2023学年完整公开课版硼族元素

硼族元素ⅢA

BAlGaInTlns2np1α-菱形硼B为非金属单质，Al、Ga、In、Tl是金属

B，Al，Ga（+3）In（+1，+3）

Tl（+1）最大配位数：

B：

4

HBF4

其他6

Na3AlF6不规则变化的IIIＡ族金属的熔点;

镓的反常熔点与其存在Ga2有关.

金属性：总的变化规律是由上而下逐渐增强概述元素AlGaInTlm.p./℃66030157303氧化态：

IIIAIVAVIA元素都可达到各自的族氧化态，但出现惰性电子对效应(inert-paireffect)原子序数大的p

区元素高氧化态不稳定，在第六周期中表现的非常明显!低氧化态相对稳定性增大惰性电子对稳定性增大概述GaGeAsInSnSbTlPbBi4s25s26s2存在和提取天然资源提取Ｂ硼砂等硼酸盐金属镁还原Ａl

铝土矿（Al2O3·xH2O）电解

单质硼有多种同素异形体，基本结构单元为B12二十面体。二十面体连接的方式不同导致至少三种晶体。硼(Boron)无定形硼比较活泼，室温下与F2反应，与Cl2，Br2，O2，S等反应需加热，高温下与C，N2反应生成碳化物和氮化物，以几个反应较重要：

B+3HNO3

H3BO3+3NO22B+2OH--+2H2O2BO2-+3H22B+6H2O2B(OH)3+3H2

单质硼的性质酸法和碱法两种

酸法：

Mg2B2O5·H2O

+2H2SO42H3BO3+2MgSO4

虽可直接得到H3BO3，但需耐酸设备等苛刻条件.单质硼的制备方法

碱法：Mg2B2O5·H2O+2NaOH

2NaBO2

+2Mg(OH)2

(浓)↓

浓的水溶液

↓通CO2调碱度4NaBO2+CO2+10H2O2Na2B4O7·10H2O+NaCO3

硼砂↓溶于水，用H2SO4调酸度Na2B4O7+H2SO4+5H2O4H3BO3

+Na2SO4

溶解度小↓

脱水

2H3BO3

B2O3+3H2O↓MgB2O3+3Mg

3MgO+2B(粗硼)

单质硼的制备方法用途：无定形硼可用于生产硼钢。硼钢主要用于制造喷气发动机和核反应堆的控制棒。前一种用途基于其优良的抗冲击性，后一种用途基于硼吸收中子的能力。粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的B2O3↓用HCl,NaOH,HF(l)处理纯硼(95%~98%)↓I2BI3↓钽丝（1000~1300K）

2BI32B+3I2

（>99.95%)电解B2O3在KBF4中的融体可得晶态硼。

单质硼的制备方法硼的化合物的性质１共价性２缺电子——除了作为电子对受体易与电子对供体形成

配键以外，还有形成多中心键的特征；（硼的化学性质主要表现在其缺电子性上）３多面体习性——晶态硼和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片而成笼状或巢状等结构。BBr3BCl3BF3B为sp2杂化形式硼的卤化物制备：除BI3外的BX3均可由卤素与B２Ｏ３或Ｂ直接反应制得.B2O3(s)+3CaF2(s)+6H2SO4(l)=2BF3(g)

+3[H3O]+[HSO4]-(soln)+CaSO4(s)2B２Ｏ３

+6HCl===2BCl３

+3H2O

B2O3+3Cl2+3C===2BCl3+3CO硼的卤化物BX3的成键特征

BF3

(g)BCl3

(l)BBr3(l)BI3(s)熔点(K)

146166227316沸点(K)172285364483

键长(pm)(实测)131174189210共价半径和(pm)153180195214键能(kJ·mol－1)646444368267

键长与共价半径和数据说明什么问题？预测BX3的空间构型。BX3是以形成大π键来满足对电子的要求由于有空轨道,可接受外来电子,均为Lewis酸π46Lewis酸性强弱:BF3<BCl3<BBr3<BI3为什么作为Lewis酸，BX３的酸性存在如下关系:

BF3<BCl3<BBr3<BI3

？首先：

BF3中Ｂ的一个Ｐ轨道与Ｆ的孤对电子形成大π键，降低了Ｂ的空２Ｐ轨道接受电子的能力．ＢＸ３形成大π键的程度：

BF3

＞BCl3

＞BBr3

＞BI3其次：ＢＸ３接受孤对电子后从平面三角形转化为四面体消耗的能量分别为：BCl3

（１３４ＫＪ／mol）BBr3（１１７ＫＪ／mol）

BI3

（７９ＫＪ／mol）

有机反应的重要催化剂！一类是与路易斯碱形成酸碱加合物的反应，例如：

BF3(g)+NH3(g)=F3B－NH3(s)用做碱的除NR3

外还可以是SR2和PR3…BX3的用途C5H5N(l)+BX3(g)C5H6N:BX3有机反应的重要催化剂！水解：BX3+3H2O→H3BO3+3HX(X=Cl,Br,I)4BF3+3H2O→H3BO3+3H[BF4]另一类是BCl3,BBr3

和BI3

与温和的质子试剂（如：H2O，醇，甚至胺）之间的质子迁移反应，例如：BX3的用途硼的卤化物判断下列反应的产物并写出化学方程式：１．BF3

与过量NaF在酸性水溶液中的反应；２．BCl3与过量NaCl在酸性水溶液中的反应；

１．BF3

与过量NaF在酸性水溶液中的反应：BF3

是硬Lewis酸，对F－（硬的中强碱）具有较高的亲和力，反应形成配合物：BF3(g)+F-(aq)[BF4]－(aq)

加入过量的F－和酸是为了防止pH过高而水解，例如形成[BF3OH]－。２．BCl3与过量NaCl在酸性水溶液中的反应：

发生水解，而不是与Cl－配位：

BCl3(g)+3H2O(l)→H3BO3(aq)+3HCl(aq)硼烷化学最简单的硼烷（最稳定的硼烷，制备其它硼烷的原料）:３LiEH4+4BF3(or:BCl3)=2B2H6(g)+3LiEF4(E=B,Al)乙硼烷（B2H6

）的成键特征及反应性B:sp3杂化-通过氢桥连接成键水解

B2H6+H2O==H3BO3+H2自燃

B2H6+O2==B2O3+H2O

△rHө=－504.6kJ•mol-1

=－2026kJ•mol-1△rHө硼烷的化学性质还原性被氯氯化

B2H6(g)+6Cl2(g)→2BCl3(l)+6HCl

DrHm=－1376kJ·mol-1所有硼氢化物可燃，燃烧热很高！可作高能燃料,剧毒!遇空气剧烈爆炸，闪绿光（中间体ＢＯ激发态的发射光）火焰呈现绿色含硼化合物燃烧B2H62L均裂2BH3L异裂[BH2L2]++[BH4]－Ｌewis酸性

B2H6+2NaH→2Na[BH4]

B2H6+2:PF3→2H3B:PF3B2H6+2:CO→2H3B:COB2H6+2:NH3→[BH2(NH3)2]++[BH4]－Ｌewis酸性为什么硼的最简单氢化物是B2H6而不是BH3？但硼的卤化物能以BX3形式存在？

如果BH3分子存在的话，则其结构为

B还有一个空的2p

轨道没有参与成键，如果该轨道能用来能键，将会使体系的能量进一步降低，故从能量来说BH3是不稳定体系。B2H6中由于所有的价轨道都用来成键，分子的总键能比两个BH3的总键能大，故B2H6比BH3

稳定（二聚体的稳定常数为106）。

BX中B以sp2杂化，每个杂化轨道与X形成

键后，垂直于分子平面B有一个空的p

轨道，3个F原子各有一个充满电子的p

轨道，它们互相平行，形成了p46大p键，使BX3获得额外的稳定性。但BH中H原子没有像F原子那样的

p

轨道，故不能生成大p键。

硼氢键

B－H

硼硼键

B－B闭合的3中心-2电子硼桥键

BBB开放的3中心-2电子硼桥键

BBB硼烷中有五种键型B:sp3杂化

氢桥键

HBB三中心两电子氢桥键B:sp3杂化B4H10分子结构美国物理化学家LipscombW关于硼烷和碳硼烷的研究获1976年诺贝尔化学奖硼烷化学硼氢化合物的分类通式[BnHn]2-BnHn+4BnHn+6骨架电子对数

n+1n+2n+3分子结构类型闭合式巢式蛛（网）式

实例[B5H5]2-，[B12H12]2-B5H9，B6H10B4H10，B5H11硼烷化学

巢式和蛛式分别相当于闭合式削去1个和2个顶角；就化学性质而言，闭合式最稳定，蛛式最不稳定而巢式的稳定性居中；上图只表示3个化合物的结构关系，并不表示其化学转化方式。硼烷化学戊硼烷-9戊硼烷-11B10H14B12H122-B4C2H6B9C2H112-硼酸B：sp2杂化；存在分子间氢键；层与层之间的分子作用力结合。

H3BO3在冷水中溶解度很小，在热水中却是易溶的。这表明：可通过水溶液中重结晶的方法提纯；它含有氢键。硼酸晶体的片层结构H3BO3是Lewis酸，是一元酸。其酸性很弱,Ka=5.8×10-10加入多羟基化合物可增加酸性。H2SO4H3BO3+3CH3OH==B(OCH3)3+3H2O燃烧绿色火焰鉴别硼酸及盐2通过B与O2反应或H3BO3加热脱水得到。加热到脱水红热时得玻璃态B2O3，减压历时二周加热到670K得晶体状B2O3。1273K以上得蒸气。氧化物参见P648图16.4B2O3

主要显酸性，有时又像碱性氧化物：

B2O3+CoOCo(BO2)2

B2O3+P2O52BPO2B2O3溶于水生成硼酸，但在热的水蒸气中生成可挥发的偏硼酸：B2O3+3H2OH3BO3B2O3+3H2O(水蒸气)2HBO2氧化物全世界硼酸钠盐的年耗量约占总硼消耗量的80%.其中一半以上用于玻璃、陶瓷和搪瓷工业，其他应用领域包括洗涤剂组分(过硼酸盐）、微量元素肥料、加入防冻剂中做抗腐蚀剂、金属的焊剂和纤维素材质的阻燃剂。硼酸盐硼砂：Na2B4O7·10H2O实际上结构为

Na2B4O5(OH)4·8H2O硼酸盐[B4O5(OH)4]2－硼砂性质：①易溶于水，水解呈碱性

②与酸反应制H3BO3

Na2B4O7+H2SO4+5H2O→4H3BO3+Na2SO4

③脱水风化脱水→Na2B4O7体积膨胀受热脱水→硼砂玻璃

硼酸盐硼砂珠实验:

△Na2B4O7==

B2O3+2NaBO2

+)CoO+B2O3

==

Co(BO2)2

除氧化物定性分析陶瓷、玻璃上釉制造人造宝石Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2Cr2O3为绿色

Fe2O3为黄色.硼砂制备：工业上通过酸法或碱法将钙和镁的硼酸盐转化。在实验室用做标定标准酸溶液的基准物：Na2B4O7·10H2O+2HCl==4H3BO3+2NaCl+5H2O硼酸盐有趣的等电子物种B3N3H6

(无机苯)同样有着12个电子的BN单元可以起到C=C单元类似的作用！B3N3H12B3N3H12有趣的等电子物种

立方氮化硼（左）与金刚石（右）之间具有类似的替代关系，类似的结构导致了类似的性质。它硬度接近金刚石，也是一种有效的磨料，特别是用于不适宜用金刚石磨料的场合。有趣的等电子物种

石墨（左）和六方氮化硼（右）均为层状结构，两种物质均具有油腻感用作润滑剂，但石墨是导电的，而后者是绝缘体。有趣的等电子物种六方氮化硼活泼的金属，在适当条件下可O2

、卤素、S、N2、P、C等以及与水、酸和碱反应。铝与氧的亲和力很高：

2Al(s)+(3/2)O2(g)=Al2O3(s)

=－1676kJ•mol-1这一性质被用于冶金工业，如钢水中除