《功能材料无机化学课件4第13章p区元素1硼族元素》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功能材料无机化学课件4第13章p区元素1硼族元素（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第13章 P区元素（一） 硼族和碳族 13.1 P区元素概述 13.2 硼族元素 （IIIA族） B Al Ga In Tl 硼 铝 镓 铟 铊,硼的发现简史,1808年，英国化学家戴维（Sir Humphry Davy, 17781829）在用电解的方法发现钾后不久，又用电解熔融的三氧化二硼的方法制得棕色的硼。同年法国化学家盖-吕萨克（Joseph-Louis Gray-Lussac,17781850）和泰纳（Louis Jacques Thenard,17771857）用金属钾还原无水硼酸制得单质硼。 硼被命名为Boron，它的命名源自阿拉伯文，原意是“焊剂”的意思。说明古代阿拉伯人就已经
2、知道了硼砂具有熔融金属氧化物的能力，在焊接中用做助熔剂。硼的元素符号为B，中译名为硼。,铝的发现简史,1825年，丹麦化学家和矿物学家厄斯泰德（Oersted H.C.， 1777-1851，丹麦）用钾汞齐还原无水卤化铝，第一个制备出不纯的金属铝。1827年，德国化学家维勒（Wohler Friedrich，1800-1882，德国）用金属钾还原无水氯化铝，制备出较纯的铝，并用它的许多性质。 由于维勒制取铝的方法不可能应用于大量生产，在这以后的一段很长时间里，铝是珠宝店里的商品、帝王贵族的珍宝。直到1886年两位青年化学家，一位是21岁的美国大学生豪尔，另一位是大洋彼岸的21岁法国大学生埃罗，
3、分别独立地用电解法制铝获得成功，使铝成为普通商品，竟然经历了60多年的时间。铝的命名源自拉丁文Alumen，这一名词中世纪在欧洲是对具有收敛性矾的总称，它的英文名称是Aluminium，元素符号为Al，我国从它的第二音节译为铝。,镓（音家），Gallium，源自Galiia，法国的古老名字，1875年发现。这是一种在手中即能熔解的金属，也是少数在凝结时会发生体积膨胀的金属。 铟（音因），Indium，源自indigo blue，因为它在光谱仪上呈现紫蓝色彩，1863年发现。铟极其柔软，极其富于展性。引擎轴承、晶体管和半导体中都用得到它， 铊（音他），Thallium，源自thallqs，意为嫩
4、芽因它在光谱中的亮黄谱线带有新绿色彩，1861年发现。铊是无味无臭的金属，和淀粉、糖、甘油与水混合即能制造一种“款待”老鼠的灭鼠剂。在扑灭鼠疫中颇有用。,12-3-1 硼族元素概述,13-2-1 硼族元素概述,有时称为土族元素，其中Al2O3为黏土的主要成分，既难溶又难熔。,自然界没有游离硼， 主要矿有: 硼砂矿(Na2B4O710H2O)、 硼镁矿(Mg2B2O5H2O)、 方硼矿(2Mg3B8O15MgCl2)。,是地壳中蕴藏最丰富的金属元素 主要以铝矾土矿(Al2O3xH2O)存在 铝是银白色、有光泽的轻金属 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 铝合金质轻又硬，用于
5、飞机制造。,熔点比人的体温还低(30左右) 液态镓的熔点、沸点相差大， 可作高温温度计， 与其它金属可制低熔合金。,与其它金属可制低熔合金, 如含25%In的Ga合金, 熔点 16 oC,可用于自动灭火装置,Tl及其化合物均有毒， 误食少量铊盐可使毛发脱落,13-2-1 硼族元素概述,缺电子原子可作为 中心原子形成： 配位键(如HBF4) 多中心键(如B2H6),13-2-1 硼族元素概述,12-3-1 硼族元素概述,12-3-2 硼的氢化物,13-2-2 硼的氢化物,硼的氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、硅的氢化物(硅烷)相似，所以硼的氢化物称为硼烷。,由于硼烷及其衍生物的特殊结构、性质和用
6、途，使硼烷及其有关的碳硼烷化学成为目前无机化学主要发展领域之一。,硼的氢化物,硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6 例：B2H6 B4H10 B5H9 B5H11 乙硼烷 丁硼烷 戊硼烷-9 戊硼烷-11 有CH4，但无BH3 最简单的硼烷：B2H6 其结构并非如右图所示：,则2个BH3之间不结合，且每个B成键后仅6e 不合理！,Lipscomb（李普斯昆）硼烷成键类型 1960年代初，William N. Lipscomb （Harvard University）提出，1976 年获Nobel Prize in Chemistry.,缺电子化合物特殊成键方式困扰化学界几十年的难题.,htt
7、p:/ 2c-2e键 在同一水平面上 两个3c-2e键 位于水平面上下 与水平面垂直,多中心键,三中心二电子键(3c-2e)简称三中心键 是多中心键的一种形式,硼烷的性质比烷烃活泼,硼烷的性质,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 但因毒性太大，而未采用,B2H6(g)+3O2 B2O3(g)+3H2O(g),13.2.3 硼酸及其盐,硼的含氧酸,12-3-3 硼酸及其盐,硼酸,分子间通过氢键形成接近六角形的对称层状结构，层与层之间借助微弱的范德华力联在一起因此硼酸晶体为鳞片状,此结构使硼酸具有解理性可用作润滑剂,硼酸的性质,水溶液显酸性, 是由于硼原子是缺电子原子,价层有空
8、轨道，能接受水解离出的OH-孤对电子，以配位键形式形成B(OH)4-。,一元弱酸（非三元酸）,B(OH)4-的结构,与多元顺式羟基化合物反应，酸性，例如：,螯合效应 Ka =10-6 （可用标准碱液确定）,和单元醇反应 B(OH)3+ 3ROH= B(OR)3 + 3H2O 硼酸酯燃烧产生绿色火焰，鉴定硼的化合物,硼酸的性质,B(OH)3H2O =B(OH)4+H+ Ka = 5.810-10，很弱,硼砂,硼砂,卤化硼 BX3（X = F、Cl、Br、I） 缺电子化合物， Lewis酸 易水解 （一）键能/kJmol-1结构： BF3 BCl3 BBr3 BI3 结构 平面三角形 键长/pm
9、B-F 132 (正常B-F单键150) 键级 3 + 1 46 B-X键能 613.3 456 377 263.6 BCl3、BBr3 46较弱，BI3可忽略46,1Lewis酸性： BX3是缺电子化合物，可与Lewis碱加合。 BF3 + :NH3 = F3BNH3 BF3 + HF = HBF4 氟硼酸，强酸（似H2SiF6） BX3 + X- = BX4- sp2 sp3,2. Lewis酸性强弱顺序： BF3 BI3 只考虑电负性： BF3 BCl3 BBr3 BI3 只考虑46强度： BF3 BCl3 BBr3 BI3 用接受电子对的能力大小来解释,3水解 BX3(g) + 3H2
10、O(l) = B(OH)3(s) + 3HX(g) 亲核机理 X = Cl , rG = -157.07 kJmol-1 0 BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl 4BF3+3H2O=H3BO3+3HBF4,12-3-4 氧化铝和氢氧化铝,13-2-2 氧化铝和氢氧化铝,氧化铝,- Al2O3(活性氧化铝) 硬度小，质轻 不溶于水, 溶于酸和碱 表面积大, 有强的 吸附能力和催化活性 可作吸附剂和催化剂,两种主要变体,-Al2O3(刚玉) 硬度大，密度大 熔点高，不溶于酸 化学性质稳定 可作高硬质材料 耐磨材料和耐火材料,氢氧化铝,在铝酸盐溶液中通入CO2, 得到晶态Al(OH)3,在铝(
11、III)盐溶液中加入氨水或适量碱, 得到凝胶状含水量不定的水合氧化铝 (Al2O3xH2O) 通常也写成Al(OH)3,氢氧化铝,经光谱实验证实： 溶液中不存在AlO2- 或AlO33-,12-3-5 铝盐,三氯化铝,铝盐,三氯化铝双聚分子结构,2个Al 原子 与两侧的4 个Cl原子在 同一平面上 中间的2个 Cl原子位于 该平面两侧,硫酸铝,2Al(OH)3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+6H2O,Al2O3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+ 3H2O,常温下自溶液析出的是无色针状晶体 (Al2(SO4)318H2O),硫酸铝,2Al(OH)3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+
12、6H2O,Al2O3+ 3H2SO4 Al2(SO4)3+ 3H2O,常温下自溶液析出的是无色针状晶体 (Al2(SO4)318H2O),弱酸的铝盐在水中完全水解 2Al3+ + 3S2- + 6H2O 2Al(OH)3 + 3H2S 2Al3+ + 3CO32- + 3H2O 2Al(OH)3 + 3CO2,惰性电子对效用和周期表的斜线关系,惰性电子对效应： 价电子层6s25p0-6，其6s电子对不易参与成键，常形成+(n-2)氧化态，其+n氧化态不易形成或不稳定。如Tl() （价电子6s2）比Tl() （价电子6s0）稳定。,从元素电位图上看出： Tl3+1.25Tl+-0.336Tl 1
13、.36TlCl-0.557 说明Tl3+有强的氧化性。因为有6S2因素,周期系中有些元素的性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,对角关系,1.硼与硅的相似性,a,10-10,2. 锂与镁的相似性 单质在过量氧中燃烧时，均只生成正常氧化物； 氢氧化物均为中强碱，而且在水中的溶解度都不大； 氟化物、碳酸盐、磷酸盐等均难溶； 氯化物都能溶于有机溶剂(如乙醇)； 碳酸盐在受热时，均能分解成相应的氧化物（Li2O、MgO）。,3铍与铝的相似性 单质均为活泼金属，其标准电极电势相近：E (Be2+/Be)=-1.847V, E (Al3+/Al)=-1.662V； 单质均为两性金属，它们既能溶于酸也能溶于强碱； 单质都能被冷、浓硝酸钝化； 氯化物均为双聚物，并显示共价性，可以升华，且溶于有机溶剂,
