色蓝绿色 MnSiO3浅红色浅红色NiSiO3 翠绿色翠绿色 Al2(SiO3)3无色透明无色透明 CoSiO3 紫色紫色 Fe2(SiO3)3红棕色红棕色过渡金属硅酸盐难溶于水过渡金属硅酸盐难溶于水,并具有特征颜色并具有特征颜色(2) 硅酸盐硅酸盐 在小烧杯中加入约23体积的20 Na2SiO3溶液，用角匙撒一薄层粉状的CuSO45H2O固体，然后再向烧杯中各投一粒：CaCl2，ZnSO4，CoCl2，NiSO4，MnSO4，FeSO4，FeCl3固体。观察各种微溶性硅酸盐的生成 无机化学金云母金云母 H4K2Mg6Al2Si6O24自然

40、界中的硅酸盐自然界中的硅酸盐温石棉温石棉 H4 (Mg Fe)3 Si2O9玻璃、水泥、陶玻璃、水泥、陶瓷都含有硅酸盐瓷都含有硅酸盐 硅酸盐硅酸盐+有色金有色金属离子属离子=假玉假玉绿碧玉绿碧玉钙、镁、铁的硅酸盐类钙、镁、铁的硅酸盐类 无机化学 硅酸盐结构复杂硅酸盐结构复杂, 一般写成氧化物形式，一般写成氧化物形式，它的基本结构单位为硅氧四面体。它的基本结构单位为硅氧四面体。白云石：白云石：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O泡沸石：泡沸石：Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O分子筛分子筛无机化学具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐.(1)

41、分子筛分子筛 (Molecolar sieves) 沸石沸石(Zeolites)的组成和结构的组成和结构 沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的的 SiO4和和 AlO4 四面体组成四面体组成 . 通式表示为通式表示为(M+, M 2+0.5) AlO2x SiO2yH2Oz，阴离子骨架中的，阴离子骨架中的Si/Al 比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸能力和热稳定酸能力和热稳定 性随此增大而升高性随此增大而升高.硅材料硅材料(silicon materials) 分子筛的功能和用途分子筛的功

42、能和用途 离子交换功能、吸附功能离子交换功能、吸附功能 分离功能、分离功能、 催化功能催化功能 A型沸石的结构骨架型沸石的结构骨架组成为组成为 Na12(AlO2)12 (SiO2)12zH2O无机化学(2) 硅无机高分子硅无机高分子 由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树脂等多种无机高分子材料。脂等多种无机高分子材料。当今发展中的无机高分子材料有三大类：当今发展中的无机高分子材料有三大类：聚硅烷聚硅烷Si SiRRnRR组成硅氧烷的基组成硅氧烷的基本结构单元为：本结构单元为：SiOnCH3CH3SiOH3CCH3CH3SiCH3CH3CH3O SiRRn聚硅

43、氧烷聚硅氧烷NPRR聚磷腈聚磷腈无机化学17.4.2 硼的化合物硼的化合物17.4.1 单质单质17.4 硼硼 无机化学硼是硼是IIIA族唯一非金属元素族唯一非金属元素(2s22p1) 为缺电子元素：价电子数为缺电子元素：价电子数价层轨道数价层轨道数缺电子化合物：成键电子对数缺电子化合物：成键电子对数价层轨道数价层轨道数例如：例如：BF3，H3BO3。 注意：注意： HBF4不是缺电子化合物。不是缺电子化合物。缺电子化合物特点：缺电子化合物特点： a. 易形成配位化合物易形成配位化合物HBF4 HF BF3 b. 易形成多聚物，如易形成多聚物，如B2H617.4.1 单质硼单质硼无机化学硼的单

44、质硼的单质同素异形体：同素异形体： 无定形硼，无定形硼， 晶形硼晶形硼 棕色粉末棕色粉末, 黑灰色黑灰色 化学活性高，化学活性高， 硬度大硬度大 熔点，沸点都很高。熔点，沸点都很高。-菱形硼（菱形硼（B12） 原子晶体原子晶体无机化学N Na aB BO O2 2N Na a2 2B B4 4O O7 71 10 0H H2 2O O浓浓N Na aO OH HC CO O2 2+ +H H2 2O O硼硼镁镁矿矿偏偏硼硼酸酸钠钠硼硼砂砂（四四硼硼酸酸钠钠）H H2 2S SO O4 4H H3 3B BO O3 3B B2 2O O3 3B B硼硼酸酸加加热热M Mg g或或A AI IM

45、Mg g2 2B B2 2O O5 5H H2 2O OMg2B2O5H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2 4NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O710H2O+Na2CO3 Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO4 2H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+3Mg=2B+3MgO酸法：酸法： Mg2B2O5H2O+2H2SO4=2H3BO3+MgSO4无机化学性质：性质：主要表现出还原性，形成主要表现出还原性，形成+3价化合物价化合物(1)与非金属反应与非金属反应 室温下与室温下与F2反应生成反应生成BF3 高温下与高温下与O2、S、Cl2、Br2

46、、N2等反应，生等反应，生成成B2O3、B2S3、BCl3、BBr3、BN等。等。(2)与氧化性强酸与氧化性强酸(浓浓HNO3,、浓、浓H2SO4)和高温和高温下的下的H2O反应，生成反应，生成H3BO3。(3)与强碱与强碱(NaOH)反应生成反应生成NaBO2。2B+2NaOH+3KNO3 =2NaBO2+3KNO2+H2O2B+2NaOH+2H2O = 2NaBO2+3H2 B3HNO3H3BO33NO22B3H2SO42H3BO33SO2无机化学BX3B2O3B2S3BNBNaOH熔融熔融NaBO2H2HNO3H2SO4H3BO3NO2H3BO3SO2X2，O2，S，N2H2O(g)H3

47、BO3H2B反应关系图反应关系图无机化学17.4.2 硼的化合物硼的化合物1.硼的氢化物硼的氢化物硼烷分类：硼烷分类：BnHn+4和和 BnHn+6 例：例： B2H6 B4H10 乙硼烷乙硼烷 丁硼烷丁硼烷 有有CH4，但无，但无BH3 最简单的硼烷：最简单的硼烷：B2H6 其结构并非如右图所示：其结构并非如右图所示：HHBBHHHH无机化学 硼烷的结构硼烷的结构四个四个B-H 2c-2e键键 在同一水平面上在同一水平面上 两个两个3c-2e键键 位于水平面上下位于水平面上下 与水平面垂直与水平面垂直两个两个3c-2e键键 无机化学多中心键多中心键 三中心二电子键三中心二电子键(3c-2e)

48、(3c-2e)简称三中心键是简称三中心键是多中心键的一种形式多中心键的一种形式定义：是指定义：是指3 3个或个或3 3个以上原子之间所形成的个以上原子之间所形成的共价键共价键B B 缺电子原子缺电子原子 H H等电子原子等电子原子形成二个三中心二电子键形成二个三中心二电子键强度：为一般共价键强度的一半强度：为一般共价键强度的一半形成：缺电子原子形成：缺电子原子 等电子原子等电子原子硼烷的性质比烷烃活泼硼烷的性质比烷烃活泼无机化学B4H10分子结构分子结构119pm110pm137pm143pm122。171pmHB( b )BBBBHHHHHHHHHHH( a )4个个B-H-B氢桥键，一个氢

49、桥键，一个B-B键，键，6个个B-H键键无机化学硼烷的性质硼烷的性质 自燃自燃高能燃料，剧毒高能燃料，剧毒 水解水解含硼化合物燃烧含硼化合物燃烧 火焰呈现绿色火焰呈现绿色水下火箭燃料水下火箭燃料= 509.4kJmol1rHmB2H6(g) + 3O2(g) = B2O3(s) + 3H2O(g)B2H6(g) + 6H2O(l) = 2H3BO3(s) + 6H2(g)rHm=2166 kJmol1无机化学 加合反应加合反应 被氯氧化被氯氧化= -1376kJmol1rHmB2H6 + CO = 2H3BCOB2H6 + 2NH3 = BH2(NH3)2+ + BH42LiH + B2H6

50、= 2LiBH4 2NaH + B2H6 = 2NaBH4 B2H6 + Cl2(g) = 2BCl3(l) + 6HCl 能与能与NH3、CO(有孤电子对有孤电子对)分子发生分子发生 加合作用加合作用无机化学3.3.制法（间接）制法（间接）(1)质子置换法：质子置换法：2BMn+6H+=B2H6+2Mn3+(2)氢化法氢化法:2BCI3+6H2=B2H6+6HCI(3)氢负离子置换法氢负离子置换法:3 3L Li iA AI IH H4 4+ +4 4B BF F3 32 2B B2 2H H6 6+ +3 3L Li iF F+ +3 3A AI IF F3 33 3N Na aB BH

51、H4 4+ +4 4B BF F3 32 2B B2 2H H6 6+ +3 3N Na aB BF F4 4乙乙醚醚乙乙醚醚在硼氢化物中，在硼氢化物中，H的氧化数为的氧化数为-1，BH4-离子半径离子半径大，所以它是比硼烷还原性更强的还原剂，特别大，所以它是比硼烷还原性更强的还原剂，特别是在有机反应中具有选择性，且用量少，操作简是在有机反应中具有选择性，且用量少，操作简单，对温度无特殊要求，单，对温度无特殊要求， 副反应少等优点。副反应少等优点。无机化学2.硼的含氧化合物硼的含氧化合物B(无定形无定形)B2O3H3BO3O2Mg或或Al+H2O-H2O制备：制备：原子晶体：熔点原子晶体：熔点

52、460 C无定形体：软化无定形体：软化结构：结构： 三氧化二硼三氧化二硼 B2O34B(s) + 3O2(g) = 2B2O3(s)2H3BO3 = B2O3 + 3H2O O OB BB BO OO O9 90 0- -1 12 25 51 12 20 0p pm m1 13 36 6p pm m无机化学性质：性质：偏硼酸偏硼酸(原原)硼酸硼酸xB2O3yH2O 多硼酸多硼酸B2O32HBO22H3BO3+H2O+H2O-H2O-H2OB2O3 + 3Mg = 2B + 3MgO 白色粉末状白色粉末状B2O3可用作吸水剂。可用作吸水剂。无机化学 熔融态的熔融态的B2O3溶解金属氧化物溶解金属

53、氧化物 得到有特征得到有特征颜色的偏硼酸盐玻璃。颜色的偏硼酸盐玻璃。 B2O3+CuO=Cu（BO2）（蓝色）（蓝色） B2O3+NiO=Ni（BO2）（绿色）（绿色） 与与NH3反应反应 1/2xB2O3+XNH3（BN）x+H2O（873K）NBNBNBNBNB氮化硼，结构氮化硼，结构与石墨相同与石墨相同 硼珠实验硼珠实验无机化学氮化硼氮化硼 BN与与C2是等电子体，性质相似：是等电子体，性质相似： BN有三种晶型：有三种晶型：无定型无定型(类似于无定型碳类似于无定型碳)六方晶型六方晶型 (类似于石墨类似于石墨) 作润滑剂作润滑剂立方晶型立方晶型(类似于金刚石类似于金刚石) 作磨料作磨料无

54、机化学 硼酸硼酸 H3BO3偏硼酸偏硼酸HBO2正硼酸正硼酸H3BO3多硼酸多硼酸xB2O3yH2OH3BO3H2O(l)HBO2B2O3H2O(g)无机化学B：sp2杂化杂化OHBOOHH硼酸晶体的片层结构硼酸晶体的片层结构分子间通过氢键形成分子间通过氢键形成接近六角形的对称层接近六角形的对称层状结构，层与层之间状结构，层与层之间借助微弱的范德华力借助微弱的范德华力联在一起因此硼酸晶联在一起因此硼酸晶体为鳞片状体为鳞片状结构：结构：硼酸硼酸 H3BO3H3BO3OBOOHHHOBOOHHHHHHOOBOHHHOOBOHHHOOBOHHHOOBO片层结构无机化学 aK=5.8 10-10水溶液

55、显酸性水溶液显酸性, 是由于硼原子是缺电子原子是由于硼原子是缺电子原子,价层有价层有空轨道，能接受水解离出的空轨道，能接受水解离出的OH-孤电子对，以配位孤电子对，以配位键形式形成键形式形成B(OH)4- 性质：性质： 一元弱酸一元弱酸 (固体酸固体酸)H3BO3 + H2O B(OH)4 + H+无机化学 受热易分解受热易分解4H3BO3 4HBO3 H2B4O7 2B2O3 4H2O H2O H2O偏硼酸偏硼酸正硼酸正硼酸四硼酸四硼酸硼酸酐硼酸酐与多羟基化合物的反应与多羟基化合物的反应-生成强酸生成强酸OHHOHOBHCOHHCOHRRRHOCHHOCHRHCOHCORRBROCHOCHR

56、H+ + 3H2O +无机化学与硅酸相似，硼酸也容易缩合成链状或环状多硼酸与硅酸相似，硼酸也容易缩合成链状或环状多硼酸xB2O3yH2O，如四硼酸根的结构，它的化学式应是，如四硼酸根的结构，它的化学式应是B4O5(OH)42-。缩合反应缩合反应无机化学H3BO3的鉴定的鉴定H H3 3B BO O3 3+ +3 3C C2 2H H5 5O OH HB B（O OC C2 2H H5 5）3 3+ +3 3H H2 2O O浓浓H H2 2S SO O4 4硼酸酯具有挥发性，与乙硼酸酯具有挥发性，与乙醇一起燃烧时产生绿色的醇一起燃烧时产生绿色的火焰，据此可以鉴别硼酸火焰，据此可以鉴别硼酸根。根

57、。无机化学 硼砂硼砂四硼酸根的结构：四硼酸根的结构：化学式为化学式为Na2B4O5(OH)48H2O可溶可溶, 四硼酸四硼酸钠，俗称硼砂钠，俗称硼砂,习惯用习惯用Na2B4O710H2O表示表示 无色透明晶体，在空气中易风化失水无色透明晶体，在空气中易风化失水易溶于水易溶于水, 其溶解度随温度升高而增大其溶解度随温度升高而增大易水解，水溶液呈碱性易水解，水溶液呈碱性无机化学B4O5(OH)42-+5H2O=2H3BO3+2B(OH)4-pH=9.24性质性质： 水解呈碱性水解呈碱性 与酸反应制与酸反应制H3BO3 缓冲作用缓冲作用 脱水脱水Na2B4O710H2O = B2O3 + 2NaBO

58、2 + 10H2O1151K在1mL饱和硼砂溶液中加入0.5mL浓H2SO4搅拌并用冰水冷却 少量酸：少量酸：-+243B OH + H = B OH + H ONa2B4O7+5H2O+H2SO4=4H3BO3+Na2SO4少量碱：少量碱： -34B OH + OH = B OHH3BO3pH硼砂是一级缓冲液硼砂是一级缓冲液, ,可以直接干燥后定量配制成稳定可以直接干燥后定量配制成稳定的溶液的溶液无机化学硼砂珠实验硼砂珠实验：铁、钴、镍、锰等金属氧化物可溶解在硼铁、钴、镍、锰等金属氧化物可溶解在硼砂熔体中砂熔体中, 呈不同的特征颜色呈不同的特征颜色Na2B4O7+ CoO Co(BO2)22NaBO2(蓝色蓝色)Na2B4O7+ NiO Ni(BO2)22NaBO2(棕色棕色)Na2B4O7+ MnO Mn(BO2)22NaBO2(绿色绿色)分析化学曾用此性质来鉴定某些金属离子分析化学曾用此性质来鉴定某些金属离子Na2B4O710H2O = B2O3 + 2NaBO2 + 10H2O1151K无机化学3.硼的卤化