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1、第十一章第十一章 氮族氮族、碳族和硼族元素碳族和硼族元素碳族元素碳族元素12-2-1 碳族元素概述碳族元素概述0AAA A A He 氦氦2 B 硼硼 C 碳碳 N 氮氮 O 氧氧 F 氟氟 Ne 氖氖3 Al 铝铝 Si 硅硅 P 磷磷 S 硫硫 Cl 氯氯 Ar 氩氩4 Ga 镓镓 Ge 锗锗 As 砷砷 Se 硒硒 Br 溴溴 Kr 氪氪5 In 铟铟 Sn 锡锡 Sb 锑锑 Te 碲碲 I 碘碘 Xe 氙氙6 Tl 铊铊 Pb 铅铅 Bi 铋铋 Po At 砹砹Rn 氡氡1 1 碳族元素概述碳族元素概述A碳碳(C)硅硅(Si)锗锗(Ge)锡锡(Sn)铅铅(Pb)原子序数原子序数6143
2、25082价层电子构型价层电子构型 2s22p23s23p24s24p25s25p26s26p2主要氧化数主要氧化数0、+2 +40、+2 +40、(+2)+40、+2 +40、+2 +4原子半径原子半径/pm77117122141175离离子子半半径径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm-73118119I1/(kJmol-1)1086786763709716电负性电负性()2.51.81.81.81.9 p 含量不多，分布广，含量不多，分布广，是地球上是地球上化合物种类最多的元素之一，化合物种类最多的元素之一，是生物界的主要元素是生物界的主要元素碳碳(C)分布广，在地壳
3、上的含量仅次分布广，在地壳上的含量仅次于氧，主要以硅酸盐矿和石英于氧，主要以硅酸盐矿和石英矿存在矿存在常以硫化物伴生在其它金属硫常以硫化物伴生在其它金属硫化物矿中，是暗灰色、重而软化物矿中，是暗灰色、重而软的金属，晶态锗是重的金属，晶态锗是重 要的半导要的半导体材料体材料硅硅(Si)锗锗(Ge)A碳碳(C)硅硅(Si)锗锗(Ge)锡锡(Sn)铅铅(Pb)主要氧化数主要氧化数0、+2 +40、+2 +40、(+2)+40、+2 +40、+2 +4原子半径原子半径/pm77117122141175离离子子半半径径r(M4+)/pm1640536978r(M2+)/pm-73118119高氧化数化合
4、物稳定性减小高氧化数化合物稳定性减小 低氧化数化合物稳定性增大低氧化数化合物稳定性增大 即即惰性电子对效应惰性电子对效应非金属性减弱，金属性增强非金属性减弱，金属性增强典型非金属典型非金属 准金属准金属 典型金属典型金属12-2-2碳及其重要化合物碳的同素异形体碳的同素异形体金刚石金刚石 石墨石墨 富勒烯碳原子簇富勒烯碳原子簇 （如（如C60）2 2 碳及其重要化合物碳及其重要化合物碳的同素异形体碳的同素异形体原子晶体原子晶体熔点高、硬度大熔点高、硬度大 室温下惰性室温下惰性工业上用作钻头工业上用作钻头、刀具刀具、精密轴承等精密轴承等 俗称钻石，可作装俗称钻石，可作装饰品饰品薄膜可制作手术刀、
5、薄膜可制作手术刀、集成电路、散热芯集成电路、散热芯片及各种敏感器件片及各种敏感器件金刚石金刚石碳的同素异形体碳的同素异形体层状结构层状结构层状结构层状结构有金属光泽有金属光泽 质软、能导电质软、能导电通常情况下，石墨通常情况下，石墨比金刚石稳定比金刚石稳定可作电极、坩埚、可作电极、坩埚、润滑剂润滑剂、铅笔芯等铅笔芯等在工业上可采用静在工业上可采用静态加压法由石墨合态加压法由石墨合成金刚石成金刚石石墨石墨碳的同素异形体碳的同素异形体C C C C60606060的分子结构的分子结构的分子结构的分子结构由由6060个碳原子个碳原子组成的组成的3232面体面体的空心球结构的空心球结构C60比较稳定。
6、比较稳定。富勒烯碳原子簇可作富勒烯碳原子簇可作高温润滑剂、耐热和高温润滑剂、耐热和防火材料。防火材料。富勒烯碳原子簇富勒烯碳原子簇将碱金属掺入将碱金属掺入C60晶体晶体中中,可制造超导材料。可制造超导材料。在酶抑制在酶抑制、抗病毒抗病毒、DNADNA切割切割、光动力医疗法等光动力医疗法等方面有广泛应用前景方面有广泛应用前景 12-2-2 12-2-2 碳及其重要化合物碳及其重要化合物碳酸碳酸CO2溶于水即形成碳酸溶于水即形成碳酸仅存在于水溶液中，至今尚未制仅存在于水溶液中，至今尚未制得纯碳酸得纯碳酸二元弱酸二元弱酸CO2+H2O H2CO3 大部分大部分CO2以水合分子形式存在以水合分子形式存
7、在H2CO3 HCO3 +H+K K =4=4.5 51010-7-7*a(1)HCO3 CO3 +H+K K =4=4.7 71010-1111a(2)-2-碳酸盐碳酸盐难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如如 CaCO3(难溶）难溶）Ca(HCO3)2(易溶易溶)(1)(1)溶解性溶解性12-2-2 12-2-2 碳及其重要化合物碳及其重要化合物碳酸盐碳酸盐除除NH4、碱金属碱金属(Li(Li除外除外)盐，盐，一般难溶一般难溶 碳酸氢盐碳酸氢盐一般易溶一般易溶+钟乳石、石笋的形成钟乳石、石笋的形成自然界石灰石等在自然界石灰石等在CO2、H2O作用下作用下 CaCO3+C
8、O2+H2O Ca(HCO3)2 (难溶难溶)(易溶易溶)随着自然条件的变化，随着自然条件的变化，上述反应逆向重新析出上述反应逆向重新析出CaCO3 碳酸盐碳酸盐难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶难溶碳酸盐对应的碳酸氢盐易溶如如 CaCO3(难溶）难溶）Ca(HCO3)2(难溶难溶)(1)(1)溶解性溶解性易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小易溶碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较小12-2-2 12-2-2 碳及其重要化合物碳及其重要化合物碳酸盐碳酸盐除除NH4 、碱金属碱金属(Li(Li除外除外)盐，盐，一般难溶一般难溶 碳酸氢盐碳酸氢盐一般易溶一般易溶+向浓碳酸钠溶液中通入向浓碳酸钠溶液中通入CO2至饱
9、和至饱和 可析出可析出NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O 2NaHCO3 (易溶易溶)(溶解度小溶解度小)如如碳酸盐碳酸盐碳酸盐碳酸盐水溶液呈碱性水溶液呈碱性 碳酸氢盐碳酸氢盐水溶液呈微碱性水溶液呈微碱性(2)(2)水解性水解性可溶性碳酸盐可作沉淀剂可溶性碳酸盐可作沉淀剂,分离某些离子分离某些离子碳酸盐碳酸盐碱式碳酸盐碱式碳酸盐氢氧化物氢氧化物生成物生成物反应物反应物 金属氢氧化物金属氢氧化物对应碳酸盐对应碳酸盐金属氢氧化物金属氢氧化物 对应碳酸盐对应碳酸盐BaBa2+2+CO+CO3 3 BaCOBaCO3 3 2Ag2Ag+CO+CO3 3 AgAg2 2COCO3 3如如2-2-
10、2Cu2Cu2+2+2CO2CO3 3+H+H2 2O OCuCu2 2(OHOH)2 2COCO3 3 +COCO2 2 2Mg2Mg2+2+2CO2CO3 3+H+H2 2O OMgMg2 2(OHOH)2 2COCO3 3 +COCO2 2如如2-2-2Fe2Fe3+3+3CO+3CO3 3+3H+3H2 2O O2Fe(OH)2Fe(OH)3 3+3CO+3CO2 2 2Al2Al3+3+3CO+3CO3 3+3H+3H2 2O O2Al(OH)2Al(OH)3 3+3CO+3CO2 22-2-如如解释解释根据离子极化概念根据离子极化概念2.2.热稳定性热稳定性1.碱金属盐碱金属盐 碱
11、土金属盐碱土金属盐 过渡金属盐过渡金属盐 铵盐铵盐2.碳酸盐碳酸盐 碳酸氢盐碳酸氢盐 碳酸碳酸一般规律一般规律:热稳定性热稳定性热稳定性差，易分解热稳定性差，易分解 MCO3 MO+CO2 2MHCO3 M2CO3+H2O+CO2(3)(3)热稳定性热稳定性金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_解释解释根据离子极化概念根据离子极化概念2.2.热稳定性热稳定性(1 1)碱金属盐碱金属盐 碱土金属盐碱土金属盐 过渡金属盐过渡金属盐 铵盐铵盐(2 2)碳酸盐碳酸盐 碳酸氢盐碳酸氢盐 碳酸碳酸一般规律一般规律热稳定性差，易分解热稳定性差，易分解 MCO3 MO+CO2
12、 MHCO3 M2CO3+H2O+CO2H H+极化力强，反极化作用大极化力强，反极化作用大3.3.热稳定性热稳定性金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_1.1.当无外电场时，当无外电场时，CO3 中三个中三个O2-被被C4+极极 化而变形化而变形 2.2.金属离子相当于外电场，对邻近的一个金属离子相当于外电场，对邻近的一个 O2-产生反极化作用产生反极化作用.当反极化作用强烈当反极化作用强烈,可导致可导致CO3 破裂，碳酸盐分解破裂，碳酸盐分解 3.3.金属离子的极化力越强，其反极化作用金属离子的极化力越强，其反极化作用 越强，碳酸盐越不稳定越强，碳酸盐越不
13、稳定2-2-Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113 135Mn+电子构型电子构型 288888分解温度分解温度/11001800 402 814 109812771.1.碱金属碳酸盐稳定，难分解碱金属碳酸盐稳定，难分解电荷少电荷少,半径大半径大 8 8电子构型电子构型 极化力小极化力小 反极化作用小反极化作用小 碳酸盐稳定碳酸盐稳定(3)(3)热稳定性热稳定性金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113 135Mn+电子构型电
14、子构型 288888分解温度分解温度/11001800 402 814 109812772.2.碳酸盐碳酸盐:碱土金属比碱金属不稳定碱土金属比碱金属不稳定金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_同同 一一 周周 期期电荷电荷 半径半径 反极化作用反极化作用 稳定性稳定性碱金属碱金属 碱土金属碱土金属(3)(3)热稳定性热稳定性Mn+Li+Na+Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+r(Mn+)/pm60956599113 135Mn+电子构型电子构型 288888分解温度分解温度/11001800 402 814 109812773.碱土金属碳酸盐从碱土金属碳酸盐从M
15、g到到Ba稳定性增强稳定性增强半径半径 ,反极化作用反极化作用金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_Mn+Fe2+Cd2+Pb2+Ag+r(Mn+)/pm7497120126Mn+电子构型电子构型 9 17 1818+218分解温度分解温度/2823603152184.过渡金属碳酸盐稳定性较差过渡金属碳酸盐稳定性较差金属离子极化力增大金属离子极化力增大+_+_+_+_+_+_+_+_+_过渡金属离子具有非过渡金属离子具有非8 8电子构型电子构型,极化力强极化力强,反极化作用强反极化作用强(3)(3)热稳定性热稳定性Ba(OH)2BaCO3(白色白色)CO3 +
16、2H+CO2 +H2O 2-(稀稀HCl或或H2SO4)(4)(4)CO3 的鉴定的鉴定2-12-3-3碳化硼和碳化硅12-2-3 碳化硼和碳化硅碳化硼和碳化硅碳化硼碳化硼(B4C)用焦炭和氧化硼在电炉中反应制得用焦炭和氧化硼在电炉中反应制得2B2O3+7C B4C+6CO有光泽的黑色晶体有光泽的黑色晶体难熔，硬度大，是重要的工业磨料难熔，硬度大，是重要的工业磨料12-2-3 碳化硼和碳化硅碳化硼和碳化硅碳化硅碳化硅(SiC)用石英和焦碳在电炉中反应制得用石英和焦碳在电炉中反应制得SiO2+3C SiC+2CO俗称金刚砂俗称金刚砂熔点高，硬度大，可用作工业磨料熔点高，硬度大，可用作工业磨料化学
17、稳定性和热稳定性好，机械强化学稳定性和热稳定性好，机械强度大，热膨胀率低，可做高温结构度大，热膨胀率低，可做高温结构陶瓷材料陶瓷材料12-3-4硅及其重要化合物12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物卤化物卤化物通式为通式为SiX4,均为无色均为无色常温常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体气体 液体液体 液体液体 固体固体 制取制取 2CaF2+SiO2+2H2SO4 2CaSO4+SiF4 +2H2O 硫酸与萤石和石英砂的混合物作用硫酸与萤石和石英砂的混合物作用卤化物卤化物通式为通式为SiX4,均为无色均为无色常温常温 SiF4 SiCl4 SiBr4
18、SiI4 气体气体 液体液体 液体液体 固体固体 性质性质1.与与HF作用作用 2HF+SiF4 H2SiF62.纯氟硅酸不存在纯氟硅酸不存在,在水溶液中稳定在水溶液中稳定 3.氟硅酸的酸性与硫酸相近氟硅酸的酸性与硫酸相近重要盐重要盐(Na2SiF6)是农业杀虫、灭菌剂是农业杀虫、灭菌剂、木材防腐剂木材防腐剂 可用于制造抗酸水泥、搪瓷等可用于制造抗酸水泥、搪瓷等12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物卤化物卤化物通式为通式为SiX4,均为无色均为无色常温常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体气体 液体液体 液体液体 固体固体 制取制取1.加热硅与氯加热硅与氯
19、 Si+2Cl2 SiCl4 2.将二氧化硅、氯、碳直接加热将二氧化硅、氯、碳直接加热 SiO2+2C+2Cl2 SiCl4+2CO 12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物卤化物卤化物通式为通式为SiX4,均为无色均为无色常温常温 SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 气体气体 液体液体 液体液体 固体固体 性质性质1.刺激性无色液体刺激性无色液体 12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物 2.易水解，在潮湿空气中产生浓烟易水解，在潮湿空气中产生浓烟 SiCl4+3H2O H2SiO3 +4HCl 若若NH3与与SiCl4同时蒸发，同时蒸发，因生
20、成因生成NH4Cl，烟雾更浓烟雾更浓二氧化硅二氧化硅(硅石硅石)有两种形态有两种形态 无定形无定形 晶体晶体 如如 硅藻土硅藻土 石英石英12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物水晶水晶无色透明的无色透明的纯石英石英紫水晶紫水晶(含少量含少量Mn)Mn)烟水晶烟水晶 碧玉碧玉玛瑙玛瑙鸡血石鸡血石蛋白石蛋白石(猫眼石猫眼石)图像图像二氧化硅二氧化硅(硅石硅石)有两种形态有两种形态 无定形无定形 晶体晶体 如如 硅藻土硅藻土 石英石英石英在石英在16001600时熔化成粘稠液体，时熔化成粘稠液体，其内部结构变为不规则状态，若急其内部结构变为不规则状态，若急剧冷却，因粘度大不易再
21、结晶而形剧冷却，因粘度大不易再结晶而形成石英玻璃成石英玻璃 石英玻璃具有石英玻璃具有许多特性多特性1.1.热膨胀系数小，能透过可见光和紫外热膨胀系数小，能透过可见光和紫外 光，可制造高级化学器皿和光学仪器光，可制造高级化学器皿和光学仪器2.2.制光导纤维制光导纤维12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物二氧化硅二氧化硅(硅石硅石)有两种形态有两种形态 无定形无定形 晶体晶体 如如 硅藻土硅藻土 石英石英与一般酸不起反应，与氢氟酸反应与一般酸不起反应，与氢氟酸反应SiO2+4HF SiF4 +2H2OSiO2+Na2CO3 Na2SiO3+CO2 与氢氧化钠或纯碱共熔与氢氧化
22、钠或纯碱共熔 SiO2+2NaOH Na2SiO3+H2O12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物硅酸硅酸形式很多形式很多，组成常以组成常以xSiO2yH2O表示表示 随形成条件而异随形成条件而异 硅酸名称硅酸名称 化学式化学式x y备备 注注正硅酸正硅酸H4SiO41 2偏硅酸偏硅酸H2SiO31 1二偏硅酸二偏硅酸H2Si2O52 1x2 多硅酸多硅酸三偏硅酸三偏硅酸H4Si3O83 2焦硅酸焦硅酸H6Si2O72 3通常以通常以H2SiO3表示表示 12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物二元弱酸二元弱酸 开始生成可溶于水的单硅酸开始生成可溶于水的
23、单硅酸 以后逐步缩合脱水成硅酸溶胶以后逐步缩合脱水成硅酸溶胶 H2SiO3 HSiO3 +H+K K =2.510-10 a(1)HSiO3 SiO3 +H+K K =1.610-12a(2)-2-OH OH OH OH OH OH OH OH OH Si OH+OH Si OH HO Si O Si OH+HOH Si OH+OH Si OH HO Si O Si OH+H2 2O O OH OH OH OH OH OH OH OH溶解度小溶解度小 SiO3 +2+2H+H2SiO3 2-硅酸硅酸12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物溶液溶液 溶胶溶胶悬浮液悬浮液颗粒大
24、小颗粒大小/pm105分散相分散相 分散介质分散介质溶胶溶胶固固 水水凝胶凝胶 水水固固硅酸硅酸12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物在稀硅酸溶胶中加入电解质在稀硅酸溶胶中加入电解质 在适当浓度硅酸盐溶液中加酸在适当浓度硅酸盐溶液中加酸 凝胶凝胶 演示演示溶液溶液 溶胶溶胶悬浮液悬浮液颗粒大小颗粒大小/pm105分散相分散相 分散介质分散介质溶胶溶胶固固 水水凝胶凝胶 水水固固硅酸硅酸12-2-4 12-2-4 硅及其重要化合物硅及其重要化合物在稀硅酸溶胶中加入电解质在稀硅酸溶胶中加入电解质 在适当浓度硅酸盐溶液中加酸在适当浓度硅酸盐溶液中加酸 凝胶凝胶 演示演示硅酸盐硅
25、酸盐*制取：制取：SiO2与碱性氧化物共熔与碱性氧化物共熔 SiO2+M2O M2SiO3SiO2+2M2O M4SiO4性质：性质：1.1.除碱金属硅酸盐外，一般难溶除碱金属硅酸盐外，一般难溶 过渡金属硅酸盐难溶于水过渡金属硅酸盐难溶于水,并具有特征颜色并具有特征颜色 CuSiO3 蓝绿色蓝绿色 MnSiO3浅红色浅红色 NiSiO3 翠绿色翠绿色 Al2(SiO3)3无色透明无色透明 CoSiO3 紫色紫色 Fe2(SiO3)3红棕色红棕色 硅花园硅花园“水中花园水中花园”(演示演示)制取：制取：SiO2与碱性氧化物共熔与碱性氧化物共熔 性质：性质：1.1.除碱金属硅酸盐外，一般难溶除碱金
26、属硅酸盐外，一般难溶 2.2.硅酸钠强烈水解硅酸钠强烈水解,水溶液呈碱性水溶液呈碱性 硅酸钠水溶液俗称水玻璃硅酸钠水溶液俗称水玻璃,又称又称“泡花碱泡花碱”市售水玻璃为粘稠状液体市售水玻璃为粘稠状液体 M(Na2O):M(SiO2)=1:3.3SiO3 的鉴定的鉴定加入加入NH4Cl 2-2NH3 +2H2OSiO3 +2NH4 +2H2O H2SiO3 +2NH3H2O2-+硅酸盐硅酸盐*碳酸解离常数的碳酸解离常数的计算算碳酸解离常数的计算碳酸解离常数的计算以上的解离常数值是按以上的解离常数值是按 溶于水的溶于水的CO2全部转为全部转为H2CO3 计算的计算的 实际大部分实际大部分 CO2以
27、水合分子以水合分子(CO2H2O)O)形式存在形式存在H2CO3 HCO3 +H+K K =4.510-7 a(1)HCO3 CO3 +H+K K =4.710-11a(2)-2-碳酸解离常数的计算碳酸解离常数的计算(1)(1)CO2+H2O H2CO3=1.710-3K K 1k2(逆逆)2.210-4K K=4.3107k2(正正)9.4103 2(2)(2)CO2+OH-HCO3 k2(正正)k2(逆逆)-碳酸解离常数的计算碳酸解离常数的计算(1)(1)CO2+H2O H2CO3=1.710-3K K 1K2=4.3107(2)(2)CO2+OH-HCO3 -K K K K 1 2(1)
28、-(2)得得 HCO3+H2O H2CO3+OH-K3=4.010-11 1.710-3 4.3107-a(1)K K=2.510-4 K3 =c(H2CO3)/c c(OH-)/c c(H+)/c c(HCO3)/c c(H+)/c K K a(1)K K a(1)K Kw w 1.010-14=4.010-11碳酸解离常数的计算碳酸解离常数的计算a(1)K K=2.510-4 即即 H2CO3 H+HCO3-K2=4.3107(2)(2)CO2+OH-HCO3 -(1)(1)CO2+H2O H2CO3=1.710-3K K 1碳酸解离常数的计算碳酸解离常数的计算返回返回a(1)K =2.5
29、10-4 a(1)K 为为H2CO3真正的真正的K a(1)a(1)K 即为一般书所指的即为一般书所指的Ka(1)K=K1K =(1.710-3)(2.510-4)=4.210-7 a(1)(1)+(3)(1)+(3)CO2+H2O H+HCO3-(3)(3)H2CO3 H+HCO3 -(1)(1)CO2+H2O H2CO3=1.710-3K K 1K2=4.3107(2)(2)CO2+OH-HCO3 -硅酸硅酸盐硅酸盐硅酸盐玻璃、水泥、陶瓷都含有硅酸盐玻璃、水泥、陶瓷都含有硅酸盐 普通玻璃组成：普通玻璃组成：Na2SiO3CaSiO34SiO2 加入不同的氧化物可呈现不同颜色加入不同的氧化物
30、可呈现不同颜色加入氧化物加入氧化物玻璃颜色玻璃颜色氧化钴氧化钴蓝色蓝色氧化铈氧化铈浅红色浅红色Fe2O3黄色黄色市场出售的玉市场出售的玉(即翡翠即翡翠)为为:NaAl(SiO3)2天然硅酸天然硅酸盐天然硅酸盐天然硅酸盐种类繁多、结构复杂，通常视为种类繁多、结构复杂，通常视为SiO2 和金属氧化物相结合的化合物和金属氧化物相结合的化合物名称名称组成组成正长石正长石K2OAl2O36SiO2白云石白云石K2O3Al2O36SiO22H2O 泡沸石泡沸石 Na2OAl2O32SiO2nH2O高岭土高岭土Al2O32SiO22H2O 石棉石棉CaO3MgO4SiO2滑石滑石3MgO4SiO2H2O 分
31、子分子筛分子筛分子筛起起“筛选筛选”作用作用能让气体或液体混合物中直径比孔径能让气体或液体混合物中直径比孔径 小的分子通过，直径大的留在外面小的分子通过，直径大的留在外面分子筛的通式：分子筛的通式：Mx/n(AlO2)x(SiO)ymH2O M 金属阳离子金属阳离子,一般为一般为Na+、K+、Ca2+n 金属阳离子电荷数金属阳离子电荷数 x/n 金属阳离子个数金属阳离子个数 泡沸石是一种天然分子筛泡沸石是一种天然分子筛 _人工合成分子筛人工合成分子筛以氢氧化钠、铝酸钠、水玻璃为原料以氢氧化钠、铝酸钠、水玻璃为原料型号型号组成组成4A型型Na12Al12Si12O4827H2O13X型型Na86
32、Al86Si106O384264H2OY型型Na56Al56Si136O384250H2O丝光沸石型丝光沸石型Na8Al8Si40O9624H2OA型多用于气体的干燥、吸收和净化分离型多用于气体的干燥、吸收和净化分离X型和型和Y型：用于石油产品的催化裂化、型：用于石油产品的催化裂化、催化加氢、催化剂的载体催化加氢、催化剂的载体丝光沸石型：耐酸、耐热，丝光沸石型：耐酸、耐热，可在高温、强酸介质中使用可在高温、强酸介质中使用返回返回人工合成分子筛人工合成分子筛以氢氧化钠、铝酸钠、水玻璃为原料以氢氧化钠、铝酸钠、水玻璃为原料型号型号组成组成4A型型Na12Al12Si12O4827H2O13X型型N
33、a86Al86Si106O384264H2OY型型Na56Al56Si136O384250H2O丝光沸石型丝光沸石型Na8Al8Si40O9624H2OA型多用于气体的干燥、吸收和净化分离型多用于气体的干燥、吸收和净化分离X型和型和Y型：用于石油产品的催化裂化、型：用于石油产品的催化裂化、催化加氢、催化剂的载体催化加氢、催化剂的载体丝光沸石型：耐酸、耐热，丝光沸石型：耐酸、耐热，可在高温、强酸介质中使用可在高温、强酸介质中使用返回返回第三节硼族元素硼族元素第十二章第十二章 氮族氮族、碳族和硼族元素碳族和硼族元素无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第三节第三节 硼族元素硼族元素12-3-
34、1 硼族元素概述硼族元素概述0AAA A A He 氦氦2 B 硼硼 C 碳碳 N 氮氮 O 氧氧 F 氟氟 Ne 氖氖3 Al 铝铝 Si 硅硅 P 磷磷 S 硫硫 Cl 氯氯 Ar 氩氩4 Ga 镓镓 Ge 锗锗 As 砷砷 Se 硒硒 Br 溴溴 Kr 氪氪5 In 铟铟 Sn 锡锡 Sb 锑锑 Te 碲碲 I 碘碘 Xe 氙氙6 Tl 铊铊 Pb 铅铅 Bi 铋铋 Po At 砹砹Rn 氡氡有时称为土族元素，其中有时称为土族元素，其中Al2O3为黏土的主为黏土的主要成分，既难溶又难熔要成分，既难溶又难熔1.81.71.61.52.0电负性电负性()589558579578801I1/(
35、kJmol-1)88.680625027离子半径离子半径 r(M3+)/pm17016312214388原子半径原子半径/pm0、+1 (+3)0、+1 +30、+1 +30、+3 0、+3 主要氧化数主要氧化数6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型价层电子构型814931135原子序数原子序数铊铊(Tl)铟铟(In)镓镓(Ga)铝铝(Al)硼硼(B)A p 与其它金属可制低熔合金与其它金属可制低熔合金 如含如含25%In的的Ga合金合金 可用于自动灭火装置可用于自动灭火装置Tl及其化合物均有毒及其化合物均有毒 误食少量铊盐可使毛发脱落误食少量铊盐可使毛发脱落
36、12-3-1 硼族元素概述硼族元素概述 是地壳中蕴藏最丰富的金属元素，是地壳中蕴藏最丰富的金属元素，主要以铝矾土矿主要以铝矾土矿(Al2O3xH2O)存在存在 铝是银白色、有光泽的轻金属铝是银白色、有光泽的轻金属 具有良好的导电性和延展性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，用于飞机制造铝合金质轻又硬，用于飞机制造 自然界没有游离硼，自然界没有游离硼，主要矿有主要矿有:硼砂矿硼砂矿(Na2B4O710H2O)、硼镁矿硼镁矿(Mg2B2O5H2O)、方硼矿方硼矿(2Mg3B8O15MgCl2)熔点比人的体温还低熔点比人的体温还低(
37、3030左右左右)液态镓的熔点、沸点相差大，液态镓的熔点、沸点相差大，可作高温温度计，与其它金属可作高温温度计，与其它金属 可制低熔合金可制低熔合金 在自然界没有独立的矿物，分散在在自然界没有独立的矿物，分散在其它矿物中其它矿物中,都是软金属都是软金属,可用于生可用于生产新型半导体材料产新型半导体材料 1.81.71.61.52.0电负性电负性()589558579578801I1/(kJmol-1)88.680625027离子半径离子半径 r(M3+)/pm17016312214388原子半径原子半径/pm0、+1 (+3)0、+1 +30、+1 +30、+3 0、+3 主要氧化数主要氧化数
38、6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型价层电子构型814931135原子序数原子序数铊铊(Tl)铟铟(In)镓镓(Ga)铝铝(Al)硼硼(B)A p 价电子数价电子数价层电子轨道数价层电子轨道数为缺电子原子，可为缺电子原子，可形成缺电子化合物形成缺电子化合物34缺电子原子缺电子原子 可形成配位键可形成配位键 (如如HBF4 4)多中心键多中心键(如如B B2 2 2 2H H6 6 6 6)12-3-1 硼族元素概述硼族元素概述N、O、XC、Si、HB、Al举举 例例有孤电子对有孤电子对 有空轨道有空轨道特特 点点多电子原子多电子原子价层价层电子电子轨道数轨道
39、数 价电子数价电子数等电子原子等电子原子缺电子原子缺电子原子原原 子子1.81.71.61.52.0电负性电负性()589558579578801I1/(kJmol-1)88.680625027离子半径离子半径 r(M3+)/pm17016312214388原子半径原子半径/pm0、+1 (+3)0、+1 +30、+1 +30、+3 0、+3 主要氧化数主要氧化数6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1价层电子构型价层电子构型814931135原子序数原子序数铊铊(Tl)铟铟(In)镓镓(Ga)铝铝(Al)硼硼(B)A p 氧化数氧化数+3+3化合物稳定性降低化合物稳定性降
40、低氧化数氧化数+1+1化合物稳定性增加化合物稳定性增加 即即惰性电子对效应明显惰性电子对效应明显12-3-1 硼族元素概述硼族元素概述12-3-2 硼的硼的氢化物化物12-3-2 硼的氢化物硼的氢化物硼氢化合物性质与碳的氢化物硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃烷烃)、硅的氢化物硅的氢化物(硅烷硅烷)相似，所以硼的氢化相似，所以硼的氢化物称为硼烷物称为硼烷类型类型B5H11(戊硼烷戊硼烷-11)B5H9(戊硼烷戊硼烷-9)B4H10(丁硼烷丁硼烷-10)BnHn+6B2H6(乙硼烷乙硼烷)举例举例BnHn+4通式通式 由于硼烷及其衍生物的特由于硼烷及其衍生物的特殊结构、性质和用途，使硼殊结构、性质
41、和用途，使硼烷及其有关的碳硼烷化学成烷及其有关的碳硼烷化学成为目前无机化学主要发展领为目前无机化学主要发展领域之一域之一乙硼烷结构乙硼烷结构两个两个3c-2e键键 四个四个B-H 2c-2e键键 在同一水平面上在同一水平面上 两个两个3c-2e键键 位于水平面上下位于水平面上下 与水平面垂直与水平面垂直动画演示动画演示多中心键多中心键 三中心二电子键三中心二电子键(3c-2e)简称三中心键简称三中心键 是多中心键的一种形式是多中心键的一种形式定义：是指定义：是指3个或个或3个以上原子之间所个以上原子之间所 形成的共价键形成的共价键B 缺电子原子缺电子原子 H等电子原子等电子原子形成二个三中心二
42、电子键形成二个三中心二电子键强度：为一般共价键强度的一半强度：为一般共价键强度的一半形成：缺电子原子形成：缺电子原子 等电子原子等电子原子硼烷的性质比烷烃活泼硼烷的性质比烷烃活泼 硼烷的性质硼烷的性质通常情况下不稳定，在空气中能自燃通常情况下不稳定，在空气中能自燃 反应速率大，并放出大量热。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曾想用作火箭或导弹的高能燃料,但因毒性太大而未采用但因毒性太大而未采用B2H6(g)+3O2 B2O3(g)+3H2O(g)遇水发生水解遇水发生水解B2H6(g)+6H2O 2H3BO3+6H2能与能与NH3、CO(有孤电子对有孤电子对)分子发生分子发生
43、 加合作用加合作用B2H6+2CO 2H3B COB2H6+2NH3 2H3B NH312.3.3 12.3.3 硼酸及其盐硼酸及其盐硼的含氧酸硼的含氧酸名称名称分子式分子式偏硼酸偏硼酸HBO2正硼酸正硼酸 (简称硼酸简称硼酸)H3BO3多硼酸多硼酸xB2O3yH2OH2OH3BO3 HBO2 B2O3 H2O12-3-3 硼酸及其硼酸及其盐硼酸硼酸12-3-3 12-3-3 硼酸及其盐硼酸及其盐分子间通过氢键形成接分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状因此硼酸晶体为鳞片状
44、此结构使硼酸具有解理性此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂可用作润滑剂12-3-3 硼酸及其硼酸及其盐硼酸硼酸12-3-3 12-3-3 硼酸及其盐硼酸及其盐分子间通过氢键形成接分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状因此硼酸晶体为鳞片状此结构使硼酸具有解理性此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂可用作润滑剂硼酸硼酸一元弱酸一元弱酸H3BO3+H2O B(OH)4-+H+aK=5.810-10水溶液显酸性水溶液显酸性,是由于硼原子是缺电子原子是由于硼原子是缺电子原子,价层有空轨道，
45、能接受水解离出的价层有空轨道，能接受水解离出的OH-孤电孤电子对，以配位键形式形成子对，以配位键形式形成B(OH)4-硼砂硼砂化学式为化学式为Na2B4O5(OH)48H2O 习惯用习惯用Na2B4O710H2O表示表示 无色透明晶体，在空气中易风化失水无色透明晶体，在空气中易风化失水加热至加热至350 400脱水成为脱水成为Na2B4O7,878 熔融熔融,冷却后成玻璃状物质冷却后成玻璃状物质,即硼砂玻璃即硼砂玻璃易溶于水易溶于水,其溶解度随温度升高而增大其溶解度随温度升高而增大易水解，水溶液呈碱性易水解，水溶液呈碱性4BO2 +H2O B4O7 +2OH-B4O7 +7H2O 4H3BO3
46、+2OH-2-2-硼砂硼砂化学式为化学式为Na2B4O5(OH)48H2O 习惯用习惯用Na2B4O710H2O表示表示 无色透明晶体无色透明晶体,在空气中易风化失水在空气中易风化失水加热至加热至350 400脱水成为脱水成为Na2B4O7,878 熔融熔融,冷却后成玻璃状物质冷却后成玻璃状物质,即硼砂玻璃即硼砂玻璃易溶于水易溶于水,其溶解度随温度升高而增大其溶解度随温度升高而增大易水解，水溶液呈碱性易水解，水溶液呈碱性硼砂珠实验：铁硼砂珠实验：铁、钴钴、镍镍、锰等金属氧化物锰等金属氧化物可溶解在硼砂熔体中可溶解在硼砂熔体中,呈不同的特征颜色呈不同的特征颜色Na2B4O7+CoO Co(BO2
47、)22NaBO2(蓝色蓝色)Na2B4O7+NiO Ni(BO2)22NaBO2(棕色棕色)Na2B4O7+MnO Mn(BO2)22NaBO2(绿色绿色)分析化学曾用此性质来鉴定某些金属离子分析化学曾用此性质来鉴定某些金属离子第四第四节对角关系角关系第四节第四节对角关系对角关系A01HA A A A A AHe 2LiBeB C N O F Ne 3 NaMgAl Si P S Cl Ar 4KCaGa Ge As Se Br Kr 5 RbSrIn Sn Sb Te I Xe 6 CsBaTl Pb Bi Po At Rn 7FrRa周期系中有些元素的性质常与它右下方相周期系中有些元素的性
48、质常与它右下方相邻的另一元素类似，这种关系叫对角关系邻的另一元素类似，这种关系叫对角关系硼与硅的相似性硼与硅的相似性性质性质硼硼(B)硅硅(Si)单单质质晶态晶态原子晶体原子晶体原子晶体原子晶体与碱作用与碱作用置换出氢置换出氢置换出氢置换出氢含氧酸含氧酸酸性酸性很弱很弱 很弱很弱稳定性稳定性很稳定很稳定稳定稳定多酸和多酸盐多酸和多酸盐链状或环状链状或环状链状或环状链状或环状重金属重金属 含氧酸盐含氧酸盐颜色颜色特征颜色特征颜色特征颜色特征颜色溶解度溶解度较小较小较小较小氢化物稳定性氢化物稳定性不稳定不稳定不稳定不稳定卤化物水解性卤化物水解性极易水解极易水解极易水解极易水解a 10-10 10-10 KKa(1)锂与镁的相似性锂与镁的相似性 性性 质质 LiMg在过量在过量O2燃烧燃烧 生成正常氧化物生成正常氧化物 Li2O MgO氢氧化物氢氧化物为中强碱为中强碱,在水中溶解度不大在水中溶解度不大氟化物氟化物、碳酸盐碳酸盐 磷酸盐磷酸盐难溶难溶氯化物氯化物溶于有机溶剂溶于有机溶剂碳酸盐受热碳酸盐受热分解为正常氧化物分解为正常氧化物 Li2O MgO铍与铝的相似性铍与铝的相似性 性性 质质 BeAl单单 质质活泼金属活泼金属两两 性性能被冷能被冷、浓硝酸钝化浓硝酸钝化氯化物氯化物 为共价双聚物为共价双聚物 易升华和溶于有机溶剂易升华和溶于有机溶剂