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1、第十六章第十六章 硼族元素硼族元素16-1 16-1 硼族元素的通性硼族元素的通性16-2 16-2 硼族元素单质及其化合物硼族元素单质及其化合物16-3 16-3 惰性电子对效应惰性电子对效应 周期表中的斜线关系周期表中的斜线关系A A A AB B B BAIAIAIAIGaGaGaGaInInInInTlTlTlTl价电层结构价电层结构价电层结构价电层结构 2 2 2 2s s s s2 2 2 22p2p2p2p1 1 1 13 3 3 3s s s s2 2 2 23p3p3p3p1 1 1 14 4 4 4s s s s2 2 2 24p4p4p4p1 1 1 15 5 5 5s
2、s s s2 2 2 25p5p5p5p1 1 1 16 6 6 6s s s s2 2 2 26p6p6p6p1 1 1 1主要氧化数主要氧化数主要氧化数主要氧化数+3+3+3+3+3+3+3+3（+1+1+1+1）+3+3+3+3+1 +3+1 +3+1 +3+1 +3+1 +1 +1 +1 （+3+3+3+3）电离能电离能电离能电离能I I I I1 1 1 1800.6800.6800.6800.6577.6577.6577.6577.6578.8578.8578.8578.8558.3558.3558.3558.3589.3589.3589.3589.3电负性电负性电负性电负性2.0
3、42.042.042.041.611.611.611.611.811.811.811.81（）1.781.781.781.781.62()1.62()1.62()1.62()( ( ( (非非非非) ) ) )金属性金属性金属性金属性 非金属非金属非金属非金属 金属性增强金属性增强金属性增强金属性增强键能键能键能键能kJ.molkJ.molkJ.molkJ.mol-1-1-1-1C-HC-HC-HC-HB-HB-HB-HB-H Si-HSi-HSi-HSi-HB-OB-OB-OB-OSi-OSi-OSi-OSi-OC-OC-OC-OC-OC-CC-CC-CC-CB-BB-BB-BB-B Si-
4、SiSi-SiSi-SiSi-Si4114114114113893893893893183183183185615615615614524524524523583583583583463463463462932932932932222222222221.1.缺电子：缺电子：价电子数价电子数 I(Ga)I1 1(AI),Ga(AI),Ga有有3 3d d1010； I I1 1(TI)I(TI)I1 1(In),TI(In),TI有有4 4f f1414。 d,f d,f电子不能完全屏蔽掉相应增加的电子不能完全屏蔽掉相应增加的核电荷，有效核电荷增加幅度大，抵消了核电荷，有效核电荷增加幅度大，抵消
5、了电子层增加对电离能的影响。电子层增加对电离能的影响。 共价性：共价性：B B所有化合物均共价（半径小，电所有化合物均共价（半径小，电负性大）。负性大）。 缺电子性：易与电子对给体形成缺电子性：易与电子对给体形成配键配键（BFBF4 4- -），），易形成易形成多中心键多中心键（例：（例：3 3c-2c-2）。）。 多面体特性：晶体硼和硼的许多化合物为多面体特性：晶体硼和硼的许多化合物为多面体。多面体。4.4.硼的成键特征：硼的成键特征：一、自然界分布一、自然界分布二、硼族元素的单质二、硼族元素的单质三、硼的氢化物三、硼的氢化物四、卤化物四、卤化物五、含氧化合物五、含氧化合物 硼：硼酸盐，如硼
6、砂硼：硼酸盐，如硼砂NaNa2 2B B4 4O O7 71010H H2 2O O，硼硼镁矿镁矿MgMg2 2B B2 2O O5 5HH2 2O.O. 铝：铝矾土矿，主铝：铝矾土矿，主AIAI2 2O O3 3XHXH2 2O O 镓、铟、铊：均无单独矿物，以杂质形镓、铟、铊：均无单独矿物，以杂质形式共生于其它矿中。式共生于其它矿中。 无定形硼：棕色粉末，性质活泼无定形硼：棕色粉末，性质活泼B B1212正二十面体为基本结构单元形成许多变体正二十面体为基本结构单元形成许多变体. .化学性质化学性质 在在O O2 2中燃烧中燃烧 4 4B+3OB+3O2 2=2B=2B2 2O O3 3 H
7、=-2545kJmol H=-2545kJmol-1-1 键能键能 B-O Si-O C-OB-O Si-O C-OkJmolkJmol-1-1 561 452 358 561 452 358 B B在炼钢中可做脱氧剂，从氧化物中夺氧。在炼钢中可做脱氧剂，从氧化物中夺氧。 与非金属反应与非金属反应 F F2 2、CICI2 2、BrBr2 2 (BX (BX3 3),S(B),S(B2 2S S3 3),N),N2 2(BN),(BN),不与不与H H2 2反应反应 与水蒸气反应与水蒸气反应 2 2B(B(赤热）赤热）+6+6H H2 2O(g)=2HO(g)=2H3 3BOBO3 3+3H+
8、3H2 2(g)(g)与氧化性酸反应与氧化性酸反应B+3HNOB+3HNO3 3（浓）浓）= =B B（OHOH）3 3+3NO+3NO2 22B+3H2B+3H2 2SOSO4 4（浓）浓）=2=2B B（OHOH）3 3+3SO+3SO2 2无氧化剂存在，无氧化剂存在，B B不溶于酸。不溶于酸。与强碱反应与强碱反应2 2B+2NaOH+2HB+2NaOH+2H2 2O=2NaBOO=2NaBO2 2+3H+3H2 22 2、铝、铝 银白色有光泽的金属，有良好的延展性和银白色有光泽的金属，有良好的延展性和导电性。导电性。A A（AIAI3+3+/AI/AI）=-1.67V=-1.67V，纯铝
9、活性较高纯铝活性较高B BAIAI（OHOH）3 3 常温下稳定：氧化膜常温下稳定：氧化膜 高温与氧等非金属反应高温与氧等非金属反应 4 4AI+3OAI+3O2 2=2AI=2AI2 2O O3 3 H=-1669.7kJmolH=-1669.7kJmol-1-1（3273K3273K）铝热还原法铝热还原法: :冶炼难熔金属冶炼难熔金属FeFe、NiNi、MnMn、V V等等 与稀酸反应与稀酸反应 2 2AI+6HCI=2AICIAI+6HCI=2AICI3 3+3H+3H2 2 浓浓H H2 2SOSO4 4、浓浓HNOHNO3 3中钝化中钝化 与强碱反应与强碱反应 2 2AI+2NaOH
10、+6HAI+2NaOH+6H2 2O=2NaAI(OH)O=2NaAI(OH)4 4+3H+3H2 2脱水产物或高温熔融产物为脱水产物或高温熔融产物为NaAIONaAIO2 23 3、GaGa、InIn、TITI Ga:K(29.6)-Ga:K(29.6)-手中即可熔化手中即可熔化 沸点沸点23432343K K K).K).制备测高温温度计制备测高温温度计. . Ga Ga、InIn、TITI的高纯金属是半导体材料的高纯金属是半导体材料. . 硼硼 碱法（山大碱法（山大9696、9898考研题）考研题）* * MgMg2 2B B2 2O O5 5HH2 2O+2NaOH=2NaBOO+2N
11、aOH=2NaBO2 2+2Mg(OH)+2Mg(OH)2 2 4NaBO 4NaBO2 2+CO+CO2 2+10H+10H2 2O=NaO=Na2 2B B4 4O O7 710H10H2 2O+NaO+Na2 2COCO3 3 Na Na2 2B B4 4O O7 7+H+H2 2SOSO4 4+5H+5H2 2O=4HO=4H3 3BOBO3 3+Na+Na2 2SOSO4 4 2H 2H3 3BOBO3 3=B=B2 2O O3 3+3H+3H2 2O O B B2 2O O3 3+3Mg=2B+3MgO+3Mg=2B+3MgO酸法：酸法： Mg Mg2 2B B2 2O O5 5H
12、H2 2O+2HO+2H2 2SOSO4 4=2H=2H3 3BOBO3 3+MgSO+MgSO4 4(2) (2) 铝铝* * AIAI2 2O O3 3+2NaOH+3H+2NaOH+3H2 2O=2NaAI(OH)O=2NaAI(OH)4 4 2NaAI(OH) 2NaAI(OH)4 4+CO+CO2 2=2AI(OH)=2AI(OH)3 3+Na+Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O 2AI(OH) 2AI(OH)3 3=AI=AI2 2O O3 3+3H+3H2 2O O 4AI 4AI2 2O O3 3=4AI+3O=4AI+3O2 2分类：分类：B Bn nH Hn+4n
13、+4和和 B Bn nH Hn+6n+6 例：例：B B2 2H H6 6 （乙硼烷）乙硼烷） B B4 4H H1010（丁硼烷）丁硼烷） 有有CHCH4 4，SiHSiH4 4但无但无BHBH3 3 最简单的硼烷：最简单的硼烷：B B2 2H H6 6( borane )( borane )乙硼烷乙硼烷( (diborane)diborane)结构结构 4 4个个B-HB-H键键（2 2c-2c-2）2 2个个键键3 3c-2c-2B B2 2H H6 64 4个个B-H-BB-H-B氢桥键，一个氢桥键，一个B-BB-B键，键，6 6个个B-HB-H键键B B4 4H H1010的结构的结
14、构B B4 4H H1010各种硼烷中呈现出的成键情况各种硼烷中呈现出的成键情况端侧的端侧的2 2c-2c-2B-H B-H 键键33c-2c-2的氢桥键的氢桥键 22c-2c-2的的B-BB-B键键开放的开放的3 3c-2c-2硼桥键硼桥键闭合的闭合的3 3c-2c-2硼键硼键B B5 5H H9 9B B5 5H H1111B B1010H H1414 无色、臭味、极毒气体，物理性质近似烷无色、臭味、极毒气体，物理性质近似烷烃，化学性质近同硅烷。烃，化学性质近同硅烷。 自燃自燃 B B2 2H H6 6(g)+3O(g)+3O2 2(g)=B(g)=B2 2O O3 3(s)+3H(s)+
15、3H2 2O(g)O(g) r rH Hm m=-2033.8kJmol=-2033.8kJmol-1 -1 ( (高能燃料）高能燃料）(2)(2)水解水解 B B2 2H H6 6(g)+6H(g)+6H2 2O(l)=2HO(l)=2H3 3BOBO3 3(s)+6H(s)+6H2 2(g)(g) r rH Hm m=-465kJmol=-465kJmol-1 -1 ( (水下火箭燃料）水下火箭燃料） (3)(3)加合加合 B B2 2H H6 6+2CO2H+2CO2H3 3BCOBCO B B2 2H H6 6+2NH+2NH3 3=2H=2H3 3BNHBNH3 3 B B2 2H
16、H6 6+2LiH2LiBH+2LiH2LiBH4 4 B B2 2H H6 6+2NaH2NaBH+2NaH2NaBH4 4 (4)(4)氯化氯化 B B2 2H H6 6(g)+6CI(g)+6CI2 2(g)=2BCI(g)=2BCI3 3(l)+6HCI(g)(l)+6HCI(g)3.3.制法（间接）制法（间接）(1)(1)质子置换法：质子置换法：2 2BMn+6HBMn+6H+ +=B=B2 2H H6 6+2Mn+2Mn3+3+(2)(2)氢化法氢化法:2:2BCIBCI3 3+6H+6H2 2=B=B2 2H H6 6+6HCI+6HCI(3)(3)氢负离子置换法氢负离子置换法: : 思考题思考题 制备时应注意什么问题？制备时应注意什么问题？无氧、无水、原料干燥、安全防护。无氧、无水、原料干燥、安全防护。1.1.BXBX3 3 (AB(AB3 3型型,24,24个价电子个价电子, ,4 46 6) )均共价化合物，蒸气分子为单分子。均共价化合物，蒸气分子为单分子。BFBF3 3：* * 4BF4BF3 3+6H+6H2 2O=3HO=3H+ +BF+BF4 4 - -+B
