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，Al、Ga、In、Tl 是金属。常见氧化态：B、Al、Ga 3 In 1，3 Tl 1最大配位数：B： 4 HBF4 其它：6 Na3AlF6 硼族元素的最大特征是缺电子元素，可形成缺电子化合物。一、 硼的氢化物 最简单的硼烷是 B2H6sp3不等性杂化三中心两电子氢桥键硼烷稳定性较差，室温分解2B2H6 = B4H10 + H2 还原能力强B2H6 (g) 3 O2 (g) B2O3 (s) 3 H2O (l)易水解B2H6 6 H2O 2 H3BO3 6 H2高温下与NH3反应生成无机苯和具有层状

2、结构的氮化硼3B2H6+6NH32B3N3H6+12H2xB2H6+2xNH3=2(BN)x+6xH2二、 硼的含氧化合物1 B2O3 和 H3BO3 B2O3 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 B2O3，只有在较低的温度下、极其缓慢地脱水才能得到 B2O3 晶体。 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，粉末状的B2O3可用作吸水剂B2O3 3 H2O 2 H3BO3 (aq) B2O3 和金属氧化物共熔融时，生成有特征颜色的硼珠，可用于鉴定金属氧化物。例如 CoO + B2O3 Co

3、(BO2)2深蓝色的硼珠 CoO 深蓝色 Cr2O3 绿色 CuO 蓝色 MnO 紫色 NiO 绿色 Fe2O3 黄色 常见硼珠的颜色如下 H3BO3是Lewis酸，是一元酸。OHOHOHB 2OOHBOHOHOH H 硼酸酸性很弱，Ka5.81010，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B(OH)4结合成很稳定的物质OHOCHCH2CH2OBOHOCHCH2CH2O 如H3BO3 中加入甘油，酸性可增强。 原因是加入的物质可以与 B(OH)4 结合成很稳定的结构单元 B(C3H6O3)2 H3BO3 3 CH3OH B(OCH3)3 3 H2OH2SO4燃烧绿色火焰可鉴别硼酸

4、及盐 在浓硫酸催化作用下，硼酸和乙醇发生酯化反应生成硼酸三乙酯2 硼砂B: sp2 杂化, sp3 杂化 硼砂 Na2 B4O5(OH)4 8 H2O 是硼的最主要的含氧酸盐，白色，玻璃光泽。 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 8 个结晶水和 2 个羟基水，形成化学式为 Na2B4O7 的无水盐。 可以看成由两个 BO2 和一个 B2O3 构成。 因此硼砂和过渡金属氧化物CuO，NiO，MnO，Cr2O3，Fe2O3 等也发生硼珠反应。 实际上，硼珠实验就是用硼砂作反应物进行的。 B4O5(OH)42 + 5 H2O 2 H3BO3 + 2 B(OH)4 生成等物质

5、的量的弱酸和弱酸盐，形成缓冲溶液, pH = 9.74。三、 硼的卤化物 BX3的中心硼原子的轨道采用sp2杂化，构型为三角形，为缺电子结构。 XBX X 将 BF3 通入水中: BF3 3 H2O B(OH)3 3 HF 进一步反应: BF3 HF H BF4 BX3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：BF3(g) NH3 H3NBF3三、 铝、镓、铟、铊 Ga 的熔点 29.76，在手中即可以融化。 铝、镓、铟、铊金属单质和非氧化性酸、氧化性酸反应，产物中铝、镓、铟的氧化数均为 + 3， 而铊的氧化数为 + 1。 Tl + 2 H

6、NO3 TlNO3 + NO2 + H2O Ga(OH)3 的酸性比 Al(OH)3 强，这是第四周期主族元素性质的反常。 Tl(III)氧化能力强 Tl2(SO4)3 + 4 FeSO4 Tl2SO4 + 2 Fe2(SO4)3 Tl(NO3)3 + SO2 + 2 H2O TlNO3 + H2SO4 + 2 HNO3 2 Tl3+ + 3 S2 Tl2S + 2 S Tl(NO3)3 + 3 KI 3 KNO3 + TlI + I2 蓝黑色 TlOH 是强碱，但不如 KOH 的碱性强。某些Tl(I)的性质与碱金属相似，如 TlOH Tl2SO4 易溶于水某些Tl(I)的性质与Ag+相似，如

7、TlCl, Tl2S不溶于水TlF是离子型化合物，易溶于水例 题1. 写出下列反应的产物和方程式(1) BF3与过量NaF在酸性水溶液中反应(2) BCl3与过量NaCl在酸性水溶液中反应解: (1) BF3是硬路易斯酸，对硬碱F-的亲和力强，容易形成配合物。BF3 + F- BF4-即过量的NaF提供足够的配体，酸性是为了防止pH过高形成水解产物BF3OH-(2) BCl3发生水解，Cl-配位能力差，不容易形成配合物HBCl4。BCl3 + H2O H3BO3 + HCl2. 解释为什么H3BO3、H3PO3的组成相似，但前者是一元酸而后者是二元酸。解: 一般来说，在水中能够解离出几个质子则

8、该含氧酸就是几元酸。H3PO3在水中两个羟基氢可以解离，而与中心原子以共价键相连的H不能解离。H3BO3是缺电子化合物，OH不解离，而是B接受水分子中的OH-形成B(OH)4-，释放一个H+，而且B只有一个空的价层轨道，所以只能接受一个配体。H3BO3 + H2O B(OH)4- + H+3. 写出下列反应的产物和方程式(1) BF3通入碳酸钠溶液(2) Tl2O3与浓硫酸作用(3) 向偏铝酸钠溶液中加入NH4Cl溶液解：(1) BF3水解生成H3BO3和HBF4，HBF4为强酸，在碳酸钠溶液中成BF4- 4BF3 + CO32-+4H2O3BF4-+B(OH)4-+4HCO3-(2) Tl(III)氧化能力强，酸性条件下能将水氧化成O2Tl2O3+H2SO4 Tl2SO4+O2+H2O(3) Al(OH)4-+NH4+ Al(OH)3 + NH3 + H2O4. 为什么BH3不存在，而BF3却稳定存在？解: 因为BH3是缺电子化合物，不稳定，通过形成B2H6使B的缺电子性得到补偿；BF3虽然也是缺电子分子，但是F原子中未参与成键的P轨道有孤对电子，可以与B的空的P轨道形成离域键46，补偿了B的缺电子性质，因此不需要形成二聚体。5. 为什么BF3中B-F键能是6