无机化学总结硼族元素

1、-. z.一硼单质及其化合物制作成员：摆宫泽贾震韦仕富 (1) 硼单质硼单质可以分为晶体和无定形两大类。晶体硼呈灰黑色，硬度极高，导电性差，但它的电导率却随着温度的升高而增大，从而显示出与金属导体的不同。不太纯的无定形硼为棕色粉末。晶体硼单质的化学反响活性较低，无定形硼相对活泼。硼单质的晶体构造晶体硼单质根本构造单元为正二十面体，12个硼原子占据着多面体的顶点。菱形硼：B12构造单元间的硼硼化学键属于三中心二电子键。由片层间B12构造单元按面心立方最密堆积方式形成晶体，其中所以硼原子间均形成共价键，使单质硬度大，导热能力强，导电能力弱。菱形硼：构造更复杂，其中含B84构造单元。硼单质的化学性质

2、1 常温下与F2化合：2B+3F2=2BF32 在空气中燃烧，放出大量热：4B+3O2=2B2O33 由于硼氢键的键能很大，所以硼能从许多稳定的氧化物如SiO2，P2O5中夺取氧。硼在炼钢过程中可以作为去氧剂。4 赤热下，无定形硼与水蒸气反响：2B+6H2O(g)=2B(OH)3+2H25 在高温下硼能同N2，S,*2等非金属单质反响 2B+N2=2BN 2B+3Cl2=2BCl2 2B+3S=B2S36 在高温下硼也能同金属反响生成金属硼化物，如NbB4，ZrB2,LaB6等。硼化物一般具有高硬度高熔点。7 无定形硼不与非氧化性酸作用，但可以与热浓H2SO4，热的HNO3反响：B+3HNO3

3、(浓=B(OH)3+3NO2 2B+3H2SO4(浓=2B(OH)3+3SO28 有氧化剂存在时，硼和强碱共熔可得到偏硼酸盐：2B+2NaOH+3KNO3=2NaBO2+3KNO2+H2O硼单质的制备工业上用碱法分解硼镁矿制取单质硼。Mg2B2O5H2O+2NaBO2=2NaBO2+2Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O=NaB4O710H2O+Na2CO3NaB4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO42H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+Mg=2B+3MgO用硫酸与硼镁矿反响一步制得硼酸：Mg2B2O5H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4(2) 硼氢

4、化合物称为硼烷，的有：B2H6，B4H10，B5H9，B8H16，B8H18等，BnHn+4和BnHn+6共20 多种。硼烷中常出现五种类型的化学键，其中有包括氢桥键，硼桥键和闭合式硼键的三种缺电子的三中心二电子键和两种一般的化学键硼氢键B-H、硼硼键B-B。乙硼烷 B2H6是最简单的硼烷。BH3不存在是由于B的价轨道没有被充分利用，且配位数未到达饱和，又不能形成稳定sp2 杂化态的离域键。乙硼烷的构造：每个硼原子均采取sp3杂化，4个杂化轨道中有3个单电子轨道和一个空轨道。上方氢原子的有1个电子的1s轨道与两个硼原子的共含1个电子的两个sp3杂化轨道三者互相成键。这种键称为三中心二电子键，同

5、时由于其类似一座桥，故称为氢桥键。1976年，威廉利普斯科姆因为硼烷构造的研究得到诺贝尔化学奖。乙硼烷的性质自燃性：乙硼烷是一种复原性极强的物质，在空气中可以自燃B2H6g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(l)水解：B2H6+6H2O=2B(OH)3+6H2从上述的反响我们知道，硼烷类化合物遇水、遇氧气极不稳定，容易失效，因此在硼烷化合物的储存和运输过程要在无水无氧条件下进展。被氯气氧化：B2H6(g)+6Cl2g)=2BCl3l)+6HCl(g)乙硼烷的制备：质子置换法：Mg3B2+6H+B2H6+3Mg2+氢复原发：2BCl+6H2B2H6+6HCl负氢离子：3LiAlH4 +4

6、BCl3 2B2H6 + 3LiCl+ 3AlCl3(3) 硼的含氧化合物三氧化二硼(又称氧化硼、硼酸酐)无色玻璃状晶体或粉末，熔点450。具有强烈吸水性而转变为硼酸，故应于枯燥环境下密闭保存，防止吸水变质导致含量下降。微溶于冷水，易溶于热水中。 B2O3(s) + 3 H2O(l) = 2 H3BO3B2O3(s) + H2O(g) = 2 HBO23B2O3+3H2O=B3O3(OH)3在熔融条件下B2O3与金属氧化物化合，能得到有特征颜色的片硼酸盐熔珠，例如CuO+B2O3=Cu(BO2)2蓝色Fe2O3+3B2O3=2Fe(BO2)3 黄色硼酸B(OH)3化学性质一元Lewis弱酸：不

7、是三元质子酸B(OH)3H2O=B(OH)4 - +H + Ka = 5.810-10，很弱2与多元顺式羟基化合物反响，酸性增强3.和单元醇反响 H2SO4 H3BO3+3CH3OH= B(OCH3)3+3H2O 4.与强酸时，显碱性B(OH)3+H3PO4=BPO4+3H2O 5.加热脱水B(OH)3HBO2B2O3硼酸盐 Na2B4O7H2O 重要的硼酸盐 NaBO2 Mg2B2O5 H2O四硼酸钠硼砂，Bora*(重点)一硼砂晶体构造 1四硼酸根 B4O5(OH)42- 2个B： sp2 BO3另2个B： sp3 BO4氢键 2各B4O5(OH)42- 成链二T升高, 硼砂溶解度 T/

8、10 50 100 S /g/100g H2O 1.610.6 52.5 可用重结晶法提纯三硼砂化学性质1标准缓冲溶液 (重点) 缓冲原理：B4O5(OH)42- + 5H2O = 2H3BO3 + 2B(OH)4- +OH- +H+ 1:1摩尔比外加少量H+或OH-，本身pH变化小。 20 pH=9.24 2. 制备(BN)*Na2B4O7+10 H2O + 2 NH4Cl= 2NaCl +B2O3(g) + 4H2O+ 2BN四硼砂珠试验鉴定金属离子硼砂与B2O3、B(OH)3一样，与一些金属氧化物共熔带特征颜色的偏硼酸盐。例Na2B4O7+CoO Co(BO2)22NaBO2蓝色3Na2

9、B4O7+Cr2O3 2Cr(BO2)36NaBO2 绿色 Cu(BO2)2蓝 CuBO2红 Fe(BO2)2绿 Fe(BO2)3 棕 Ni(BO2)2黄棕 MnO22B2O3紫色硼的卤化物B*3(*=Cl Br I)：B*3的构造：B采取sp2杂化。分子构型为三角形，硼原子周围有6个电子，属于缺电子构造。键能/kJmol-1构造： BF3 BCl3 BBr3 BI3构造平面三角形室温下聚集态： g g l s熔点/ -127.1 -107 -46 49.9沸点/ -100.4 12.7 91.3 210键级 3 + 1 46 键长/pm B-F 132 (正常B-F单键150)B-*键能 6

10、13.3 456 377 263.6 FI BCl3、BBr364较弱，BI3可忽略64卤化物的水解：B*3+3H2O=B(OH)3+3H* (Cl Br I)4BF3+3H2O=B(OH)3+3HBF4BF3+HF=HF BF3B*3(g) + 3H2O(l) = B(OH)3(s) + 3H*(g)亲核机理 * = Cl , rG = -157.07 kJmol-1 0S.S. , 298K， BF3水解非自发1Lewis酸性： B*3是缺电子化合物，可与Lewis碱加合。 BF3 + :NH3 = F3BNH3 BF3 + HF = HBF4氟硼酸，强酸似H2SiF6 B*3 + *-

11、= B*4-sp2sp32. Lewis酸性强弱顺序： BF3 BCl3 BI3假设只考虑电负性： BF3 BCl3 BBr3 BI3假设只考虑46强度： BF3 BCl3 BBr3 BI3二：铝单质及其化合物2.1：铝的物理性质铝是银白色金属，熔点是660.32，沸点在2519，密度2.699g/cm3,，因为铝的密度较小，所以被广泛用于制造轻合金，作为飞机和航天器的材料。而且铝具有良好的延展性，能代替铜用来制作电线，尽管其导电性能不如铜，但却有资源丰富和密度小的优势。2.2：铝的化学性质1首先要明确铝的最重要的化学性质在于它具有两性，即：铝不仅可以和酸反响生成对应的盐和氢气(铝属于一种活泼

12、的金属)，铝还可以与强碱如NaOH生成偏铝酸盐以及氢气反响的方程式为：铝与酸反响, 2Al +6 HCl =2AlCl3+3H2铝与碱反响, 2Al +2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H22铝在空气中易于中的氧气发生反响，生成一种致密的氧化膜，可以保护部的铝不再与氧气和水发生作用，甚至遇到浓硝酸或浓硫酸时也可以不发生作用，所以铝可以用来做日用器皿的材料。但是NaCl可以腐蚀致密的铝的氧化膜，所以长期盛放在铝制器皿中的菜肴容易败坏就是这样的原因。3工业上铝的制备方法及流程因为铝在自然界多以氧化物存在于它的矿物里面，所以工业上通常采取化学法来制备单质铝。而铝矾土是提取和冶炼铝的主要原料。制

13、备流程如下：首先用碱浸取铝矾土，并加压煮沸，使其中的铝元素以铝酸盐形式存在： Al2O3+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4再过滤将铝酸钠溶液与一些不溶性杂质分开。之后通入CO2调节pH,使Al(OH)3沉淀，析出;2NaAl(OH)4+CO2=2Al(OH)3+Na2CO3+H2O经别离，焙烧得到符合电解需要的较纯洁的Al2O3: 2Al(OH)3=Al2O3+3H2O将Al2O3溶解在熔融的冰晶石Na3AlF6，主要目的在于降低Al2O3的熔点，在1223K下进展电解。在阴极上得到金属铝。电解反响可以表示为： 2Al2O3=4Al+3O2电解出来的铝定时的放出，冷却制成铝锭。即可得

14、到工业用Al4铝和硼相似，都是亲氧元素，可以与氧气化合并且放出大量的热，工业生产中也可以用该反响来从其他金属氧化物置换出金属。我们通常称其为铝热反响。例如铝粉与氧化物粉末的混合物，点燃镁条引发反响：2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3反响放出来的热量可以使体系升温至3000以上，产物中的Fe将被熔化。这个反响可以用来焊接损坏的铁轨。5在高温下，铝容易同P, S , Si 等非金属反响，例如： 2Al+3S=Al2O3(6) 铝是不可以直接和氢化合的，但是铝的氢化物AlH3n是存在的。制备需要在乙醚的环境中进展，3n LiH+ n AlCl = (AlH3)n+3nLiCl但是当混合物中中的L

15、iH过量时，将有氢化锂铝(LiAlH4)生成.氢化锂铝是重要的复原剂，尤其在有机反响中十分重要。2.3：铝的含氧化合物(1) Al2O3主要有两种晶型，Al2O3和Al2O3。Al2O3是由铝在氧气中燃烧或者高温灼烧是Al(OH)3脱水而得。Al2O3俗称刚玉，物理性质是硬度非常高，仅次于金刚石；化学性质是其不溶于水，也不溶于酸或碱中。Al2O3是在较低的温度下加热使Al(OH)3脱水得到。它的化学性质较为活泼，较易溶于酸或碱中。并且当Al2O3强热时，可以转变成Al2O3。(2) Al3+可以与氨水反响，生成Al(OH)3,且产物不溶于过量的氨水中；与之相对应的Al3+和NaOH反响生成Al

16、(OH)3，而其可以溶于过量的NaOH中，生成铝酸钠NaAl(OH)4,说明Al(OH)3也是一种两性物质，即为两性氢氧化物。Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)42.4:铝的三卤化物 (1)化合物类型：离子化合物有：AlF3(气体分子为单分子形式存在)共价化合物有：AlCl3 ,AlBr3 ,AlI3气体分子均是二聚的(2)二聚分子的构造示意图如AlCl3 Cl Cl Cl Al Al Cl Cl Cl在如下图的AlCl3分子中，每个Al原子均为sp3杂化，各有一个空出的轨道。氯原子处于以Al为中心的四面体的4个顶点位置。分子中有桥式氯原子，可以理解为，桥式氯原子在与左边的铝成

17、键的同时，与右边的铝的空轨道发生配位。也可以认为氯桥键是一个三中心四电子键43，左边的铝提供一个电子，桥式氯原子提供3个电子。 AlCl3二聚分子的形成原因是铝原子缺电子构造的原因；Al：1s22s22p63s23p1AlCl3在水中可以与水剧烈反响，原理即为水解反响，因此在水溶液中不能结晶出它的无水盐。无水三氯化铝可用枯燥的氯气做氧化剂在高温下制备：加热 2Al + 3Cl2 =2AlCl3AlCl3易溶于乙醚等有机溶剂，因为根据相似相容原理，共价化合物易溶于共价化合溶剂中。2.5 铍与铝的相似性 (1) 铍和铝都是钝化金属，与冷的浓硝酸作用时外表会形成致密的氧化膜而钝化。其他碱土金属均非钝

18、化金属。而且铍和铝都是两性金属，即可溶于酸，又可溶于碱。其他的碱土金属均非两性。 (2) 卤化物BeCl24H2O =(加热)=Be(OH)Cl+ 3H2O +HClAlCl36H2O =(加热)=Al(OH)2Cl+ 4H2O + 2 HCl无水卤化物BeCl2和AlCl3都是共价化合物，熔沸点低，易升华。这是其物理性质BeCl2和AlCl3均是桥连的二聚体，可是BeCl2中Be是sp2杂化，AlCl3中Al是sp3杂化。他们的水合卤化物受热脱水时均发生水解，方程式如上。 (3)氢氧化物 Be(OH)2和Al(OH)3均为两性氢氧化物，均难溶于水，但是既可以溶于酸，也可以溶于强碱，其他的金属

19、的氢氧化物均不是两性，不溶于强碱三，镓铟铊物理性质：镓，铟，铊是典型的稀有分散元素，很难形成独立的矿物，在地壳中更倾向于以硫化物的形式存在，而不是与氧结合在一起。1875年法国人布瓦博德朗发现了镓，并测定了它的一系列物理化学性质。门捷列夫认为镓正是他在1869年所预言的类铝元素，并对当时测定的金属密度为4.7gcm-3提出了质疑，指出其数值应为5.96.0gcm-3。事后进一步的测定说明镓的密度为5.94gcm-3。镓是银白色的软金属，熔点为29.76，在人手中就能熔化，而其沸点为2204，它的熔沸点之差在所有的金属中最大。由于这一特点，镓被用来制造测量高温的温度计。镓的发现证实了元素周期的重

20、要性和正确性。铟和铊的物理性质是相似的。化学性质：镓的化学性质与铝的很相似，但没有铝活泼，其原因也是镓的外表有氧化膜，常温下有些迟钝。镓，铟，铊中只有镓能与苛性碱溶液反响放出氢气。镓，铟，铊都能与非氧化性酸反响，例如与稀硫酸的反响为： 2Ga+3H2SO4=Ga2(SO4)3+3H2 2In+3H2SO4=In2(SO4)3+3H2 2Tl+H2SO4=Tl2SO4+H22.镓铟铊也都能溶于稀盐酸，但只有加热时反响速率才比拟快。它们可以与氧化性酸反响，例如与浓HNO3反响： Ga+6HNO3=Ga(NO3)3+3NO2+3H2O In+6HNO3=In(NO3)3+3NO2+3H2O Tl+2HN