硼族元素 (2)讲稿.ppt

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1、关于硼族元素(2)第一页，讲稿共三十七页哦IIIA B Al Ga In Tlns2np1B 为非金属，为非金属，Al、Ga、In、Tl 是金属。是金属。常见氧化态：常见氧化态：B、Al、Ga 3 In 1，3 Tl 1 硼族元素的最大特征是均为缺电子元素硼族元素的最大特征是均为缺电子元素（价电子数少于价电子轨道数），可形成缺（价电子数少于价电子轨道数），可形成缺电子化合物。电子化合物。第二页，讲稿共三十七页哦13 1 硼单质及其化合物硼单质及其化合物 无定形硼无定形硼晶形硼晶形硼 B12棕色粉末棕色粉末黑灰色黑灰色化学活性高化学活性高硬度大硬度大熔点，沸点都很高熔点，沸点都很高13 1 1

2、硼单质硼单质1 硼的同素异形体硼的同素异形体第三页，讲稿共三十七页哦(1)与非金属反应与非金属反应 2B+3F2 2BF3 (室温室温)4B+3O2 2B2O3 (炼钢过程中可作去氧剂炼钢过程中可作去氧剂)2B+N2 2BN (高温，除高温，除H2、Te、Rg外外)(2)与水蒸汽与水蒸汽 2B+6H2O(g)2B(OH)3+3H22 单质硼的化学性质单质硼的化学性质第四页，讲稿共三十七页哦(3)和氧化性酸和氧化性酸 B+3HNO3(浓热浓热)B(OH)3 +3NO2 2B+3H2SO4(浓热浓热)2B(OH)3+3SO2(4)和强碱作用和强碱作用 单单质质硼硼可可以以抵抵御御沸沸腾腾的的NaO

3、H溶溶液液和和500oC熔熔融融NaOH的作用，但有氧化剂存在时：的作用，但有氧化剂存在时：2B+2NaOH+3KNO3 2NaBO2+3KNO2+H2O第五页，讲稿共三十七页哦3 硼单质的制取硼单质的制取酸法：酸法：Mg2B2O5H2O H3BO3H2SO4硼镁矿：硼镁矿：碱法：碱法：Mg2B2O5H2O NaBO2 Na2B4O710H2O H3BO3NaOHH2SO4CO2H3BO3 B2O3 B 无定形无定形 Mg2BI3 2B+3I2 晶体硼晶体硼1000-1300oC第六页，讲稿共三十七页哦13 1 2 硼氢化合物硼氢化合物 最简单的硼烷是最简单的硼烷是 B2H6 硼氢化合物的物理

4、性质相似于烷烃，故称为硼烷。硼氢化合物的物理性质相似于烷烃，故称为硼烷。可以分为可以分为BnHn+4 和和 BnHn+6两类，命名原则和烷烃相同。两类，命名原则和烷烃相同。例如：例如：B2H6 B4H10 乙硼烷乙硼烷(6)丁硼烷丁硼烷(10)第七页，讲稿共三十七页哦一、乙硼烷的制备和性质一、乙硼烷的制备和性质1.乙硼烷的制备乙硼烷的制备 最最初初是是用用盐盐酸酸或或磷磷酸酸与与硼硼化化镁镁作作用用，可可制制取取除除乙乙硼硼烷烷外外的一系列硼烷。乙硼烷是通过高级硼烷的热分解制备的。的一系列硼烷。乙硼烷是通过高级硼烷的热分解制备的。Mg3B2 硼烷混合物硼烷混合物 B2H6 乙醚介质中用氢化铝锂

5、还原乙醚介质中用氢化铝锂还原BCl3可得纯度较高的乙硼烷可得纯度较高的乙硼烷 3LiAlH4 4BCl3 =2B2H6 3LiCl +3AlCl3 无声放电条件下，用氢气还原无声放电条件下，用氢气还原BCl3可得到乙硼烷可得到乙硼烷 6H2 2BCl3 =B2H6 6HCl第八页，讲稿共三十七页哦（1）还原剂）还原剂 B2H6+3O2 B2O3+3H2O B2H6 6Cl2 2BCl3 6 HCl（2）水解）水解 B2H6+6H2O 2H3BO3 +6H2（3）与与NH3反应反应 3B2H6+6NH3 12H2+2B3N3H6 （453K）硼氮六环硼氮六环 or“无机苯无机苯”NBNBNBHH

6、HHHHx B2H6+2x NH3 6x H2+2(BN)x （873K）2.乙硼烷的性质乙硼烷的性质白石墨白石墨第九页，讲稿共三十七页哦二、二、硼烷的结构硼烷的结构三中心两电子氢桥键三中心两电子氢桥键sp3激发激发B B第十页，讲稿共三十七页哦硼烷中有硼烷中有五种键型五种键型 硼氢键硼氢键 BH 硼硼键硼硼键 BB 氢桥键氢桥键BBH闭式的闭式的3中心中心2电子硼桥键电子硼桥键BBB开式的开式的3中心中心2电子硼桥键电子硼桥键BB B第十一页，讲稿共三十七页哦癸硼烷癸硼烷-14(B10H14)的键联的键联关系示意图关系示意图第十二页，讲稿共三十七页哦13 1 3 硼的含氧化合物硼的含氧化合物

7、1 B2O3 和和 H3BO3 B2O3 是是最最难难结结晶晶的的物物质质之之一一，在在红红热热条条件件下下硼硼酸酸脱脱水水只只能能得得到到玻玻璃璃态态的的 B2O3，只只有有在在较较低低的的温温度度下下、极极其其缓缓慢慢地地脱脱水水才才能能得得到到 B2O3 晶晶体。体。若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时 B2O3 H2O(g)2 HBO2(g)B2O3是硼酸的酸酐，粉末状的是硼酸的酸酐，粉末状的B2O3可用作吸水剂可用作吸水剂。B2O3 3 H2O 2 H3BO3(aq)第十三页，讲稿共三十七页哦 B2O3是是酸酸性性氧氧化化物物，在在熔熔融融态态

8、时时，可可与与碱碱性性的的金金属属氧氧化化物物生生成成有有特特征征颜颜色色的的偏偏硼硼酸酸盐盐，可可用用于于鉴鉴定定(硼硼砂砂珠珠实实验验)。CoO+B2O3 Co(BO2)2 深蓝色深蓝色 Fe2O3+3B2O3 2Fe(BO2)3 黄色黄色 Cr2O3的硼珠的硼珠 绿色绿色 CuO的硼珠的硼珠 蓝色蓝色 MnO的硼珠的硼珠 紫色紫色 NiO的硼珠的硼珠 绿色绿色第十四页，讲稿共三十七页哦B：sp2杂化；存在分子间氢键杂化；存在分子间氢键 硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在一起。硼酸具有片层状结构，层与层之间以分子间力联系在一起。因此硼酸晶体有因此硼酸晶体有解理性，可作为润滑剂。

9、解理性，可作为润滑剂。第十五页，讲稿共三十七页哦OHOHOHB 2OOHBOHOHOH HOHOCHCH2CH2OBOCHOHCH2CH2O 加入多羟基化合物可增加酸性，这是因为加入的物质可与加入多羟基化合物可增加酸性，这是因为加入的物质可与B(OH)4结合成很稳定的硼酸酯，平衡右移，结合成很稳定的硼酸酯，平衡右移，H+增大。如加入增大。如加入丙三醇：丙三醇：H3BO3是是Lewis酸，是酸，是一元弱酸，一元弱酸，Ka5.81010。第十六页，讲稿共三十七页哦 弱碱性：弱碱性：B(OH)3 +H3PO4 BPO4 +3H2O受热易分解受热易分解:4H3BO3 4HBO2 H2B4O7 2B2O

10、3正硼酸正硼酸 偏硼酸偏硼酸 四硼酸四硼酸 酸酐酸酐-4H2O-H2O-H2O鉴鉴定定:浓浓硫硫酸酸存存在在下下，硼硼酸酸与与甲甲醇醇或或乙乙醇醇反反应应生生成成挥挥发性硼酸酯，硼酸酯燃烧时产生特有的绿色火焰。发性硼酸酯，硼酸酯燃烧时产生特有的绿色火焰。3C2H5OH+H3BO3 B(OC2H5)3 +3H2O浓浓H2SO4第十七页，讲稿共三十七页哦2 硼砂及其它硼酸盐硼砂及其它硼酸盐 硼砂：硼砂：Na2B4O710H2O，白色结晶粉末，按结构应写，白色结晶粉末，按结构应写为为Na2B4O5(OH)4 8H2O。第十八页，讲稿共三十七页哦 硼砂珠实验可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷硼砂珠实

11、验可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷上釉、制造人造宝石等。上釉、制造人造宝石等。Na2B4O7 CoO 2 NaBO2Co(BO2)2 可将可将B4O72-看做是看做是2个个BO2-和和1个个B2O3，因此，硼，因此，硼砂熔融时也有硼砂珠反应：砂熔融时也有硼砂珠反应：Na2B4O7 B2O3 2 NaBO2 )CoO B2O3 Co(BO2)2 第十九页，讲稿共三十七页哦 硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到400 C左右，左右，将失去将失去 8 个结晶水和个结晶水和 2 个羟基水，形成化学式为个羟基水，形成化学式为 Na2B4O7 的无水盐。的无水盐

12、。硼砂本身为强碱弱酸盐，硼砂本身为强碱弱酸盐，可作可作缓冲溶液，缓冲溶液，20 时时0.01M 的硼砂溶液，的硼砂溶液，pH9.24。B4O5(OH)42-+5H2O 2H3BO3+2B(OH)4-第二十页，讲稿共三十七页哦 偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，偏硼酸钠与过氧化氢作用，可以生成过硼酸钠，大量的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。大量的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。NaBO2 H2O2 NaBO3H2O 第二十一页，讲稿共三十七页哦化学键化学键 三角形和四面体的轮廓线三角形和四面体的轮廓线 硼硼酸酸盐盐的的种种类类很很多多，结结构构也也很很复复杂杂，但但都都是是由由最最基基本

13、本的的结结构构单单元元三三角角形形的的BO3和和四四面面体体的的BO4联联结结而而成的。成的。(a)(b)第二十二页，讲稿共三十七页哦13 1 4 硼的卤化物硼的卤化物 1.BX3的结构的结构 B采采取取sp2杂杂化化，平平面面三三角角形形分分子子。为为缺缺电电子子结结构构，分分子子中中存存在在离离域域46键键(B的的空空pz轨轨道道与与3个个X原原子子上上充充满电子的满电子的pz轨道作用轨道作用)。第二十三页，讲稿共三十七页哦其他其他BX3在水中发生强烈水解：在水中发生强烈水解：BCl33 H2O B(OH)33 HCl BX3 是典型的强的路易斯酸，如：是典型的强的路易斯酸，如：BF3(g

14、)NH3 H3NBF32.BX3的性质：的性质：将将 BF3 通入水中通入水中:BF3 3 H2O B(OH)3 3 HF 进一步反应进一步反应:BF3 HF H BF4氟硼酸氟硼酸HBF4 第二十四页，讲稿共三十七页哦13 2 铝单质及其化合物铝单质及其化合物 13 2 1 铝单质铝单质 1 铝的提取和冶炼铝的提取和冶炼铝矾土铝矾土Al2O3 NaOHNaAl(OH)4溶液溶液通入通入CO2 Al(OH)3沉淀沉淀 分离、焙烧分离、焙烧 较纯净较纯净的的Al2O3 电解电解 熔融熔融Na3AlF6铝铝第二十五页，讲稿共三十七页哦2 铝单质的性质铝单质的性质（1）物理性质）物理性质 银白色金属

15、，密度小，延展性和导电性好，主要用来制造银白色金属，密度小，延展性和导电性好，主要用来制造轻合金。轻合金。（2）化学性质）化学性质 活泼金属，但在空气中由于表面生成了致密的氧化膜，不活泼金属，但在空气中由于表面生成了致密的氧化膜，不与氧和水反应，甚至也不与冷的浓硝酸和浓硫酸反应。只有此与氧和水反应，甚至也不与冷的浓硝酸和浓硫酸反应。只有此膜被破坏（遇膜被破坏（遇NaCl等），铝的活泼性才表现出来。等），铝的活泼性才表现出来。第二十六页，讲稿共三十七页哦 铝可以从其它金属氧化物中置换出金属铝可以从其它金属氧化物中置换出金属 2 Al Fe2O3 2Fe Al2O3与非金属反应：与非金属反应：在高

16、温条件下在高温条件下 2 Al3 S Al2S3两性：两性：2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 2Al 2NaOH+6H2O 2NaAl(OH)4 3H2 4 Al3 O2 2Al2O3 rHm=-3351.4 kJ/mol亲氧性：亲氧性：第二十七页，讲稿共三十七页哦13 2 2 铝的含氧化合物铝的含氧化合物 -Al2O3：刚刚玉玉，不不溶溶于于水水、酸酸、碱碱，熔熔点点高高，硬硬度度大大(仅仅次次于于金金刚刚石石)，耐耐腐腐蚀蚀且且绝绝缘缘性性好好，可可用用作作高高硬硬度度材材料料、研研磨磨材料和耐火材料。材料和耐火材料。-Al2O3：它它有有离离子子传传导导能能力力（允允许许Na+通过

17、），可作蓄电池材料。通过），可作蓄电池材料。-Al2O3：活活性性氧氧化化铝铝，不不溶溶于于水水，但但可可溶溶于于酸酸、碱碱，可可作作为为吸吸附附剂剂和和催催化化剂载体。剂载体。第二十八页，讲稿共三十七页哦2Al(OH)4-+CO2 2Al(OH)3+CO32-+H2O 在酸性的铝盐溶液中加氨水，可以产生氢氧化铝，在酸性的铝盐溶液中加氨水，可以产生氢氧化铝，它是两性的物质：它是两性的物质：Al(OH)3 3 HCl AlCl3 3 H2O Al(OH)3 NaOH NaAl(OH)4NaAlO2Al2O3+6 H+2 Al3+3 H2O Al2O3+2 OH-+3 H2O=2 Al(OH)4-

18、两性：两性：第二十九页，讲稿共三十七页哦13 2 3 铝的三卤化物铝的三卤化物 AlCl3在水中强烈水解，因此在水溶液中不能结晶出它在水中强烈水解，因此在水溶液中不能结晶出它的无水盐，无水三氯化铝可用干燥的氯气作氧化剂在高温的无水盐，无水三氯化铝可用干燥的氯气作氧化剂在高温下和铝反应制备。下和铝反应制备。AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3离子型离子型 共价型共价型AlCl3 中铝为中铝为 sp3 杂化，分子杂化，分子中存在两个中存在两个3c-4e的氯桥键的氯桥键。第三十页，讲稿共三十七页哦1金属单质金属单质 都都是是钝钝化化金金属属，在在空空气气中中表表面面均均形形成成致致密密的的氧氧

19、化化物物膜而不易被腐蚀，在冷浓硝酸中钝化。膜而不易被腐蚀，在冷浓硝酸中钝化。都是都是两性两性金属，能溶于酸和碱中。金属，能溶于酸和碱中。13 2 4 铍和铝的相似性铍和铝的相似性 Be 2 NaOH 2 H2O Na2Be(OH)4 H2 2 Al 2 NaOH 6 H2O 2 NaAl(OH)4 3 H2第三十一页，讲稿共三十七页哦 2卤化物卤化物 无无水水卤卤化化物物BeCl2和和AlCl3都都是是共共价价化化合合物物，气气态态采取二聚结构。采取二聚结构。BeBeClClClClAlAlClClClClClCl 水合卤化物水合卤化物 BeCl24H2O 和和 AlCl36H2O 受热脱水时

20、发生受热脱水时发生水解：水解：BeCl24H2O Be(OH)Cl 3 H2O HCl AlCl36H2O Al(OH)2Cl 4 H2O 2 HCl第三十二页，讲稿共三十七页哦Be(OH)2 2 NaOH Na2Be(OH)4 Al(OH)3 NaOH NaAl(OH)4 3氢氧化物氢氧化物 都难溶于水，是两性氢氧化物。都难溶于水，是两性氢氧化物。第三十三页，讲稿共三十七页哦13 3 镓、铟、铊镓、铟、铊 镓的化学性质和铝很相似，但没有铝活泼。只有镓镓的化学性质和铝很相似，但没有铝活泼。只有镓能与苛性碱溶液反应放出氢气。能与苛性碱溶液反应放出氢气。镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合，在常温下

21、镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合，在常温下就可以进行，在高温下，它们都可以与就可以进行，在高温下，它们都可以与 O2、S、P、As 等等非金属单质直接化合。非金属单质直接化合。1.单质单质 镓的熔点为镓的熔点为29.7(手心中可熔化手心中可熔化)，沸点为，沸点为2204 ，熔沸点之差是所有金属中最大的熔沸点之差是所有金属中最大的，可制造测量高温的温，可制造测量高温的温度计。度计。第三十四页，讲稿共三十七页哦 镓、铟和铊三种金属都能与非氧化性稀酸反应放镓、铟和铊三种金属都能与非氧化性稀酸反应放出氢气。出氢气。2 Ga 3 H2SO4 =Ga2(SO4)3 3 H2 2 In 3 H2SO4=I

22、n 2(SO4)3 3 H2 2 Tl H2SO4=Tl2SO4 H2 也可与氧化性酸反应：也可与氧化性酸反应：Ga 6 HNO3 =Ga(NO3)3 3 NO2 3 H2O2 Tl 2 HNO3 =TlNO3 NO2 H2O第三十五页，讲稿共三十七页哦 如如Tl(III)是很强的氧化剂是很强的氧化剂：Tl2(SO4)3+4FeSO4=Tl2SO4+2Fe2(SO4)3Tl(NO3)3+SO2+2H2O=TlNO3+H2SO4+2HNO3 2 Tl 3+3S2-=Tl2S(蓝黑色蓝黑色)+2S2.惰性电子对效应惰性电子对效应 镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，而正一价化镓、铟、铊正三价化合物

23、越来越不稳定，而正一价化合物越来越稳定。合物越来越稳定。这是由惰性电子对效应引起的。这是由惰性电子对效应引起的。第三十六页，讲稿共三十七页哦其原因主要是其原因主要是6s2电子对的惰电子对的惰性显著性显著 A A A B C N Al Si P Ga Ge As In Sn Sb Tl Pb Bi 1 2 3ns2 ns2 ns2同族元素，从上到下，同族元素，从上到下，与族数差与族数差 2 的氧化态，愈来愈稳定的氧化态，愈来愈稳定ns2np1 ns2np2 ns2np3 3 4 5同同族族元元素素，从从上上到到下下,与与族族数数对对应的最高氧化态，越来越不稳定应的最高氧化态，越来越不稳定第三十七页，讲稿共三十七页哦