鉴定硼的化合物课件

一、硼族元素一、硼族元素（在周期表中位置：第IIIA族）BAlGa In Tl相似性相似性 递变性递变性1、最外层都有3个电子，氧化数主要有+3和+1，易形成共价化合物。2、气态氢化物的通式：RH33、最高氧化数化物对应的水化物通式为H3RO3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2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p113主要氧化态稳定性逐渐减小EA1规律性不强I1基本逐渐减小IGa IAl I In I Tl ISn IPbIGaIAl I In I Tl Isn IPb 17-1 硼硼一、硼成键特征：一、硼成键特征：（一）主要以共价键成键：B原子半径小，I1、I2、I3 大Bsp2杂化：BX3、B(OH)3、sp3杂化：BF4-、BH4-、B(OH)4-（二）B缺电子性质（ns2np1）价轨道数42s 2px 2py 2pz价电子数32s2 2p1 例BX3,B(OH)3BF3+F-=BF4-酸碱化合物氧化态为+3,但随原子序数增大，ns2趋向稳定，Tl:+1氧化态为特征缺电子化合物，Lewis酸：BF3AlCl3等（三）形成多中心缺电子键，形成多面体：硼晶体中有B-B-B，硼烷中有B-B-B，或B-H-B3c-2e键(3c-2ebond)（四）B是亲F、亲O元素：键能/kJmol-1B-O561690；Si-O452；B-F613；Si-F565(五)B与Si的相似性对角线规则硼族三大特征缺电子性,共价性,多面体习性 17-1 硼烷硼烷一、组成一、组成二、命名：同碳烷二、命名：同碳烷BnHn+4类B2H6B5H9 戊硼烷戊硼烷-9B16H20BnHn+6类B5H11 戊硼烷戊硼烷-11乙硼烷B1B10甲、乙、辛、壬、癸）十六硼烷（B11以上：十一）若原子数目相同，而H原子数目不同：B5H9 戊硼烷戊硼烷-9B5H11 戊硼烷戊硼烷-11三、毒性大三、毒性大空气中允许的最高浓度10-6（ppm）COCl2光气1HCN氰化氢10B2H60.1四、分子结构四、分子结构:缺电子化合物特殊成键方式缺电子化合物特殊成键方式困扰化学界几十年的难题，1960年代初由Lipscomb利普斯科姆解决（一）乙硼烷B2H6(重点掌握其结构)价电子数：32+16=12结构如何?推测出如下结构B2H6分子结构示意图1.B-H键键长键长119pm2.B-H-B3c-2e键，桥H缺电子性质的键，则2个BH3之间不结合，且每个B成键后仅6e不合理！若B2H6分子存在“多中心缺电子键”，即3c-2ebond(3center-2electornbond)。桥HB-H-B键长？B2H6中中B-H-B键的性质：键的性质：硼烷成键有5种类型：（二）Lipscomb（利普斯科姆）硼烷成键五要素1960年代初，(美国)HarvardUniversity的WilliamN.Lipscomb提出，1976年获NobelPrizeinChemistry.同学们讨论思考：1、多中心键与一般共价键的区别？、氢桥键与氢键的不同点？、为什么BH3不存在?4.多面体习性是怎样形成的?(了解)（二）-菱形硼结构（原子晶体，结构单元：B12）B12结构：正二十面体，12个顶点B原子，312=36价电子B12：36个价电子参与成键情况个价电子参与成键情况棱数：B12单元内，每个B与另5个B相连，有5条棱与之有关，合计512/2=30条棱（2）顶部和底部：顶部（3、8、9）和底部（5、6、11）各3个B原子与上一层3个B原子或下一层3个B原子共形成6个正常B-B2C-2e键171 nm，共用去6（2/2）e=6e1与外部B12成键（1）腰部：6个B原子（1、2、7、12、10、4）与同一平面内相邻的另6个B12共形成6个3c-2e键203 nm，用去62/3e=4e问题6个3c-2e键6个正常B-B203 pm171 pmB12B12B12B12B12B12B5H9（1）价轨道数：45+19=295B9H（2）价电子数35+19=245B9H5个B-H2c-2e:2e5=10e4个B-H-B3c-2e:2e4=8e合计24e,12个成键分子轨道3c-2e:2e1=2e1个2个B-B2c-2e：2e2=4e例1：戊硼烷9（B5H9）分子结构例2：己硼烷-10（B6H10）分子结构(1)价轨道数：46110346个B10H(2)价电子数36+110=286B10H6个B-H2c-2e:2e6=12e4个B-H-B3c-2e:2e4=8e2个3c-2e:2e2=4e2个B-B2c-2e：2e2=4e例3癸硼烷-14（B10H14）分子结构(1)价轨道数：4101145410个B14H(2)价电子数310+114=4410B14H10个 B-H2c-2e:2e10=20e4个B-H-B2c-2e:2e4=8e4个3c-2e:2e4=8e2个B-B-B2c-2e2e2=4e2个B-B2c-2e：2e2=4e二、硼单质二、硼单质（一）硼制备：钽、钨或氮化硼表面1.-菱形硼12BI3B12(C)+18I2(g)80011002.无定形硼无定形硼Na2B4O710H2O+2HCl=4H3BO3+2NaCl+5H2O2H3BO3=B2O3+3H2O(800K)B2O3+Mg=3MgO+2B(800K)晶体硼稳定,硬度为9.5,接近金钢石,而无定形硼较活泼.（三）硼的化学性质(与Si相似)归纳!晶体硼惰性，无定形硼稍活泼，高温下能与N2,O2,S,X2发生反应，显还原性。R.T.12B(s)+F2(g)2BF3(B亲F)973K4B(s)+3O2(g）2B2O3(s）rH298=-2887kJmol-1rG298 =-2368kJmol-1B在炼钢中作脱氧剂。B-OSi-OC-O键能/kJmol-1560-690452358(B亲O2xB(s)+xN2(g)2(BN)x(s)(高温超硬材料)氮化硼：氮化硼：石墨结构，为B-N键极性，为绝缘体2B(s)+3X2(g)2BX3(X=Cl、Br、I）2无定形B被热的浓H2SO4或浓HNO3氧化：2B(s)+3H2SO4(浓)2H3BO3+3SO2(g)B(s)+3HNO3(浓)H3BO3+3NO2(g)3有氧化剂存在并强热时与碱作用：共熔+32B+2KOH+3KNO33KNO2+2KBO2+H2O2B+2NaOH+2H2O=2NaBO2+3H2(类似硅)4.与金属反应:2B+3Mg=Mg3B2三、硼烷的性质三、硼烷的性质1.还原性还原性B2H6+O2=B2O3+3H2O2.水解性质水解性质B2H6+6H2O=H3BO3+6H23.与卤素反应与卤素反应B2H6+6Cl2=2BCl3+6HCl4.路易斯酸性路易斯酸性(加合反应加合反应)B2H6+2CO=2H3BCOB2H6+2NH3=2BH2(BH2(NH3)2+BH4-（一）重要的化学反应B2H6+2R3N：2H3BNR3叔胺均裂当Lewis碱为氨或胺时，B2H6有两种“裂变”方式：-1-1与LiH或NaH加合（二）反应机理（理解）17-4硼族元素重要化合物(二)化性：1.硼酸酐硼酸酐晶形B2O3(s)+2H2O(l)=2H3BO3rH=-76.6kJmol-1无定形B2O3(s)+2H2O(l)=2H3BO22.与金属氧化物共熔与金属氧化物共熔用于鉴别用于鉴别Mn+B2O3(无定形）B2O3（六方晶形）rH=-19.2kJmol-1（一）结构一、氧化硼一、氧化硼3.制制(BN)n（氮化硼）（氮化硼）超硬材料超硬材料B2O3(s)+2NH3(s)2BN(s)+3H2O(g)rG=+74.78kJmol-1rS=+158.7Jmol-1K-1熵驱动反应，T 733K,自发(BN)x与(CC)x互为等电子体(BN)x具石墨结构.但B-N为极性键，使反键与成键轨道之间的禁带加宽，(BN)x为绝缘体，而石墨为导体。(BN)xm.p.3000（加压），高熔点、高硬度，可作耐高温材料（火箭喷嘴、绝缘材料）。二、硼酸二、硼酸(重点重点)T，逐步脱水：120140-160500B(OH)3HBO2H2B4O7B2O3正硼酸偏硼酸四硼酸（一）（一）B(OH)3晶体结构晶体结构层状结构：层内：Bsp2杂化有氢键层间：范德华力似石墨，有解离性。（二）（二）B(OH)3物性物性R.T.微溶于水，T，溶解度，可用重结晶方法提纯T/2550100S/g/100gH2O5.4410.2427.53问题?为什么H3BO3为一元弱酸?（三）（三）B(OH)3或或（H3BO3)化性化性(重点重点)B(OH)3sp3 缺电子性B(OH)3H2O=B(OH)4+H+Ka=5.810-10，很弱2与多元顺式羟基化合物反应，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）1一元一元Lewis弱酸：弱酸：不是三元质子酸！3.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，鉴定硼的化合物鉴定硼的化合物为什么硼酸可以用来清洗眼睛？硼酸的酸性是怎样产生的？它是一个什么样的酸？是什么样的化合物？为什么加入多羟基化合物其酸性会增强？（四）四硼酸（四）四硼酸H2B4O7H3BO3 Ka=1.510-7Ka=5.810-10非羟基氧数目（PaulingXOm(OH)n模型）任何硼酸盐+H+H3BO3（水溶解度最小）Na2B4O710H2O（重要的硼酸盐）NaBO2Na2B4O5(OH)4.8H2O(结构式)三、硼酸盐三、硼酸盐四、四硼酸钠（硼砂，四、四硼酸钠（硼砂，Borax）(重点重点)Na2B4O5(OH)48H2O（常写为Na2B4O710H2O）（一）硼砂晶体结构1四硼酸根B4O5(OH)42-2个B：sp2 BO3另2个B：sp3 BO4氢键2各B4O5(OH)42-成键（二）T,硼砂溶解度 T/1050100S/g/100gH2O1.610.652.5可用重结晶法提纯可用重结晶法提纯（三）硼砂化性1标准缓冲溶液标准缓冲溶液缓冲原理B4O5(OH)42-+5H2O=2H3BO3+2B(OH)4-+OH-+H+1:1摩尔比外加少量H+或OH-，本身pH变化小。20pH=9.242.制备制备(BN)x 超硬材料超硬材料Na2B4O710H2O+2NH4Cl=2NaCl+B2O3(g)+4H2O+2BN3硼砂珠试验硼砂珠试验鉴定金属离子着色上釉鉴定金属离子着色上釉 硼砂与硼砂与B2O3、B(OH)3一样，与一些金属氧化物共熔一样，与一些金属氧化物共熔带特征颜色的偏硼酸盐。带特征颜色的偏硼酸盐。例例 Na2B4O7+CoO Co(BO2)22NaBO2 蓝色蓝色 3Na2B4O7+Cr2O3 2Cr(BO2)36NaBO2 绿色绿色 Cu(BO2)2 蓝蓝 +1 CuBO2 红红 Fe(BO2)2 绿绿 Fe(BO2)3 棕棕 Ni(BO2)2 黄棕黄棕 MnO22B2O3 紫色紫色景泰蓝是什么?1.景泰蓝是我国金属工艺品中的重要品种.2.明代景泰年间（1450年-1456年）最为盛行.又因当时多用蓝色，故名景泰蓝。3.4.再用金线或铜丝掐成各种花，中充珐琅釉，经烧制、磨光、镀金等工序制成。景泰蓝以紫铜作坯，制成各种造型.4硼砂的制备（1）苛性钠分解硼矿石Mg2B2O5H2O+NaOH=2Mg(OH)2+2NaBO2焦硼酸镁（2）通入CO2降低溶液的pH值4NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O710H2O+Na2CO3五、卤化硼五、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：BF3BCl3BBr3BI3结构平面三角形键级3+146键长/pmB-F132(正常B-F单键150)B-X键能613.3 456 377263.6BCl3、BBr346较弱，BI3可忽略461Lewis酸性：BX3是缺电子