《P区元素(1)幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《P区元素(1)幻灯片（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十一章 P区元素（1）,p区元素概述 硼族元素概述 硼元素 铝元素,s 区ns12 p 区ns2np16（He无p电子）d 区(n1)d110ns12 (Pd无 s 电子)f 区(n2)f114(n1)d02ns2,结构分区,第一节 P区元素概述,P区元素包括了除氢以外的所有非金属元素和部分金属元素。P区元素的性质有如下四个特征：第二周期元素具有反常性质；第四周期元素表现出异样性；各族第四、五、六周期三种元素性质缓慢递变；各族第五、六周期两种元素性质有些相似。,第二节 硼族元素概述,周期系第A族元素包括硼、铝、镓、铟、铊5种元素，称为硼族元素。硼和铝有富集矿藏，价、铟、铊是分散的稀有元素，常
2、与其他矿共生。,一、包括的元素,二、特征,硼、铝在原子半径、电离能、电负性、熔点等性质上有较大差异，即p区第二周期元素的反常性。一般形成+3价的化合物，随着原子序数的增加，形成+1价化合物的趋势逐渐增强。,硼族元素化合物中形成共价键的趋势自上而下依次减弱 。硼族元素为缺电子原子价电子数小于价键轨道数的原子。所形成的化合物中有些为成键电子对数小于中心原子的价键轨道数的缺电子化合物，即容易形成聚合型分子Al2Cl6和配位化合物HBF4（硼原子的最高配位数为4，其他原子为6），此时中心原子的价键轨道杂化方式由sp2杂化过渡到sp3杂化，分子的空间构型由平面结构过渡到立体结构。,第三节 硼元素,一、硼
3、的单质,硼在地壳中的含量很小，在自然界不以单质存在，主要以含氧化合物的形式存在。硼的重要矿石有硼砂、方硼石、硼镁矿和少量的硼酸等。单质硼有无定型（棕色粉末）和晶型（黑灰色）等多种同素异性体。硼的熔点、沸点都很高。晶形硼的硬度很大，在单质中，硬度略次于金刚石。工业上制备单质硼一般采取浓碱溶液分解硼镁矿（Mg2B2O5H2O）的方法。,硼具有一般常见的非金属元素的反应性能。晶形硼相当稳定，不与氧、硝酸、热浓硫酸、烧碱等作用。无定型硼则比较活泼，能与熔融的NaOH反应。硼有较大的电负性，能与金属形成硼化物，其中硼的氧化值一般认为是-3。硼是亲氧元素，与氧的结合力极强。硼能把铜、锡、铅、锑、铁合钴的氧
4、化物还原为金属单质。硼有较高的吸收中子的能力，在核反应堆中，作为良好的中子吸收剂使用。,二、硼的化合物（四种类型）,1. 硼的氢化物（缺电子化合物）,一系列约20多种共价型氢化物，如B2H6，B4H10，B5H9等，它们的性质与烷烃相似，又被称为硼烷。硼烷的制取采用间接的方法。最简单的硼烷是乙硼烷B2H6，无色气体，具有难闻的臭味，极毒。,在乙硼烷分子中，硼原子采取不等性sp3杂化。两个硼原子和与其形成正常键的四个氢原子位于同一平面，而两个三中心键则对称分布于该平面的上方和下方，且与平面垂直。,三中心键，又称为氢桥，一种特殊的共价键，体现了硼氢化合物的缺电子特征。,正常的键,通常情况下硼烷很不
5、稳定，在空气中极易燃烧，甚至自燃。,硼烷与水发生不同程度的水解，反应速率也不同。,硼烷作为Lewis酸，能与CO，NH3等具有孤对电子的分子发生加合反应。,乙硼烷在乙醚中与LiH，NaH直接反应生成LiBH4，NaBH4。,2. 硼的含氧化合物,BO键的键能（806kJmol-1）大，硼的含氧化合物具有很高的稳定性。硼与氧只能形成单键，不能形成双键。构成硼的含氧化合物的基本结构单元是平面三角形的BO3合四面体形的BO4（硼元素的亲氧性和缺电子性）。,A.三氧化二硼,低温时得到的是晶体，高温时得到的是玻璃状B2O3。 B2O3与水反应又可生成偏硼酸和硼酸。,MgO与盐酸作用生成溶于水的MgCl，
6、过滤后得到粗硼。,B.硼酸,硼酸包括原硼酸H3BO3、偏硼酸HBO2和多硼酸xB2O3yH2O。,硼酸微溶于冷水，但在热水中溶解度较大。硼酸是一元酸，其水溶液呈弱酸性。硼酸是典型的Lewis酸，在溶液中加入多羟基化合物，由于形成配合物和H+二使溶液酸性增强。硼酸和单元醇反应则生成硼酸酯。硼酸酯可挥发并且易燃，燃烧时火焰呈绿色，可用来鉴定硼化合物的存在。硼酸只有一种晶型，晶体结构为层状。,硼酸的分子结构,C.硼酸盐,硼酸盐包括原硼酸盐、偏硼酸盐和多硼酸盐。最重要的硼酸盐是四硼酸钠，俗称硼砂，分子式是Na2B4O5(OH)48H2O。晶体中B4O5(OH)42-阴离子通过氢键互相连接成链，链与链之
7、间借钠离子联系在一起，其中还含有水分子。硼砂是无色透明的晶体，在干燥的空气中容易风化失水。熔融的硼砂可以溶解许多金属氧化物，形成偏硼酸的复盐，它们各自有不同的特征颜色，可用来鉴定某些金属离子，称为硼砂珠试验。,硼砂易溶于水，其溶液因B4O5(OH)42-的水解而呈碱性，可用它来配制缓冲溶液。,在硼砂溶液中含有的H3BO3和B(OH)4-的物质的量相等。,硼砂可用来制备低熔点釉；制造耐温度骤变的特种玻璃和光学玻璃；焊接金属时用作助熔剂以熔去金属表面的氧化物；用作防腐剂等。,3. 硼的卤化物,卤素都能和硼形成三卤化硼BX3，可用卤素单质与硼在加热的条件下直接反应而生成。三卤化硼的分子构型为平面三角
8、形（sp2杂化）。三卤化硼分子时共价型的，在室温下，随着分子质量的增加，由气态（BF3， BCl3 ），经液态（BBr3）过渡到固态（BI3）。三卤化硼在潮湿的空气中因水解而发烟。三卤化硼时缺电子化合物，表现出Lewis酸的性质，与Lewis碱生成加合物。但不能形成二聚分子。,其他三卤化物无此反应,氟硼酸HBF4是一种强酸。酸性比氢氟酸强。但其钠盐和钾盐 的水溶液却呈微酸性。,三卤化硼和碱金属、碱土金属作用被还原为单质硼，而和某些强还原剂（NaH，LiAlH4等）作用被还原为乙硼烷。,4. 硼的氮化物,氮化硼BN是一种新型的无机合成材料。BN中共有12个电子，与两个碳原子的核外电子数相等。像这
9、类具有相同原子数目和电子数目的分子（或离子）属于等电子体。等电子体常常表现出相似的结构和相近的性质。,第四节 铝元素,一、铝的单质,铝在自然界分布很广，主要以铝矾土矿形式存在。铝石银白色的有光泽的轻金属，具有良好的导电性和延展性。铝和氧化合时放出大量的热，比一般金属与氧化合时放出的热大得多（原因在于Al2O3具有很大的晶格能）。铝能将大多数金属氧化物还原为单质，因此可用于制备许多难熔的金属单质（如Cr，Mn，V等），称为铝热法。铝是典型的两性元素，其单质既能溶于酸，又能溶于碱。,二、铝的化合物,铝的氧化物是两性氧化物，既能溶于酸生成铝盐，又能溶于碱生成铝酸盐。Al3+与难变形的阴离子（F-，O
10、2-）形成离子型化合物，其熔点高，不溶于有机溶剂；Al3+与较易变形的阴离子（Cl-，Br-，I-）形成共价型化合物，其熔点低、易挥发，能溶于有机溶剂。,1. 氧化铝,Al2O3有多种晶型，主要的变体是-Al2O3和-Al2O3。两者的生成条件不同，后者在1000oC高温下转变为前者。前者被称为刚玉，熔点高、硬度仅次于金刚石。,-Al2O3和-Al2O3的晶体结构不同，化学性质也不同。前者化学性质极不活泼，除溶于熔融的碱外，与所有试剂都不反应，后者则可溶于稀酸，也能溶于碱，又称为活性氧化铝。由于其比表面积大，所以用作吸附剂和催化剂载体。,2. 氢氧化铝,氢氧化铝是两性氢氧化物，既可溶于酸生成A
11、l3+，又可溶于过量的碱生成Al(OH)4-。铝酸盐溶液中不存在AlO2-或AlO33-。在铝酸盐溶液中通入CO2沉淀出来的是氢氧化铝白色晶体，而在铝盐溶液中加入氨水或适量的碱得到的凝胶状白色沉淀是含水量不定的水合氧化铝。,3. 铝的卤化物,卤化铝中除AlF3是离子型化合物外，其他AlX3均为共价型化合物。AF3是难溶固体，而其他AlX3均易溶于水。铝盐溶液水解，故在水溶液中不能制得无水AlCl3。,无水AlCl3能溶于有机溶剂，在水中的溶解度也很大，其水解反应非常激烈并放出大量的热；无水AlCl3易挥发。,AlCl3是典型的Lewis酸，表现出强烈的加合作用倾向。在气态中两个AlCl3聚合为
12、双聚分子Al2Cl6。,Al2Cl6的结构,sp3杂化轨道,ClAl配键，Al的缺电子特性决定的。,4. 铝的含氧酸盐,铝的含氧酸盐有硫酸铝、氯酸铝、高氯酸铝、硝酸铝等。硫酸铝常易与碱金属M()（除Li）的硫酸盐结合呈一类复盐，称为矾，其组成可用通式M()Al(SO4)212H2O来表示。类质同晶物质组成形似而晶体形状完全相同的物质。相应的现象叫做类质同晶现象，矾类大多数都有类质同晶物质。如KAl(SO4)212H2O和KCr(SO4)212H2O。硫酸铝和硝酸铝是离子型化合物，都易溶于水，由于Al3+的水解作用，使得溶液呈弱酸性。铝的弱酸盐水解更加明显，甚至达到几乎完全的程度，故弱酸的铝盐不能用湿法制取。,在Al3+溶液中加入碱金属磷酸盐溶液，生成白色胶状AlPO4xH2O，它能溶于强酸溶液。其中AlPO4与(SiO2)2都含有60个核外电子，为等电子体。在Al3+溶液中加入茜素的氨溶液，生成红色沉淀，反应灵敏度较高，常用来鉴定Al3+的存在。,小结:杂化轨道的类型与分子的空间构型,杂化轨道类型参加杂化的轨道杂化轨道数目成键轨道夹角分子空间构型 实例 中心原子,s+p,s+(3)p,s+(2)p,s+(3)p,2,4,4,3,Be(A),B(A),C,Si(A),N,P(A),O,S(A),Hg(B),不等性,
