天津大學無機化學課件第十二章氮族碳族與硼族3-

第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素無機化學多媒體電子教案第三節(jié)硼族元素9/21/20231課件第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素無機化學多媒體電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鋁Si硅P磷S硫Cl氯Ar氬4Ga鎵Ge鍺As砷Se硒Br溴Kr氪5In銦Sn錫Sb銻Te碲I碘Xe氙6Tl鉈Pb鉛Bi鉍PoAt砹Rn氡有時稱為土族元素，其中Al2O3為黏土的主要成分，既難溶又難熔9/21/20232課件12-3-1硼族元素概述0ⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAHe氦1.81.71.61.52.0電負性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

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

0、+3

主要氧化數(shù)6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1價層電子構型814931135原子序數(shù)鉈(Tl)銦(In)鎵(Ga)鋁(Al)硼(B)ⅣA

p與其它金屬可制低熔合金如含25%In的Ga合金可用于自動滅火裝置Tl及其化合物均有毒誤食少量鉈鹽可使毛發(fā)脫落12-3-1硼族元素概述是地殼中蘊藏最豐富的金屬元素，主要以鋁礬土礦(Al2O3·xH2O)存在鋁是銀白色、有光澤的輕金屬具有良好的導電性和延展性廣泛用來作導線、結構材料和器皿鋁合金質輕又硬，用于飛機制造

自然界沒有游離硼，主要礦有:硼砂礦(Na2B4O7·10H2O)、硼鎂礦(Mg2B2O5·H2O)、方硼礦(2Mg3B8O15·MgCl2)熔點比人的體溫還低(30℃左右)液態(tài)鎵的熔點、沸點相差大，可作高溫溫度計，與其它金屬可制低熔合金

在自然界沒有獨立的礦物，分散在其它礦物中,都是軟金屬,可用于生產新型半導體材料

9/21/20233課件1.81.71.61.52.0電負性()5895581.81.71.61.52.0電負性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

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

0、+3

主要氧化數(shù)6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1價層電子構型814931135原子序數(shù)鉈(Tl)銦(In)鎵(Ga)鋁(Al)硼(B)ⅣA

p價電子數(shù)價層電子軌道數(shù)為缺電子原子，可形成缺電子化合物34缺電子原子可形成配位鍵(如H[BF4])多中心鍵(如B2H6)12-3-1硼族元素概述N、O、XC、Si、HB、Al舉例有孤電子對

有空軌道特點∨多電子原子價層電子軌道數(shù)‖∧

價電子數(shù)等電子原子缺電子原子原子9/21/20234課件1.81.71.61.52.0電負性()5895581.81.71.61.52.0電負性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

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

0、+3

主要氧化數(shù)6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1價層電子構型814931135原子序數(shù)鉈(Tl)銦(In)鎵(Ga)鋁(Al)硼(B)ⅣA

p氧化數(shù)+3化合物穩(wěn)定性降低氧化數(shù)+1化合物穩(wěn)定性增加

即惰性電子對效應明顯12-3-1硼族元素概述9/21/20235課件1.81.71.61.52.0電負性()58955812-3-2硼的氫化物12-3-2硼的氫化物硼氫化合物性質與碳的氫化物(烷烴)、硅的氫化物(硅烷)相似，所以硼的氫化物稱為硼烷類型B5H11(戊硼烷-11)B5H9(戊硼烷-9)B4H10(丁硼烷-10)BnHn+6B2H6(乙硼烷)舉例BnHn+4通式由于硼烷及其衍生物的特殊結構、性質和用途，使硼烷及其有關的碳硼烷化學成為目前無機化學主要發(fā)展領域之一9/21/20236課件12-3-2硼的氫化物12-3-2硼的氫化物硼氫化合物性乙硼烷結構兩個3c-2e鍵

四個B-H2c-2e鍵

在同一水平面上兩個3c-2e鍵位于水平面上下與水平面垂直動畫演示9/21/20237課件乙硼烷結構兩個3c-2e鍵四個B-H2c-2e鍵動畫演多中心鍵三中心二電子鍵(3c-2e)簡稱三中心鍵是多中心鍵的一種形式定義：是指3個或3個以上原子之間所形成的共價鍵B缺電子原子H等電子原子形成二個三中心二電子鍵強度：為一般共價鍵強度的一半形成：缺電子原子等電子原子硼烷的性質比烷烴活潑

9/21/20238課件多中心鍵三中心二電子鍵(3c-2e)簡稱三中心鍵定義：硼烷的性質通常情況下不穩(wěn)定，在空氣中能自燃反應速率大，并放出大量熱。曾想用作火箭或導彈的高能燃料,但因毒性太大而未采用B2H6(g)+3O2

→B2O3(g)+3H2O(g)遇水發(fā)生水解B2H6(g)+6H2O→2H3BO3+6H2能與NH3、CO(有孤電子對)分子發(fā)生加合作用B2H6+2CO→2[H3BCO]B2H6+2NH3

→2[H3BNH3]9/21/20239課件硼烷的性質通常情況下不穩(wěn)定，在空氣中能自燃反應速率大12.3.3硼酸及其鹽硼的含氧酸名稱分子式偏硼酸HBO2正硼酸(簡稱硼酸)H3BO3多硼酸xB2O3·yH2OH2OH3BO3HBO2B2O3

△△H2O9/21/202310課件12.3.3硼酸及其鹽硼的含氧酸名稱分子式偏硼酸HBO2正12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通過氫鍵形成接近六角形的對稱層狀結構，層與層之間借助微弱的范德華力聯(lián)在一起因此硼酸晶體為鱗片狀此結構使硼酸具有解理性可用作潤滑劑9/21/202311課件12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通過氫鍵形成接近六角形的對稱層狀結構，層與層之間借助微弱的范德華力聯(lián)在一起因此硼酸晶體為鱗片狀此結構使硼酸具有解理性可用作潤滑劑9/21/202312課件12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通硼酸一元弱酸H3BO3+H2O?

[B(OH)4]-

+H+

?

aK=5.8?10-10水溶液顯酸性,是由于硼原子是缺電子原子,價層有空軌道，能接受水解離出的OH-孤電子對，以配位鍵形式形成[B(OH)4]-

9/21/202313課件硼酸一元弱酸H3BO3+H2O?[B(OH)4]-硼砂化學式為Na2B4O5(OH)4·8H2O習慣用Na2B4O7·10H2O表示

無色透明晶體，在空氣中易風化失水加熱至350~400℃脫水成為Na2B4O7,878℃

熔融,冷卻后成玻璃狀物質,即硼砂玻璃易溶于水,其溶解度隨溫度升高而增大易水解，水溶液呈堿性4BO2+H2OB4O7+2OH-

B4O7+7H2O4H3BO3+2OH--2-2-9/21/202314課件硼砂化學式為Na2B4O5(OH)4·8H2O無色透明晶體硼砂化學式為Na2B4O5(OH)4·8H2O習慣用Na2B4O7·10H2O表示

無色透明晶體,在空氣中易風化失水加熱至350~400℃脫水成為Na2B4O7,878℃

熔融,冷卻后成玻璃狀物質,即硼砂玻璃易溶于水,其溶解度隨溫度升高而增大易水解，水溶液呈堿性硼砂珠實驗：鐵、鈷、鎳、錳等金屬氧化物可溶解在硼砂熔體中,呈不同的特征顏色Na2B4O7+CoO→

Co(BO2)2·2NaBO2(藍色)Na2B4O7+NiO→

Ni(BO2)2·2NaBO2(棕色)Na2B4O7+MnO→

Mn(BO2)2·2NaBO2(綠色)分析化學曾用此性質來鑒定某些金屬離子9/21/202315課件硼砂化學式為Na2B4O5(OH)4·8H2O無色透明晶體12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁氧化鋁兩種主要變體α-Al2O3(剛玉)

硬度大，密度大熔點高，不溶于酸化學性質穩(wěn)定可作高硬質材料耐磨材料和耐火材料γ-Al2O3(活性氧化鋁)

硬度小，質輕不溶于水,溶于酸和堿表面積大,有強的吸附能力和催化活性可作吸附劑和催化劑剛玉中含微量Cr(Ⅲ)——紅寶石

Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)

——藍寶石

剛玉中含少量Fe3O4——剛玉粉

9/21/202316課件12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁氫氧化鋁在鋁酸鹽溶液中通入CO2,得到晶態(tài)Al(OH)3

在鋁(Ⅱ)鹽溶液中加入氨水或適量堿,得到凝膠狀含水量不定的水合氧化鋁

(Al2O3·xH2O)通常也寫成Al(OH)3

2[Al(OH)4]-+CO2→2Al(OH)3+CO3+H2O(白色)2-9/21/202317課件氫氧化鋁在鋁酸鹽溶液中通入CO2,得到晶態(tài)Al(OH)3氫氧化鋁難溶于水兩性溶于酸Al(OH)3+3H+

→Al3++3H2O溶于堿Al(OH)3+OH-→[Al(OH)4]--經光譜實驗證實：溶液中不存在AlO2

或AlO3

3--9/21/202318課件氫氧化鋁難溶于水兩性溶于酸Al(OH)3+3H+→12-3-5鋁鹽三氯化鋁12-3-5鋁鹽無水AlCl3只能用干法制取2Al+3Cl22AlCl3

Al2O3+3C

+3Cl22AlCl3+3CO

常溫下純AlCl3為無色晶體氣態(tài)AlCl3具有雙聚分子締合結構無水AlCl3溶于有機溶劑

無水AlCl3在水中發(fā)生水解，在潮濕空氣中因強烈水解而冒煙9/21/202319課件12-3-5鋁鹽三氯化鋁12-3-5鋁鹽無水AlCl3只三氯化鋁雙聚分子結構2個Al原子與兩側的4個Cl原子在同一平面上中間的2個Cl原子位于該平面兩側動畫演示9/21/202320課件三氯化鋁雙聚分子結構2個Al原子動畫演示8/5/2023硫酸鋁2Al(OH)3+3H2SO4→

Al2(SO4)3+6H2O制?。杭儦溲趸X與熱、濃硫酸反應Al2O3+3H2SO4→

Al2(SO4)3+3H2O常溫下自溶液析出無色針狀晶體(Al2(SO4)3·18H2O)硫酸與鋁礬土或高嶺土作用

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

易與堿金屬(除Li外)或銨形成礬如Al(SO4)2·12H2O弱酸的鋁鹽在水中完全水解

2Al3++3S2-+6H2O→

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

2-9/21/202322課件硫酸鋁易溶于水，水溶液由于Al3+水解呈酸性Al3++HAl3+的鑒定Al3++鋁試劑→紅色絮狀沉淀（pH=4~

5）9/21/202323課件Al3+的鑒定Al3++鋁試劑→紅色絮狀沉淀（pH=第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素無機化學多媒體電子教案第三節(jié)結束9/21/202324課件第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素無機化學多媒體電第四節(jié)對角關系無機化學多媒體電子教案

第十二章氮族、碳族和硼族元素第四節(jié)對角關系9/21/202325課件第四節(jié)對角關系無機化學多媒體電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質常與它