大学无机化学-课件-第13章硼族元素

1、第第 13 章章硼族元素硼族元素IIIA B Al Ga In Tlns2np1B 为非金属，为非金属，Al、Ga、In、Tl 是金属。是金属。常见氧化态：常见氧化态：B、Al、Ga 3 In 1，3 Tl 1最大配位数：最大配位数：B： 4 HBF4 其它：其它：6 Na3AlF6 硼族元素的最大特征是缺电子元素，硼族元素的最大特征是缺电子元素，可形成缺电子化合物。可形成缺电子化合物。13 1 硼单质及其化合物硼单质及其化合物 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13 1 1 硼单质硼单质1 硼的同素异形体硼

2、的同素异形体CI4D00014.swf2 单质硼的化学性质单质硼的化学性质 2 B 3F2 2 BF3 4 B 3O2 2 B2O3 2 B 6 H2O(g) 2 B(OH)3 3 H2 2 B N2 2 BN 2 B 3 Cl2 2 BCl3 2 B 3 S B2S3 B 3 HNO3(浓浓) B(OH)3 3 NO2 2 B 3 H2SO4 (浓浓) 2 B(OH)3 3 SO2 2 B 2 NaOH3 KNO3 2 NaBO23 KNO2H2O13 1 2 硼的氢化物硼的氢化物 最简单的硼烷是最简单的硼烷是 B2H6 2 BH3(g) B2H6(g) rH 148 kJmol1sp3三中

3、心两电子氢桥键三中心两电子氢桥键BHHHHHH119pmHBBHHHHH133pmCI2D00158.jpg B2H6 (g) 3 O2 (g) B2O3 (s) 3 H2O (l) B2H6 (g) 6 Cl2 (g) BCl3 (l) 6 HCl (g) B2H6 6 H2O 2 H3BO3 6 H2硼烷中有五种键型 硼氢键硼氢键 BH 硼硼键硼硼键 BB 氢桥键氢桥键BH闭合的闭合的3中心中心2电子硼桥键电子硼桥键BBB开放的开放的3中心中心2电子硼桥键电子硼桥键*B B*量子化学研究认为此种键可以不予考虑量子化学研究认为此种键可以不予考虑癸硼烷癸硼烷-14(B10H14)的键联的键联关

4、系示意图关系示意图CSI2N02038.jpgCSI2N02039-2.jpg13 1 3 硼的含氧化合物硼的含氧化合物1 B2O3 和和 H3BO3 B2O3 是最难结晶的物质之一。在红热条件下硼酸脱是最难结晶的物质之一。在红热条件下硼酸脱水只能得到玻璃态的水只能得到玻璃态的 B2O3，只有在较低的温度下、极其，只有在较低的温度下、极其缓慢地脱水才能得到缓慢地脱水才能得到 B2O3 晶体。晶体。 若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时 B2O3 H2O ( g ) 2 HBO2 ( g ) B2O3易溶于水生成硼酸易溶于水生成硼酸，粉末状的粉末状的B2O

5、3可用作吸水剂可用作吸水剂 B2O3 3 H2O 2 H3BO3 (aq)B：SP2杂化；存在分子间氢键杂化；存在分子间氢键 硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在一起。因此硼酸晶体有一起。因此硼酸晶体有解理性，可作为润滑剂。解理性，可作为润滑剂。 H3BO3是是Lewis酸，是一元酸。酸，是一元酸。OHOHOHB 2OOHBOHOHOH H 硼酸酸性很弱，硼酸酸性很弱，Ka5.81010，加入多羟基化合物，加入多羟基化合物可增加酸性。这是因为加入的物质可以与可增加酸性。这是因为加入的物质可以与B(OH)4结合成结合成很稳定的物质，如：很稳

6、定的物质，如：OHOCHCH2CH2OBOHOCHCH2CH2OH3BO3 3 CH3OH B(OCH3)3 3 H2OH2SO4燃烧绿色火焰燃烧绿色火焰可鉴别硼酸及盐可鉴别硼酸及盐CSI2N02088.pngCI2D00161.jpg 硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到400 C左右，将失去左右，将失去 8 个结晶水和个结晶水和 2 个羟基水，形成化学式为个羟基水，形成化学式为 Na2B4O7 的无水盐。的无水盐。 硼砂本身为硼砂本身为缓冲溶液，在洗衣粉中作填料。缓冲溶液，在洗衣粉中作填料。Na2B4O7 7 H2O 4 H3BO3 2 NaOH H

7、3BO3 OH B(OH)4pH 9.24 硼砂珠实验可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷硼砂珠实验可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷上釉、制造人造宝石等。上釉、制造人造宝石等。 硼砂珠实验硼砂珠实验: : Na2B4O7 B2O3 2 NaBO2 ) CoO B2O3 Co (BO2)2 Na2B4O7 CoO 2 NaBO2Co(BO2)2Cr2O3 为绿色为绿色 , Fe2O3 为黄色为黄色. 偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，大量偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，大量的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。 NaBO2 H2O2 NaBO3

8、H2O 化学键化学键 三角形和四面体的轮廓线三角形和四面体的轮廓线 硼酸盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由最基硼酸盐的种类很多，结构也很复杂，但都是由最基本的结构单元本的结构单元三角形的三角形的BO3和四面体的和四面体的BO4联联结而成的。结而成的。 (a) (b)13 1 4 硼的卤化物硼的卤化物 BX3的中心硼原子的轨道采用的中心硼原子的轨道采用sp2杂化，构型为三角形，杂化，构型为三角形，为缺电子结构。为缺电子结构。 CI2N00001.jpg 将将 BF3 通入水中通入水中: BF3 3 H2O B(OH)3 3 HF 进一步反应进一步反应: BF3 HF H BF4 BX3水中发生

9、强烈水解：水中发生强烈水解：BCl33 H2O B(OH)33 HCl BX3 是典型的强的路易斯酸，如：是典型的强的路易斯酸，如：BF3(g) NH3 H3NBF313 2 铝单质及其化合物铝单质及其化合物 13 2 1 铝单质铝单质 1 铝的提取和冶炼铝的提取和冶炼铝矾土铝矾土Al2O3 NaOHNaAl(OH)4溶液溶液通入通入CO2 Al(OH)3沉淀沉淀 分离、焙烧分离、焙烧 较纯净较纯净的的Al2O3 电解电解 熔融熔融Na3AlF6铝铝 2 铝单质的性质铝单质的性质 铝最重要的性质是两性。铝最重要的性质是两性。 铝可以从其它金属氧化物中置换出金属铝可以从其它金属氧化物中置换出金属

10、 2 Al Fe2O3 2 Fe Al2O3 铝不能同铝不能同 H2 直接化合，直接化合， (AlH3)n 要在乙醚中制备要在乙醚中制备3n LiH n AlCl3 (AlH3)n 3n LiCl (AlH3)n是白色的聚合物，当反应混合物中是白色的聚合物，当反应混合物中LiH过量时，过量时，将有将有Li(AlH4)生成。生成。 在高温下，铝容易同在高温下，铝容易同 P、S、Si 等非金属反应等非金属反应 2 Al3 S Al2S313 2 2 铝的含氧化合物铝的含氧化合物 -Al2O3 具有强的吸附能力与催化能力具有强的吸附能力与催化能力 -Al2O3 刚玉刚玉 -Al2O3 固体电解质固体

11、电解质铝的含氧化合物最重要的性质是两性：铝的含氧化合物最重要的性质是两性： Al(OH)3 3 HCl AlCl3 3 H2OAl(OH)3 NaOH NaAl(OH)413 2 3 铝的三卤化物铝的三卤化物 A族除族除 B 的卤化物及的卤化物及A族元素的氟化物以外，均族元素的氟化物以外，均为二聚形式，如：为二聚形式，如：(GaCl3)2，(InCl3)2，(AlBr3)2，(AlI3)2， (GaBr3)2等。等。 AlCl3 中铝为中铝为 sp3 杂化杂化CI4S00017.swfCI2N00163.jpg BeCl24H2O 和和 AlCl36H2O 受热脱水时发生水解：受热脱水时发生水

12、解： BeCl24H2O Be(OH)Cl 3 H2O HCl AlCl36H2O Al(OH)2Cl 4 H2O 2 HCl 铍和铝都是两性金属，铍和铝都是两性金属，Be(OH)2和和Al(OH)3都是两性氢都是两性氢氧化物：氧化物： Be 2 NaOH 2 H2O Na2Be(OH)4 H2 2 Al 2 NaOH 6 H2O 2 NaAl(OH)4 3 H2Be(OH)2 2 NaOH Na2Be(OH)4 Al(OH)3 NaOH NaAl(OH)4 13 3 镓、铟、铊镓、铟、铊 镓的化学性质和铝很相似，但没有铝活泼。只有镓能镓的化学性质和铝很相似，但没有铝活泼。只有镓能与苛性碱溶液

13、反应放出氢气。与苛性碱溶液反应放出氢气。 镓、铟和铊三种金属都能溶于稀盐酸，但只有加热时镓、铟和铊三种金属都能溶于稀盐酸，但只有加热时反应速率才比较快。反应速率才比较快。 镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合，在常温下就镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合，在常温下就可以进行，在高温下，它们都可以与可以进行，在高温下，它们都可以与 O2、S、P、As 等非等非金属单质直接化合。金属单质直接化合。 镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，正一价化合镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，正一价化合物越来越稳定：物越来越稳定： 2 Ga 3 H2SO4 Ga2(SO4)3 3 H2 2 In 3 H2SO4 In 2(SO4)3 3 H2 2 Tl H2SO4 Tl2SO4 H2 Ga 6 HNO3 Ga (NO3)3 3 NO2 3 H2O 2 Tl 2 HNO3 TlNO3 NO2 H2O Tl(III) 是很强的氧化剂，例如：是很强的氧化剂，例如： Tl2 ( SO4)3 4 FeSO4 Tl2SO4 2 Fe2(SO4)3Tl (NO3)3 SO2 2 H2O TlNO3 H2SO4 2 HNO3 2 Tl 3 3 S2 Tl2S (蓝黑色蓝黑色) 2 S其原因主要是其原因主要是6s2电子对的惰性显著电子