天津大学无机化学课件第十二章氮族碳族与硼族3-

第三节硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素无机化学多媒体电子教案第三节硼族元素9/21/20231课件第三节硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素无机化学多媒体电12-3-1硼族元素概述0ⅢAⅣAⅤA

ⅥA

ⅦAHe氦2B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖3Al铝Si硅P磷S硫Cl氯Ar氩4Ga镓Ge锗As砷Se硒Br溴Kr氪5In铟Sn锡Sb锑Te碲I碘Xe氙6Tl铊Pb铅Bi铋PoAt砹Rn氡有时称为土族元素，其中Al2O3为黏土的主要成分，既难溶又难熔9/21/20232课件12-3-1硼族元素概述0ⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAHe氦1.81.71.61.52.0电负性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

88.680625027离子半径r(M3+)/pm17016312214388原子半径/pm0、+1(+3)0、+1+30、+1+30、+3

0、+3

主要氧化数6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型814931135原子序数铊(Tl)铟(In)镓(Ga)铝(Al)硼(B)ⅣA

p与其它金属可制低熔合金如含25%In的Ga合金可用于自动灭火装置Tl及其化合物均有毒误食少量铊盐可使毛发脱落12-3-1硼族元素概述是地壳中蕴藏最丰富的金属元素，主要以铝矾土矿(Al2O3·xH2O)存在铝是银白色、有光泽的轻金属具有良好的导电性和延展性广泛用来作导线、结构材料和器皿铝合金质轻又硬，用于飞机制造

自然界没有游离硼，主要矿有:硼砂矿(Na2B4O7·10H2O)、硼镁矿(Mg2B2O5·H2O)、方硼矿(2Mg3B8O15·MgCl2)熔点比人的体温还低(30℃左右)液态镓的熔点、沸点相差大，可作高温温度计，与其它金属可制低熔合金

在自然界没有独立的矿物，分散在其它矿物中,都是软金属,可用于生产新型半导体材料

9/21/20233课件1.81.71.61.52.0电负性()5895581.81.71.61.52.0电负性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

88.680625027离子半径r(M3+)/pm17016312214388原子半径/pm0、+1(+3)0、+1+30、+1+30、+3

0、+3

主要氧化数6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型814931135原子序数铊(Tl)铟(In)镓(Ga)铝(Al)硼(B)ⅣA

p价电子数价层电子轨道数为缺电子原子，可形成缺电子化合物34缺电子原子可形成配位键(如H[BF4])多中心键(如B2H6)12-3-1硼族元素概述N、O、XC、Si、HB、Al举例有孤电子对

有空轨道特点∨多电子原子价层电子轨道数‖∧

价电子数等电子原子缺电子原子原子9/21/20234课件1.81.71.61.52.0电负性()5895581.81.71.61.52.0电负性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

88.680625027离子半径r(M3+)/pm17016312214388原子半径/pm0、+1(+3)0、+1+30、+1+30、+3

0、+3

主要氧化数6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型814931135原子序数铊(Tl)铟(In)镓(Ga)铝(Al)硼(B)ⅣA

p氧化数+3化合物稳定性降低氧化数+1化合物稳定性增加

即惰性电子对效应明显12-3-1硼族元素概述9/21/20235课件1.81.71.61.52.0电负性()58955812-3-2硼的氢化物12-3-2硼的氢化物硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、硅的氢化物(硅烷)相似，所以硼的氢化物称为硼烷类型B5H11(戊硼烷-11)B5H9(戊硼烷-9)B4H10(丁硼烷-10)BnHn+6B2H6(乙硼烷)举例BnHn+4通式由于硼烷及其衍生物的特殊结构、性质和用途，使硼烷及其有关的碳硼烷化学成为目前无机化学主要发展领域之一9/21/20236课件12-3-2硼的氢化物12-3-2硼的氢化物硼氢化合物性乙硼烷结构两个3c-2e键

四个B-H2c-2e键

在同一水平面上两个3c-2e键位于水平面上下与水平面垂直动画演示9/21/20237课件乙硼烷结构两个3c-2e键四个B-H2c-2e键动画演多中心键三中心二电子键(3c-2e)简称三中心键是多中心键的一种形式定义：是指3个或3个以上原子之间所形成的共价键B缺电子原子H等电子原子形成二个三中心二电子键强度：为一般共价键强度的一半形成：缺电子原子等电子原子硼烷的性质比烷烃活泼

9/21/20238课件多中心键三中心二电子键(3c-2e)简称三中心键定义：硼烷的性质通常情况下不稳定，在空气中能自燃反应速率大，并放出大量热。曾想用作火箭或导弹的高能燃料,但因毒性太大而未采用B2H6(g)+3O2

→B2O3(g)+3H2O(g)遇水发生水解B2H6(g)+6H2O→2H3BO3+6H2能与NH3、CO(有孤电子对)分子发生加合作用B2H6+2CO→2[H3BCO]B2H6+2NH3

→2[H3BNH3]9/21/20239课件硼烷的性质通常情况下不稳定，在空气中能自燃反应速率大12.3.3硼酸及其盐硼的含氧酸名称分子式偏硼酸HBO2正硼酸(简称硼酸)H3BO3多硼酸xB2O3·yH2OH2OH3BO3HBO2B2O3

△△H2O9/21/202310课件12.3.3硼酸及其盐硼的含氧酸名称分子式偏硼酸HBO2正12-3-3硼酸及其盐硼酸12-3-3硼酸及其盐分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂9/21/202311课件12-3-3硼酸及其盐硼酸12-3-3硼酸及其盐分子间通12-3-3硼酸及其盐硼酸12-3-3硼酸及其盐分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂9/21/202312课件12-3-3硼酸及其盐硼酸12-3-3硼酸及其盐分子间通硼酸一元弱酸H3BO3+H2O⇌

[B(OH)4]-

+H+

⊖

aK=5.8☓10-10水溶液显酸性,是由于硼原子是缺电子原子,价层有空轨道，能接受水解离出的OH-孤电子对，以配位键形式形成[B(OH)4]-

9/21/202313课件硼酸一元弱酸H3BO3+H2O⇌[B(OH)4]-硼砂化学式为Na2B4O5(OH)4·8H2O习惯用Na2B4O7·10H2O表示

无色透明晶体，在空气中易风化失水加热至350~400℃脱水成为Na2B4O7,878℃

熔融,冷却后成玻璃状物质,即硼砂玻璃易溶于水,其溶解度随温度升高而增大易水解，水溶液呈碱性4BO2+H2OB4O7+2OH-

B4O7+7H2O4H3BO3+2OH--2-2-9/21/202314课件硼砂化学式为Na2B4O5(OH)4·8H2O无色透明晶体硼砂化学式为Na2B4O5(OH)4·8H2O习惯用Na2B4O7·10H2O表示

无色透明晶体,在空气中易风化失水加热至350~400℃脱水成为Na2B4O7,878℃

熔融,冷却后成玻璃状物质,即硼砂玻璃易溶于水,其溶解度随温度升高而增大易水解，水溶液呈碱性硼砂珠实验：铁、钴、镍、锰等金属氧化物可溶解在硼砂熔体中,呈不同的特征颜色Na2B4O7+CoO→

Co(BO2)2·2NaBO2(蓝色)Na2B4O7+NiO→

Ni(BO2)2·2NaBO2(棕色)Na2B4O7+MnO→

Mn(BO2)2·2NaBO2(绿色)分析化学曾用此性质来鉴定某些金属离子9/21/202315课件硼砂化学式为Na2B4O5(OH)4·8H2O无色透明晶体12-3-4氧化铝和氢氧化铝12-3-4氧化铝和氢氧化铝氧化铝两种主要变体α-Al2O3(刚玉)

硬度大，密度大熔点高，不溶于酸化学性质稳定可作高硬质材料耐磨材料和耐火材料γ-Al2O3(活性氧化铝)

硬度小，质轻不溶于水,溶于酸和碱表面积大,有强的吸附能力和催化活性可作吸附剂和催化剂刚玉中含微量Cr(Ⅲ)——红宝石

Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)

——蓝宝石

刚玉中含少量Fe3O4——刚玉粉

9/21/202316课件12-3-4氧化铝和氢氧化铝12-3-4氧化铝和氢氧化铝氢氧化铝在铝酸盐溶液中通入CO2,得到晶态Al(OH)3

在铝(Ⅱ)盐溶液中加入氨水或适量碱,得到凝胶状含水量不定的水合氧化铝

(Al2O3·xH2O)通常也写成Al(OH)3

2[Al(OH)4]-+CO2→2Al(OH)3+CO3+H2O(白色)2-9/21/202317课件氢氧化铝在铝酸盐溶液中通入CO2,得到晶态Al(OH)3氢氧化铝难溶于水两性溶于酸Al(OH)3+3H+

→Al3++3H2O溶于碱Al(OH)3+OH-→[Al(OH)4]--经光谱实验证实：溶液中不存在AlO2

或AlO3

3--9/21/202318课件氢氧化铝难溶于水两性溶于酸Al(OH)3+3H+→12-3-5铝盐三氯化铝12-3-5铝盐无水AlCl3只能用干法制取2Al+3Cl22AlCl3

Al2O3+3C

+3Cl22AlCl3+3CO

常温下纯AlCl3为无色晶体气态AlCl3具有双聚分子缔合结构无水AlCl3溶于有机溶剂

无水AlCl3在水中发生水解，在潮湿空气中因强烈水解而冒烟9/21/202319课件12-3-5铝盐三氯化铝12-3-5铝盐无水AlCl3只三氯化铝双聚分子结构2个Al原子与两侧的4个Cl原子在同一平面上中间的2个Cl原子位于该平面两侧动画演示9/21/202320课件三氯化铝双聚分子结构2个Al原子动画演示8/5/2023硫酸铝2Al(OH)3+3H2SO4→

Al2(SO4)3+6H2O制取：纯氢氧化铝与热、浓硫酸反应Al2O3+3H2SO4→

Al2(SO4)3+3H2O常温下自溶液析出无色针状晶体(Al2(SO4)3·18H2O)硫酸与铝矾土或高岭土作用

9/21/202321课件硫酸铝2Al(OH)3+3H2SO4→Al2(SO硫酸铝易溶于水，水溶液由于Al3+水解呈酸性Al3++H2O[Al(OH)]2++H+

易与碱金属(除Li外)或铵形成矾如Al(SO4)2·12H2O弱酸的铝盐在水中完全水解

2Al3++3S2-+6H2O→

2Al(OH)3↓+3H2S↑2Al3++3CO3+3H2O→2Al(OH)3↓+3CO2↑

2-9/21/202322课件硫酸铝易溶于水，水溶液由于Al3+水解呈酸性Al3++HAl3+的鉴定Al3++铝试剂→红色絮状沉淀（pH=4~

5）9/21/202323课件Al3+的鉴定Al3++铝试剂→红色絮状沉淀（pH=第三节硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素无机化学多媒体电子教案第三节结束9/21/202324课件第三节硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素无机化学多媒体电第四节对角关系无机化学多媒体电子教案

第十二章氮族、碳族和硼族元素第四节对角关系9/21/202325课件第四节对角关系无机化学多媒体电子教案第十二章氮族、碳族和ⅠA01HⅡAⅢAⅣAⅤA

ⅥA

ⅦAHe2LiBeBCNOFNe3NaMgAlSiPSClAr4KCaGaGeAsSeBrKr5RbSrInSnSbTeIXe6CsBaTlPbBiPoAtRn7FrRa周期系中有些元素的性质常与它