高校無機化學(高教版)硼族元素第一節(jié)課件

第五章硼族元素5.1硼族元素的通性5.2硼族元素的單質(zhì)及其化合物

硼

鋁鎵銦鉈

學習要點：5.1硼族元素的通性元素硼鋁鎵銦鉈元素符號BAlGaInTa價層電子結(jié)構(gòu)2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化數(shù)+3+3+3(+1)+3,+1+1(+3)最大配位數(shù)46666共價半徑/pm82118126144148第一電離能/kJ·mol-1

800.6577.6578.8558.3589.3第二電離能/kJ·mol-1

24271817197918211971第三電離能/kJ·mol-1

36602745296327052878電負性(Pauling)2.051.611.811.781.625.2硼族元素的單質(zhì)及其化合物(一)在自然界的分布硼：以硼酸鹽礦物存在，

如：硼砂Na2B4O7?10H2O，方硼石2Mg3B8O15?MgCl2，白硼鈣石Ca2B6O11?3H2O

等。鋁：礦物以鋁礬土(Al2O3)最為廣泛鎵：與Zn,Fe,Al,Cr等礦共生銦、鉈：與閃鋅礦共生(二)硼單質(zhì)〔B〕1.結(jié)構(gòu)單質(zhì)硼無定形硼(棕色粉末)晶體硼：α-菱形硼(黑灰色)α-菱形硼2.硼的反響常溫下不活潑，高溫下活潑4B+3O2==2B2O32B+N2==2BN2B+3Cl2==2BCl3，與硅相似和氧化性酸起反響，比硅活潑些

B+3HNO3(濃)==H3BO3+3NO22B+3H2SO4(濃)==2H3BO3+3SO2和強堿起反響2B+2NaOH(濃)+H2O==2NaBO2+3H2(氣體)(偏硼酸鈉)3.硼的成鍵特征

主要以共價鍵成鍵Bsp2雜化：BX3、B(OH)3、

sp3雜化：BF4-、BH4-、B(OH)4-B缺電子→缺電子化合物，Lewis酸例:BX3,B(OH)3B(OH)3

+

H2O=B(OH)4-+H+BF3+

HF=HBF4缺電子元素：價電子數(shù)<價層軌道數(shù)缺電子化合物：成鍵電子對數(shù)<價層軌道數(shù)HBF4不是缺電子化合物

形成多中心缺電子鍵，形成多面體：

硼晶體中有B-B-B，硼烷中有B-B-B，或B-H-B3c-2e鍵(3c-2ebond)

B是親F、親O元素：

鍵能/kJ·mol-1

B-O561~690；Si-O452；

B-F613；Si-F565(三)硼烷1.乙硼烷B2H6BnHn+4BnHn+62BH3(g)==B2H6(g)△H=－148kJ·mol－1價電子數(shù)：3×2+1×6=12結(jié)構(gòu)：HHHBBHHHNO！

實驗測定：

B2H6分子逆磁性→電子均已成對

1HNMR→兩種H，比例為4：22個B與4個H共平面B2H62L均裂2BH3L異裂[BH2L2]++[BH4]－三中心兩電子氫橋鍵2.硼烷成鍵五要素p7781960年代初，HarvardUniversity的WilliamN.Lipscomb提出，1976年獲NobelPrizeinChemistry.硼氫鍵

B—H硼硼鍵

B—B氫橋鍵開放的3c-2e硼橋鍵閉合的3c-2e硼橋鍵HBBBBBBBB3.硼烷的性質(zhì)

自燃B2H6(g)+3O2==B2O3+3H2O(g)△H=－2034kJ·mol－1

高能燃料，劇毒

水解B2H6(g)+3H2O(l)==2H3BO3(s)+6H2(g)△H=－509.3kJ·mol－1

水下火箭燃料

被氯氯化B2H6(g)+3Cl2(g)==2BCl3(s)+6HCl(g)△H=－1376kJ·mol－1加合反響B(tài)2H6+CO==2[H3B←CO]B2H6+2NH3==2[BH2.(NH3)2]++[BH4]-B2H6+2LiH==2LiBH4B2H6+2NaH==2NaBH4(四)硼的含氧化合物1.B2O3B2O3無定形B2O3

(BO3單元組成)晶體狀B2O3

(畸變的BO4四面體單元組成)

制備紅熱2H3BO3B2O3(玻璃態(tài))+3H2O減壓670K2H3BO3B2O3(晶體狀)+3H2O

性質(zhì)1)與水作用----吸水劑2H3BO3(aq)B2O3(無定形)+3H2O(l)2HBO2(g)B2O3(晶狀)+H2O(g)2)硼珠實驗CoO+B2O3

==

Co(BO2)2

深藍色Cr2O3的硼珠

綠色；CuO的硼珠藍色；MnO的硼珠紫色；NiO的硼珠

綠色；Fe2O3的硼珠

黃色。3)與NH3反響B(tài)2O3+2NH3===2BN+3H2OBBNNNBBBNNBBNNNBBBNN4)與活潑金屬作用B2O3+3Mg===2B+3MgO2.H3BO3

結(jié)構(gòu)在冷水中溶解度很低，在熱水中溶解度增大。片狀有潤滑性。

性質(zhì)1〕一元弱酸B(OH)3

+

H2O=B(OH)4-+H+2〕與羥基化合物加合

R

HCOHHCOH

R

HO+BOH

=

HO

R

HCHC

ROBO-

+H+

O多元順式羥基化合物對其酸性的增強----螯合效應(yīng)燃燒綠色火焰硼酸及其鹽的鑒別H2SO4H3BO3+3CH3OH

===B(OCH3)3+3H2O3〕硼砂Na2B4O7?10H2O→Na2B4O5(OH)4·8H2OB:sp2雜化

sp3雜化Na2B4O7+7H2O==4H3BO3+2NaOH

H3BO3+OH－==

B(OH)4－

PH=9.24

硼砂珠實驗

Na2B4O7==B2O3+2NaBO2

+)CoO+B2O3

==Co(BO2)2Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2△

硼砂的水解例：(五)硼的鹵化物BX3〔X=F、Cl、Br、I〕1鍵能及結(jié)構(gòu)

BF3 BCl3 BBr3BI3B-X鍵能

613.3456 377263.6鍵級

3

+1

46

BF3

46較強，BCl3、BBr3

46較弱，BI3

46可忽略。F

----

B

FFBF3+HF==HBF4氟硼酸，強酸〔似H2SiF6〕BX3+X-=BX4-

sp2

sp3Lewis酸性強弱順序：BI3>BBr3>BCl3>BF3BF3+:NH3=F3B←NH32Lewis酸性BX3是缺電子化合物，可與Lewis堿加合。Lewis酸性應(yīng)用：在有機化學反響中用作催化劑。3水解

+BX3(g)+3H2O(l)=B(OH)3(s)+3HX(g)

親核機理

X=Cl,△rG

=-157.07kJ·mol-1<0X=F,△rG

=+29.59kJ·mol-1>0∴BF3水解在常溫下非自發(fā)。(五)鋁單質(zhì)4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s)△rH298=-3356kJ·mol-1冶金復原劑強復原性

兩性2Al+6H+=2Al3++3H2↑2Al+2OH-+6H2O=2Al(OH)4-+3H22Al+N2===2AlN2Al+3X2===2AlX3

Δ但Al在冷、濃HNO3或H2SO4中“鈍化”。(六)鋁的氧化物α-Al2O3

β-Al2O3

γ-Al2O3

剛玉無定形膜紅寶石Cr3+藍寶石Fe3+,Cr3+

黃玉Fe3+

兩性：

Al(OH)3+3H+Al3++3H2O(六)氫氧化鋁Al(OH)3Al(OH)3+OH-[Al(OH)4]-(六)鋁的鹵化物除AlF3為離子化合物外，其余都為共價化合物。(GaCl3)2(InCl3)2(AlBr3)2(AlI3)2(GaBr3)2除B的鹵化物及ⅢA的氟化物以外，均為二聚形式。Al：sp3雜化

向溶液中滴加Na2CO3得不到Al2(CO3)3；加Na2S得不到Al2S3，形成Al(OH)3沉淀水解嚴重，Al2(CO3)3和Al2S3在水溶液中不存在！

制無水AlCl3要用干法

2Al+3Cl2===2AlCl3

或Al2O3+3Cl2+3C===2AlCl3+3CO(氣體)注意：Ga+[Ga+3Cl4]||4s24s04p0

GaCl2InCl2反磁Tl+類似于K+與Ag+TlAl(SO4)2·12H2OTl2CO3與K2CO3同晶TlOH強堿TlI黃紅色沉淀TlBr黃色沉淀TlCl白色沉淀(七)Ga、In、Tl簡介Ga(OH)3兩性偏酸，具酸性稍強于Al(OH)3。Ga(OH)3可溶于NH3·H2O,Al(OH)3

不溶于NH3·H2O。In2O3和In(OH)3溶于酸,但不溶于堿。Tl(III)的強氧化性：例：T