无机化学第三版13章课件

1、13.硼族元素13.1硼单质及其化合物13.2 铝单质及其化合物13.3镓 铟 铊 主讲人-黄臻 硼族元素 硼族元素是指周期表中与硼同族的硼、铝、镓、铟和铊。 硼是硼族元素中的唯一非金属元素。 铝是地壳中丰度第三的元素。 镓、铟、铊在地壳中无富矿。13.1.1 硼单质 硼的同素异形体无定形硼无定形硼晶形硼晶形硼棕色粉末黑灰色化学活性大硬度大 共同点 熔、沸点都很高硼的化学性质 晶态硼的化学反应活性很低，无定形硼则比较活泼。常温时，硼能与氟气反应；高温下硼能与氮气、氧气、硫、氯气、碘等单质反应：2234B + 3O 2B O232B + 3X 2BX 无定形硼容易被热浓硝酸溶液、热浓硫酸溶液氧化

2、为硼酸：3332B + 3HNO H BO3NO硼单质易与强碱溶液作用放出氢气：2422B + 2NaOH6H O 2NaB(OH) 3H 硼在高温下能与某些金属反应生成硼化物。243322B + 3H SO 2H BO3SO 硼的制备 硼在自然界主要以硼酸和硼酸盐的形式存在。硼酸存在于某些温泉水中，硼酸盐矿物有硼砂、方硼石、硬硼钙石、斜方硼砂等。 由于硼单质的熔点高，且熔融态硼的反应活性较高，所以极难制得高纯度硼单质。用镁或钠还原氧化硼可制得无定形硼：制备晶态纯硼，可在钽、钨和氮化硼的表面上热分解 BI3 制得。23B O +3Mg 3MgO + 2B 高温 13.2.3 硼的化合物硼的化合

3、物（卤化物、氢化物、氧化物（卤化物、氢化物、氧化物）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乙乙硼烷的性质硼烷的性质 ( (无色气体，难闻的臭味，极毒无色气体，难闻的臭味，极毒) )不稳定，易自燃不稳定，易自燃高能燃料，高能燃料，剧毒剧毒水解水解O(g)3H(s)OB(g)3O(g)HB232262(g)H6(s)BO2HO(l)3H(g)HB233262rHm-1mol

4、-2034kJ 6HCl(l)2BCl(g)6Cl(g)HB3262 被氯氯化被氯氯化乙硼烷的制备(a) 质子置换法质子置换法2MnB + 6H+ = B2H6 + 2Mn3+(b) 氢化法氢化法2BCl3 + 6H2 = B2H6 + 6HCl3LiAlH4 + 4BF32B2H6 + 3LiF + 3AlF3(c) 还原法（三氯化硼或三氟化硼）还原法（三氯化硼或三氟化硼）六方硼化烷又名“白石墨”可以做固体润滑剂还是优良的绝缘体特别的六方硼化烷与石墨类似，高温、高压下能转化为类似金刚石结构的晶体，并且有类似的硬度。 硼烷的结构硼烷的结构 B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三三中心两电子中心两电

5、子键。（氢桥氢桥）记作：记作：HHBBHHHH 要点：要点：B的杂化方式，三中心两电子键、氢桥。B4H10分子结构分子结构119pm110pm137pm143pm122。171pmHB( b )BBBBHHHHHHHHHHH( a )氢桥键 乙硼烷,B2H6,从分子式可以看出,BH3就已经使外层所有电子成键了,但BH3是缺电子结构,不稳定而双聚成B2H6（类似于AlCl3双聚成Al2Cl6）.具体结构是双聚时B变为sp3杂化,一个B原子的B一H键发生变形,电子云嵌入另一个B原子的空轨道,另一个B原子也是如此,此时B2H6的构型是2个BH2原子团在同一平面,另外2个H原子在平面上下名分布一个.因

6、此B2H6中有4个B一H键和两套3中心2个电的键桥.(1) 三氧化二硼三氧化二硼 B2O3B(无定形)B2O3H3BO3O2Mg或Al+H2O-H2O原子晶体原子晶体：熔点：熔点450 C（低温制得）（低温制得）无定形体：软化（高温灼烧）无定形体：软化（高温灼烧）2. 硼的含氧化合物硼的含氧化合物（B是亲氧元素，是亲氧元素，B-O键能大键能大(806)，含氧化合物稳定，基本的构成单元含氧化合物稳定，基本的构成单元BO3和和BO4） 三氧化二硼是酸性氧化物可以与碱性的金属氧化物反应生成盐，并在熔融条件下与金属氧化物结合，冷却至室温后得到有特征颜色的偏硼酸盐熔珠。 硼珠实验硼珠实验CuO+B2O3

7、 Cu(BO2)2 蓝色蓝色Fe2O3+3B2O3 2Fe(BO2)3 黄色黄色硼酸的结构B：sp2杂化OHBOOHH氧原子在晶体内通过氧原子在晶体内通过H键链接呈层状结构键链接呈层状结构；这；这种缔合使得硼酸在种缔合使得硼酸在冷水中溶解度很小，在热水中冷水中溶解度很小，在热水中H键断裂，溶解键断裂，溶解度增大度增大层与层之间靠微弱的分子间作用力结合层与层之间靠微弱的分子间作用力结合；硼酸晶体有解理性，可做润滑剂。硼酸晶体有解理性，可做润滑剂。硼酸的性质硼酸是一种典型的路易斯酸。即向硼酸中加多元醇时，硼酸的酸性会增强。这是因为加入的物质可以与硼酸根形成很稳定的硼酸酯，是氢离子浓度增加。 硼酸在

8、遇到较强酸时，可以显碱性。pe硼砂硼砂 O10HOBNa2742O8H(OH)OBNa24542硼砂酸根的结构：硼砂酸根的结构：硼砂的作用硼砂可以用于焊接金属是的除锈。硼砂还是制作玻璃纤维、泡沫保温材料及搪瓷的重要材料。硼砂的性质硼砂的性质：构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ) 水解呈碱性水解呈碱性 O5H(OH)OB22454-332OHBO4H-4332B(OH)BO2H-332OHBO4H脱水脱水干燥的空气中易风化失水，受热失去结晶水，加干燥的空气中易风化失水，受热失去结晶水，加热至热至300-450形成无水硼酸钠。形成无水硼酸钠。O10H2NaBOOBOH10OBNa2232878

9、2742?硼砂的硼砂珠实验)( 2NaBO)Co(BOCoOOBNa222742蓝色)(2NaBO)Ni(BONiOOBNa222742棕色硼的卤化物 BX3结构结构：B：sp2杂化BXXX大键 因为在实验中测的三氟化硼中3个B-F键的键长相等，但是远比B和F原子半径之和小。所以认为三氟化硼之中存在的是大键，而大键很好的解释了这种现象。三卤化硼是典型的路易斯酸 三卤化硼的路易斯酸性顺序一般为三碘化硼三溴化硼三氯化硼三氟化硼，其原因是因为卤素的p轨道与B的p轨道重叠的程度降低，导致键的形成变难。其他价态的卤化硼四氯化二硼，它经常乙两种不同的构象存在（a）固相中的平面结构（b）为气相和液相中的肥平

10、面结构 13.2 Al及及Al的化合物的化合物 Al 的性质：的性质： 轻金属，金属光泽，熔沸点高，轻金属，金属光泽，熔沸点高，延展性、导电性好，尽管没有延展性、导电性好，尽管没有Cu的导电性好的导电性好但是其有资源丰富密度小的优点所以可以代但是其有资源丰富密度小的优点所以可以代替替Cu做高压电缆做高压电缆。而且。而且Al是两性，离子具有是两性，离子具有很强的极化能力。很强的极化能力。 Al与非金属作用与非金属作用2Al + 3X2 =2AlX3 高温高温2Al + N2 =2AlN 高温高温2Al + 3S =2Al2S3 高温高温与与C在高温下也能发生反应，形成在高温下也能发生反应，形成A

11、l4C3Al+O2= Al2O3 （致密的氧化膜致密的氧化膜） 常温常温2Al + 3/2O2 =Al2O3 铝还原金属2Al + Fe2O3 =2Fe+Al2O3 （铝热法）（铝热法）还原很多难以还原的金属，还原很多难以还原的金属， Cr2O3 MnO2等，焊接等，焊接铁轨铁轨8Al + 3Fe3O4 =9Fe+4Al2O3 铝热剂铝热剂4Al +3 TiO2 + 3C=3TiC+2Al2O3 高温陶瓷高温陶瓷Al 的制备的制备铝土矿为原料铝土矿为原料Al2O3+ 2NaOH+3H2O= 2NaAl(OH)4 2NaAl(OH)4+CO2 =2Al(OH)3 +H2O+Na2CO3Al(OH

12、)3=Al2O3+3H2O 灼烧灼烧2Al2O3 = 4Al+3O2 冰晶石冰晶石高温电解高温电解铝的含氧化合物氧化铝和氢氧化铝氧化铝和氢氧化铝 氧化铝：氧化铝：Al2O3 Al2O3 ：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱。 Al2O3 ：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。在碱性溶液中存在在碱性溶液中存在Al(OH)4-或或Al(OH)63- 332AlOAlO 或 氢氧化铝：氢氧化铝：Al(OH)3两性：两性： Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2OAl(OH)3+ OH- Al(OH)4-Al2(SO4)3+6NaHCO3=3Na2SO4+2Al(OH)3+6CO2泡沫灭火

13、器泡沫灭火器铝的三铝的三卤化物卤化物离子晶体离子晶体 分子晶体分子晶体白色难容固体白色难容固体 易易 溶，强烈水解溶，强烈水解分子晶体分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机：熔点低，易挥发，易溶于有机 溶剂，易形成双聚物。溶剂，易形成双聚物。AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3离子键离子键 共价键共价键以三氯化铝介绍铝的化合物ClClAlClClClClAlAl原子采取原子采取sp3杂化，四面体杂化，四面体气态气态AlBr3 、AlI3也是双聚体。也是双聚体。三氯化铝的性质AlCl3易水解，并放热易水解，并放热HCl3Al(OH)O3HAlCl323 AlCl3也能与有机胺、醇、醚等加合，

14、作为催化剂也能与有机胺、醇、醚等加合，作为催化剂潮湿空气中的潮湿空气中的AlCl3，遇，遇NH3生成生成NH4Cl。Al用干法合成用干法合成AlCl3：322AlCl(g)3ClAl2CO32AlCl3Cl3COAl3232(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al23AlCl3 的制备的制备铍和铝的相似性金属单质金属单质都是易钝化的都是易钝化的都是两性金都是两性金属属都能溶于酸都能溶于酸都能溶于碱并都能溶于碱并放出氢气放出氢气其碱土金属其碱土金属均非两性均非两性卤化物无水的三氯化物都是共价化合物、沸点低易升华。都是桥连而二聚体水合卤化物受热均会发生水解氢氧化物都难溶于水都为两性氢氧化物13.3 镓、铟、铊 13.1镓、铟、铊单质 镓、铟、铊是典型的稀有分散元素，很难成独立的矿物，在地壳中多以硫化物的形式存在。 镓是白银色的软金属，熔点的，在人手中就会熔化。但是其沸点达到了2229摄氏度，所以镓被制造测量高温度的温度计。 铟和