第16章-硼族元素

1、本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 (一一) 硼硼 (二二) (三三) 硼族元素性質(zhì)遞變硼族元素性質(zhì)遞變 硼硼(B) 鋁鋁(Al) 鎵鎵(Ga) 銦銦(In) 鉈鉈(Tl) B Al Ga In Tl價(jià)電子結(jié)構(gòu)價(jià)電子結(jié)構(gòu) 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1主要氧化態(tài)主要氧化態(tài) +3 +3 +3(+1) +3,+1 +1(+3)共價(jià)半徑共價(jià)半徑/pm 82 118 126 144 148 電負(fù)性電負(fù)性 2.04 1.61 1.81 1.78 1.8 價(jià)電子構(gòu)型：價(jià)電子構(gòu)型：ns2np1 缺電子元素：價(jià)電子數(shù)缺電子元素：價(jià)電子數(shù)價(jià)層軌道數(shù)價(jià)層軌道數(shù) 缺電子化合物：成鍵電子對

2、數(shù)缺電子化合物：成鍵電子對數(shù) Ka =5.810-10非羥基氧數(shù)目非羥基氧數(shù)目, 酸性增強(qiáng)酸性增強(qiáng)任何硼酸鹽任何硼酸鹽 + H+ H3BO3 （水溶解度最?。ㄋ芙舛茸钚。?受熱易分解受熱易分解 逐步脫水逐步脫水正硼酸正硼酸 偏硼酸偏硼酸 四硼酸四硼酸oooo120 C140-1605003224723B(OH)HBOH B OCCB O 硼硼 酸酸 鹽鹽硼硼 砂砂O10HOBNa2742O8H(OH)OBNa24542硼酸根的結(jié)構(gòu)硼酸根的結(jié)構(gòu)B4O5(OH)42B: SP2雜化 ,SP3雜化構(gòu)成構(gòu)成緩沖溶液緩沖溶液 pH=9.24 (20 ) 水解呈堿性水解呈堿性 與酸反應(yīng)制與酸反應(yīng)制H3

3、BO34233242742SONaBOH4O5HSOHOBNa 脫水脫水8782472232210210Na B OH OB ONaBOH O 2-4542334B O () +5H O2H BO2B(OH)OH =硼砂與硼砂與B2O3、B(OH)3一樣，與一些金屬氧化物共熔一樣，與一些金屬氧化物共熔帶特征顏色的偏硼酸鹽。帶特征顏色的偏硼酸鹽。硼硼 砂砂 硼砂珠試驗(yàn)硼砂珠試驗(yàn)鑒定金屬離子鑒定金屬離子Na2B4O7+CoO=2NaBO2.Co(BO2)2 藍(lán)寶石色藍(lán)寶石色2Cr(BO2)36NaBO2Cu(BO2)2 CuBO2 Fe(BO2)2 Fe(BO2)3 Ni(BO2)2 MnO22B

4、2O3 綠色綠色藍(lán)色藍(lán)色紅色紅色綠色綠色棕色棕色黃棕黃棕紫色紫色硼硼 砂砂 珠珠 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)硼砂珠實(shí)驗(yàn): Na2B4O7 = B2O3+2NaBO2 +) CoO +B2O3 = Co (BO2)2 除氧化物除氧化物定性分析定性分析陶瓷、玻璃上釉陶瓷、玻璃上釉制造人造寶石制造人造寶石Na2B4O7+7H2O = 4H3BO3+2NaOH H3BO3+OH = B(OH)4 PH=9.24Na2B4O7+CoO=2NaBO2Co(BO2)2Cr2O3為綠色為綠色 Fe2O3為黃色為黃色.緩沖溶液緩沖溶液洗衣粉填料洗衣粉填料(I) -Al2O3 自然界存在自然界存在剛玉剛玉:熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高,硬度大硬

5、度大(II) -Al2O3 吸附劑和催化劑吸附劑和催化劑三氧化二鋁三氧化二鋁多種變體多種變體, -Al2O3 , -Al2O3 2. 鋁的含氧化合物鋁的含氧化合物天然寶石天然寶石: 透明氧化鋁晶體含不同雜質(zhì)而呈現(xiàn)鮮明顏色透明氧化鋁晶體含不同雜質(zhì)而呈現(xiàn)鮮明顏色紅寶石紅寶石(Cr3+) 藍(lán)寶石藍(lán)寶石(Fe3+,Cr3+) 黃玉黃玉/黃晶黃晶(Fe3+) 綠寶石綠寶石(Cu2+)氫氧化鋁氫氧化鋁-+OHOH3+234HHAl +3H OAl(OH)Al(OH) 兩性兩性3+32Al(OH)3Al +3H OH -34Al(OH)Al(OH) OH 鋁的含氧酸鹽鋁的含氧酸鹽Al3+易水解易水解Al(H

6、2O)63+ Al(OH)(H2O)52+ + H+鋁鉀礬鋁鉀礬(明礬明礬)：OH12)KAl(SO224S(g)3H(s)2Al(OH)O6H2S2Al232-23(g)3CO(s)2Al(OH)OH3CO32Al232-233=硼的鹵化物同硅的鹵化物在物理性質(zhì)上極其相似硼的鹵化物同硅的鹵化物在物理性質(zhì)上極其相似 硼的三鹵化物硼的三鹵化物 Lewis酸性酸性： BX3是缺電子化合物，與是缺電子化合物，與Lewis堿加合。堿加合。 BF3 + :NH3 = F3BNH3 BF3 + HF = HBF4 氟硼酸，氟硼酸，強(qiáng)酸（似強(qiáng)酸（似H2SiF6）BCl3(l)+3H2O(l)=H3BO3(s

7、)+3HCl(aq)強(qiáng)路易斯酸，可接受強(qiáng)路易斯酸，可接受HF,NH3,醚，醇等醚，醇等中的電子對，有機(jī)合成中常用催化劑中的電子對，有機(jī)合成中常用催化劑 潮濕空氣中水解發(fā)煙潮濕空氣中水解發(fā)煙4BF3(l)+3H2O(l)=H3BO3(s)+3HBF4(aq) BX3都是共價(jià)化合物都是共價(jià)化合物強(qiáng)酸強(qiáng)酸 BF3(g) BCl3(g) BBr3(l) BI3(s)m.p. b.p. 升高升高 鋁的三鹵化物鋁的三鹵化物 AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3共價(jià)性增強(qiáng)共價(jià)性增強(qiáng)C.N.=6, 離子型離子型二聚體二聚體, 共價(jià)型共價(jià)型AlCl3最重要最重要223232H OAlIAlI AlCl3

8、溶于乙醇、乙醚、苯等有機(jī)溶劑溶于乙醇、乙醚、苯等有機(jī)溶劑, 氣態(tài)或非極性溶劑中都以氣態(tài)或非極性溶劑中都以Al2Cl6存在存在AlCl3缺電子缺電子, Al傾傾向向sp3雜化雜化氯橋鍵與氯橋鍵與B2H6的橋的橋本質(zhì)不同本質(zhì)不同AlAlClClClClClClAlCl3 AlCl3水中強(qiáng)烈水解水中強(qiáng)烈水解. HCl3Al(OH)O3HAlCl323潮濕空氣中的潮濕空氣中的AlCl3，遇遇NH3生成生成NH4Cl白煙為白煙為NH4Cl白煙為白煙為NH4Cl 用干法合成用干法合成AlCl3322AlCl(g)3ClAl2CO32AlCl3Cl3COAl3232(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al2

9、3 硼族鹵化物的比較硼族鹵化物的比較 三價(jià)鹵化物的穩(wěn)定性逐漸減弱三價(jià)鹵化物的穩(wěn)定性逐漸減弱B和和Al-只有三價(jià)鹵化物只有三價(jià)鹵化物Ga, In, Tl-既有三鹵化物既有三鹵化物,又有一價(jià)鹵化物又有一價(jià)鹵化物Tl的一價(jià)鹵化物比三鹵化物穩(wěn)定的一價(jià)鹵化物比三鹵化物穩(wěn)定 TlCl3 R.T. TlCl + Cl2 Tl (III) 強(qiáng)氧化性， TlBr3 TlBr + Br2 6s 2惰性電子對效應(yīng) Tl(III) I3不存在，不存在， Tl(I) I3存在存在Tl(OH)3不存在不存在, Tl(OH) 存在存在 TlCl TlBr TlI存在，并且難溶于水，存在，并且難溶于水，TlF易溶于水易溶于水

10、 三價(jià)鹵化物通常是較強(qiáng)的路易斯酸三價(jià)鹵化物通常是較強(qiáng)的路易斯酸 Al, Ga, In的三鹵化物易得二聚體的三鹵化物易得二聚體 GaCl2 InCl2 中不存在單電子中不存在單電子-反磁性反磁性 GaCl2 實(shí)為實(shí)為 Ga(I) Ga(III)Cl4 InCl2 實(shí)為實(shí)為 In (I)In(III)Cl4周期表中的對角線規(guī)則周期表中的對角線規(guī)則LiBeBCNaMgAISi內(nèi)容內(nèi)容對角線規(guī)則對角線規(guī)則：指周期表中相鄰兩族位于左上方到指周期表中相鄰兩族位于左上方到右下方的對角線上的元素具有相似性。右下方的對角線上的元素具有相似性。 第第 2 周期周期的的 Li、Be、B 等等3種元素和其右下方第種元

11、素和其右下方第 3 周期的周期的 Mg、Al、Si 等等3種元素處于對角線位置上，因此種元素處于對角線位置上，因此，這三對元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處，這三對元素及其化合物的性質(zhì)有許多相似之處.原因原因原子具有相近的靜電場力，值相近值相近 這是由于對角線位置上的鄰近兩個元素的電荷數(shù)和半徑對極這是由于對角線位置上的鄰近兩個元素的電荷數(shù)和半徑對極化作用的影響恰好相反，使得它們離子極化力相近而引起的?；饔玫挠绊懬『孟喾矗沟盟鼈冸x子極化力相近而引起的。例如：例如：RLi-Mg: Li+的半徑較小，Mg2+的電荷較高，R根據(jù)=z/r,兩者值相近，化合物性質(zhì)相似。 單質(zhì)與氧作用生成正常氧化物單質(zhì)

12、與氧作用生成正常氧化物 Li+和和Mg2+的水合能力較強(qiáng)的水合能力較強(qiáng) 碳酸鹽受熱分解，產(chǎn)物為相應(yīng)氧化物碳酸鹽受熱分解，產(chǎn)物為相應(yīng)氧化物 氯化物共價(jià)性較強(qiáng)，均能溶于有機(jī)溶劑中氯化物共價(jià)性較強(qiáng)，均能溶于有機(jī)溶劑中 氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶于水氟化物、碳酸鹽、磷酸鹽均難溶于水 氫氧化物均為中強(qiáng)堿，且水中溶解度不大氫氧化物均為中強(qiáng)堿，且水中溶解度不大 加熱分解為正常氧化物加熱分解為正常氧化物鋰與鎂的相似性鋰與鎂的相似性 兩者都是活潑金屬，在空氣中易形成致密兩者都是活潑金屬，在空氣中易形成致密 的氧化膜保護(hù)層的氧化膜保護(hù)層 鹽都易水解鹽都易水解 鹵化物均有共價(jià)型鹵化物均有共價(jià)型 氧化物的熔點(diǎn)和硬度

13、都很高氧化物的熔點(diǎn)和硬度都很高 兩性元素，氫氧化物也屬兩性兩性元素，氫氧化物也屬兩性鈹與鋁的相似鈹與鋁的相似性性 碳化物與水反應(yīng)生成甲烷碳化物與水反應(yīng)生成甲烷Be2C + 4 H2O 2 Be(OH)2 + CH4 Al4C3 + 12 H2O 4 Al(OH)3 + 3 CH4 = 自然界均以化合物形式存在自然界均以化合物形式存在 易形成配合物，如易形成配合物，如 HBF4 和和 H2SiF6 鹵化物易水解鹵化物易水解 由于由于BB和和SiSi鍵能較小，烷的數(shù)目比鍵能較小，烷的數(shù)目比 碳烷烴少得多，且易水解碳烷烴少得多，且易水解 H3BO3 和和 H2SiO3 在水中溶解度不大在水中溶解度不

14、大 氧化物是難熔固體氧化物是難熔固體 單質(zhì)易與強(qiáng)堿反應(yīng)單質(zhì)易與強(qiáng)堿反應(yīng) 硼與硅的相似性硼與硅的相似性1. B、Si的相似性 2B + 6NaOH = 2Na3BO3 +3H2 Si+2NaOH+H2O = Na2SiO3+2H2 其單質(zhì)為原子型晶體，BO、SiO十分穩(wěn)定。例：例： Al 、Be金屬可與濃硝酸形成鈍化膜。金屬可與濃硝酸形成鈍化膜。 Al(OH)3+OH = Al(OH)4 Be(OH)2+2OH= Be(OH)42 Al3+ 、Be2+易水解。 均有共價(jià)性：在蒸氣中，氯化物兩分子締合。AlAlAlClClClClClClClClClClBeBe2. Be、Al相似性 4Li +

15、O2 = 2Li2 O 2Mg + O2 = 2MgO2Mg(NO3)2 = 2MgO + 4NO2 + O2 4LiNO3 = 2Li2O + 4NO2 + O2 LiClH2O = LiOH + HClMgCl26H2O = Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O 6Li + N2 = 2Li3N 3Mg + N2 = Mg3N2 MgO + HCl3. Li、Mg的相似性第第16章章 硼族元素作業(yè)硼族元素作業(yè)R教材教材 p.791792R 2， 6， 7， 9， 14 一、一、 掌握掌握B的成鍵特征：的成鍵特征： 1. 共價(jià)成鍵為主；共價(jià)成鍵為主； 2. 缺電子原子，形成多中心、缺電

16、子鍵，形成多面體；缺電子原子，形成多中心、缺電子鍵，形成多面體； 例例1、 -菱形硼；例菱形硼；例2、B2H6； 3. 親親F、親、親O 。 二、理解二、理解Lipscomb硼烷成鍵五要素，硼烷分子成鍵情況分析硼烷成鍵五要素，硼烷分子成鍵情況分析(重點(diǎn)重點(diǎn)) 。 第第16章章 硼族元素小結(jié)硼族元素小結(jié)1. H3BO3 (1)晶體結(jié)構(gòu)；晶體結(jié)構(gòu)； (2)化性：化性： 一元一元Lewis酸；酸； 與多醇反應(yīng)后，酸性與多醇反應(yīng)后，酸性； 和單元醇反應(yīng)生成可揮發(fā)的易燃的硼酸酯。和單元醇反應(yīng)生成可揮發(fā)的易燃的硼酸酯。2. 硼砂硼砂Na2B4O5(OH)48H2O (1) 晶體結(jié)構(gòu)；晶體結(jié)構(gòu)； (2)化性

17、：化性： 水解成堿性，一級標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液；水解成堿性，一級標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液； 硼砂珠試驗(yàn)硼砂珠試驗(yàn)鑒定金屬離子。鑒定金屬離子。四、掌握鹵化硼四、掌握鹵化硼B(yǎng)X3：Lewis酸性順序及原因酸性順序及原因三、了解硼酸及其鹽：三、了解硼酸及其鹽：1.掌握掌握還原性：還原性： Al Ga In Tl 強(qiáng)強(qiáng) 弱弱2. 掌握鋁單質(zhì)掌握鋁單質(zhì) (1) 強(qiáng)還原性；強(qiáng)還原性； (2) 親親O； (3) 兩性（兩性（重點(diǎn)重點(diǎn)）：）： Al + H+ Al3+ + H2 Al + OH- Al(OH)4- + H2 3. 了解氧化物及其水合物的酸堿性變化；了解氧化物及其水合物的酸堿性變化；4.了解了解鹵化物：鹵化物：(1

18、) Al2Cl6 結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)；(2) 無水無水AlCl3制備方法（含制備方法（含“反應(yīng)耦合反應(yīng)耦合”等等3種方法）（種方法）（重點(diǎn)重點(diǎn)）AlAlClClClClClCl五、鋁分族五、鋁分族1. 路易斯酸性強(qiáng)弱正確的順序是路易斯酸性強(qiáng)弱正確的順序是( A ) A. BF3BCl3BCl3BBr3; C. BF3BBr3; D. BF3BCl3BBr3; Lewis酸性強(qiáng)弱順序酸性強(qiáng)弱順序： BF3 BCl3 BI3 只考慮電負(fù)性：只考慮電負(fù)性： BF3 BCl3 BBr3 BI3 只考慮只考慮46強(qiáng)度強(qiáng)度 ： BF3 BCl3 BBr3 BI3電負(fù)性和電負(fù)性和46強(qiáng)度兩因素競爭結(jié)果：強(qiáng)度兩因素競爭結(jié)果： BF3 BCl3 BI32. 硼的成鍵特征是硼的成鍵特征是 ( D ) A. 共價(jià)性共價(jià)性 B. 缺電子性缺電子性 C. 多面體性多面體性 D. 前三者均是前三者均是 3.下列物質(zhì)中，屬極性分子的是下列物質(zhì)中，屬極性分子的是（ C ） (A) PCl5(g) (B) BCl3 (C) NCl3 (D) XeF2 4.試寫出試寫出B2H6的分子結(jié)構(gòu)式，指出其化學(xué)鍵的種類和數(shù)目的分子結(jié)構(gòu)