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1、 第十三章 硼族元素 13 1 硼族元素概述 13 2 硼单质及其化合物 13 3 铝单质及其化合物 13 4 镓、铟、铊 13 5 斜线关系 (对角线规则 ) 13 1 硼族元素概述 B族元素在周期表中的位置 Boron Aluminium Gallium Indium Thallium B Al Ga In Tl 相似性 递变性 2、气态氢化物的通式： RH3 3、最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)3 单质物性 单质化性 主要氧化态稳定性逐渐增大 熔沸点降低 单质密度增大 非金属性减弱、金属性增强 最高价氧化物对应水化物的酸性减弱 氢化物的稳定性减弱 2s22p1 3s2
2、3p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1 +1 +3 主要氧化态稳定性逐渐减小 1、最外层都有3个电子，化合价主要有 +3和+1，易形成共价化合物。 13 2 硼单质及其化合物 13 2 1 硼单质 1. 同素异形体： 无定形硼 晶形硼 棕色 粉末 黑灰色 化学活性高 硬度大 熔点，沸点都很高 -菱形硼 (B12)： 由 B12二十面体组成的六方晶系， B原子占据二十面体的 12个角顶。每个二十面体以三中心二电子的 B3键和 B-B键连接。 2. 硼单质的化学性质 2B+3F2 = 2BF3 (2) 高温下与非金属和金属单质反应 4B+3O2 = 2B2O3 4B+N2 = 2BN 2
3、B+3X2 = 2BX3 (X=Cl, Br, I) 2B+3S = B2S3 2B+6H2O = 2B(OH)3+3H2 4B+3SiO2 = 2B2O3+3Si (3) 高温下夺取氧化物中氧 (硼氧键的键能很大 ) 10B+3P2O5 = 5B2O3+6P (1) 常温下与 F2反应 2B+Zr = ZrB2 4B+3Nb = Nb3B4 (4) 与氧化性酸反应 2B+3H2SO4(浓） = 2B(OH)3+3SO2 B+3HNO3(浓） = B(OH)3+3NO2 (5) 有氧化剂存在并强热时与碱作用 2B+2NaOH+3KNO3 = 2NaBO2+3KNO2+H2O 偏硼酸钠 3. 硼
4、单质的制备 2BI3 = 2B + 3I2 10001300K 钽、钨或氮化硼表面 95 98粗硼 碱法 ： Mg2B2O5H 2O + 2 NaOH 2 NaBO2 + 2 Mg(OH)2 硼镁矿 (浓 ) 结晶出来 浓的水溶液 通 CO2调碱度 4 NaBO2 + CO2 + 10 H2O 2 Na2B4O710H2O + NaCO3 硼砂 溶于水，用 H2SO4调酸度 Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O 4 H3BO3 + Na2SO4 溶解度小 脱水 2 H3BO3 B2O3 + 3H2O Mg B2O3 + 3 Mg 3 MgO + 2 B (粗硼 ) -菱形硼 组成 B
5、nHn+4类： B2H6， B5H9B 10H14 BnHn+6类： B3H9， B4H10B 9H15 毒性大 空气中允许的最高浓度 (ppm） COCl2 光气 1 HCN 氰化氢 10 B2H6 0.1 13 2 2 硼的氢化物 (硼烷和硼氢化物 ) (1) 质子置换法 3LiAlH4+4BCl3 = 2B2H6+3LiCl+3AlCl3 乙醚 Mg3B2+ H3PO4 B2H6 (2) 氢化法 2BCl3+6H2 = B2H6 6HCl 放电 (3) 氢负离子置换法 3NaBH4+4BF3 = 2B2H6+3NaBF4 乙醚 易燃 极易水解 强还原性 B2H6 +3O2 =2B2O3
6、3H2O B2H6 +6Cl2= 2BCl3 6HCl B2H6 +6H2O =2H3BO3 6H2 制备 (B2H6) 化学性质 (B2H6) B B H H H B B H H H H : : 硼烷的五种成键情况 (1)二中心二电子硼氢键 B H (2)三中心二电子键（氢桥键） (3)二中心二电子硼硼键 B B (4)开放的三中心二电子硼桥键 (5)闭合的三中心二电子硼键 B B B B B B B4H10 B B H H H H B B H H H H H H 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 B B H H H H B B H H H H H H B B B B B B H
7、H H H B10H14 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 4 5 5 5 5 开口的笼型结构 B2H6的结构 B2H6 + NH3(g) (BN)x(s) (Almost as hard as diamond) 层状石墨结构 B2H6 + NH3(g) B3N3H6 (无机苯 ) 氢键和氢桥键的差别 氢 键 氢 桥 结合力的类型 主要是静电作用 共价键（三中心二电子键） 键 能 小（与分子间力相近） 较大（小于正常共价键） H 连接的原子 电负性大，半径小的原子， 缺电子原子，主要是 B 主要是 F、 O、 N 与 H相连的原子的对称性 不对称（除对称氢键外
8、） 对 称 NaBH4：重要的还原剂 NaH + B(OCH3) = NaBH4 3NaOCH3 LiBH4 + 2H2O = LiBO2 4H2 13 2 3 硼的含氧化合物 化学键 B H B B B O C O Si O 键能 /KJ mol1 389 293 561 358 452 制备 2H3BO3= B2O3+3H2O 性 质 B2O3+3H2O = 2H3BO3(aq) 粉末状 B2O3可用作吸水剂 B2O3+H2O(g) = 2HBO2(g) 偏硼酸 B2O3(熔融 )+CuO =Cu(BO2)2 (蓝色） 3B2O3(熔融 )+Fe2O3 =2Fe(BO2)3 (黄色） 硼珠
9、试验 ， 制备有色硼玻璃 1. B2O3和 硼酸 B： sp2杂化 OHBOOHH硼 酸 Boracic acid 结构 : 性质 : B(OH)3(aq) + 2 H2O(l)= H3O+(aq) + B(OH)4-(aq) 加合一个 OH-离子，而不是给出质子，符合缺电子结构，为典型的路易斯酸。 为什么硼酸中加入甘油，硼酸酸性会增强？ 120 140-160 500 B(OH)3 HBO2 H2B4O7 B2O3 正硼酸 偏硼酸 四硼酸 H3BO3遇到某种比它强的酸时，有显碱性的可能 : B(OH)3 + H3PO4 BPO4 + 3H2O (中和反应 ) OH HO CH2 O CH2
10、HO B + HO CH O B C(OH)H + H+ + 2H2O OH HO CH2 O CH2 硼砂 Na2B4O5(OH)48H2O Na2B4O710H2O O O B O O B O HO B B OH OH OH 2 O O B O O B O B B O O 2 或 Na2B4O5(OH)48H2O = Na2B4O7+10H2O 400 B4O5(OH)42 5H2O=2H3BO3+2B(OH)4 (pH=9.24) 其它硼酸盐 NaBO2 KBO2 2. 硼砂及其它硼酸盐 3. 硼的卤化物 BX3 (X=F、 Cl、 Br、 I) BF3 + :NH3 = F3BNH 3
11、 BF3 + 3H2O = B(OH)3 + 3HF BF3 + HF = HBF4 氟硼酸 (强酸） 路易斯酸 1. 铝单质 提取和冶炼 Al2O3+2NaOH+3H2O= 2NaAl(OH)4 2NaAl(OH)4+CO2=2Al(OH)3+Na2CO3+H2O 2Al(OH)3 =Al2O3+3H2O 2Al2O3=4Al+3O2 电解 Na3AlF6,1300K 原料：铝钒土 (Al2O3) 性 质 4 Al + 3O2= 2Al2O3 rHm = 3351.4 kJmol 1 2Al + Fe2O3= 2Fe+Al2O3 铝热反应 亲氧性 强还原性 2Al + N2 =2AlN 高温
12、 4Al + 3S=2Al2S3 高温 13 3 铝单质及其化合物 Al(OH)3 Al3+3NH3H 2O=Al(OH)3+3NH4+ 两性 Al(OH)3 +3H =Al3+3H2O Al(OH)3 +3OH =Al(OH)4 2Al(OH)4 CO2 = 2Al(OH)3 2CO32 H2O Al(H2O)3+ Al(OH)4- Al(OH)3 CO32- CO2 pH 小 大 2. 铝的含氧化合物 Al2O3 -Al2O3 -Al2O3 刚玉 磨料或耐火器皿 (如坩锅） 化学性质活泼：两性 化学性质不活泼 吸附剂、催化剂载体 强热 宝石 Some of the impure forms of -alumina are prized as gems. (a) Ruby, Cr3+ (b) Sapphire, F
