天津大學(xué)無機(jī)化學(xué)課件第十二章氮族碳族與硼族3-

第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素?zé)o機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第三節(jié)硼族元素9/21/20231課件第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素?zé)o機(jī)化學(xué)多媒體電12-3-1硼族元素概述0ⅢAⅣAⅤA

ⅥA

ⅦAHe氦2B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖3Al鋁Si硅P磷S硫Cl氯Ar氬4Ga鎵Ge鍺As砷Se硒Br溴Kr氪5In銦Sn錫Sb銻Te碲I碘Xe氙6Tl鉈Pb鉛Bi鉍PoAt砹Rn氡有時稱為土族元素，其中Al2O3為黏土的主要成分，既難溶又難熔9/21/20232課件12-3-1硼族元素概述0ⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAHe氦1.81.71.61.52.0電負(fù)性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

88.680625027離子半徑r(M3+)/pm17016312214388原子半徑/pm0、+1(+3)0、+1+30、+1+30、+3

0、+3

主要氧化數(shù)6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1價層電子構(gòu)型814931135原子序數(shù)鉈(Tl)銦(In)鎵(Ga)鋁(Al)硼(B)ⅣA

p與其它金屬可制低熔合金如含25%In的Ga合金可用于自動滅火裝置Tl及其化合物均有毒誤食少量鉈鹽可使毛發(fā)脫落12-3-1硼族元素概述是地殼中蘊(yùn)藏最豐富的金屬元素，主要以鋁礬土礦(Al2O3·xH2O)存在鋁是銀白色、有光澤的輕金屬具有良好的導(dǎo)電性和延展性廣泛用來作導(dǎo)線、結(jié)構(gòu)材料和器皿鋁合金質(zhì)輕又硬，用于飛機(jī)制造

自然界沒有游離硼，主要礦有:硼砂礦(Na2B4O7·10H2O)、硼鎂礦(Mg2B2O5·H2O)、方硼礦(2Mg3B8O15·MgCl2)熔點(diǎn)比人的體溫還低(30℃左右)液態(tài)鎵的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)相差大，可作高溫溫度計(jì)，與其它金屬可制低熔合金

在自然界沒有獨(dú)立的礦物，分散在其它礦物中,都是軟金屬,可用于生產(chǎn)新型半導(dǎo)體材料

9/21/20233課件1.81.71.61.52.0電負(fù)性()5895581.81.71.61.52.0電負(fù)性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

88.680625027離子半徑r(M3+)/pm17016312214388原子半徑/pm0、+1(+3)0、+1+30、+1+30、+3

0、+3

主要氧化數(shù)6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1價層電子構(gòu)型814931135原子序數(shù)鉈(Tl)銦(In)鎵(Ga)鋁(Al)硼(B)ⅣA

p價電子數(shù)價層電子軌道數(shù)為缺電子原子，可形成缺電子化合物34缺電子原子可形成配位鍵(如H[BF4])多中心鍵(如B2H6)12-3-1硼族元素概述N、O、XC、Si、HB、Al舉例有孤電子對

有空軌道特點(diǎn)∨多電子原子價層電子軌道數(shù)‖∧

價電子數(shù)等電子原子缺電子原子原子9/21/20234課件1.81.71.61.52.0電負(fù)性()5895581.81.71.61.52.0電負(fù)性()589558579578801I1/(kJ·mol-1)

88.680625027離子半徑r(M3+)/pm17016312214388原子半徑/pm0、+1(+3)0、+1+30、+1+30、+3

0、+3

主要氧化數(shù)6s26p15s25p14s24p13s23p12s22p1價層電子構(gòu)型814931135原子序數(shù)鉈(Tl)銦(In)鎵(Ga)鋁(Al)硼(B)ⅣA

p氧化數(shù)+3化合物穩(wěn)定性降低氧化數(shù)+1化合物穩(wěn)定性增加

即惰性電子對效應(yīng)明顯12-3-1硼族元素概述9/21/20235課件1.81.71.61.52.0電負(fù)性()58955812-3-2硼的氫化物12-3-2硼的氫化物硼氫化合物性質(zhì)與碳的氫化物(烷烴)、硅的氫化物(硅烷)相似，所以硼的氫化物稱為硼烷類型B5H11(戊硼烷-11)B5H9(戊硼烷-9)B4H10(丁硼烷-10)BnHn+6B2H6(乙硼烷)舉例BnHn+4通式由于硼烷及其衍生物的特殊結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途，使硼烷及其有關(guān)的碳硼烷化學(xué)成為目前無機(jī)化學(xué)主要發(fā)展領(lǐng)域之一9/21/20236課件12-3-2硼的氫化物12-3-2硼的氫化物硼氫化合物性乙硼烷結(jié)構(gòu)兩個3c-2e鍵

四個B-H2c-2e鍵

在同一水平面上兩個3c-2e鍵位于水平面上下與水平面垂直動畫演示9/21/20237課件乙硼烷結(jié)構(gòu)兩個3c-2e鍵四個B-H2c-2e鍵動畫演多中心鍵三中心二電子鍵(3c-2e)簡稱三中心鍵是多中心鍵的一種形式定義：是指3個或3個以上原子之間所形成的共價鍵B缺電子原子H等電子原子形成二個三中心二電子鍵強(qiáng)度：為一般共價鍵強(qiáng)度的一半形成：缺電子原子等電子原子硼烷的性質(zhì)比烷烴活潑

9/21/20238課件多中心鍵三中心二電子鍵(3c-2e)簡稱三中心鍵定義：硼烷的性質(zhì)通常情況下不穩(wěn)定，在空氣中能自燃反應(yīng)速率大，并放出大量熱。曾想用作火箭或?qū)椀母吣苋剂?但因毒性太大而未采用B2H6(g)+3O2

→B2O3(g)+3H2O(g)遇水發(fā)生水解B2H6(g)+6H2O→2H3BO3+6H2能與NH3、CO(有孤電子對)分子發(fā)生加合作用B2H6+2CO→2[H3BCO]B2H6+2NH3

→2[H3BNH3]9/21/20239課件硼烷的性質(zhì)通常情況下不穩(wěn)定，在空氣中能自燃反應(yīng)速率大12.3.3硼酸及其鹽硼的含氧酸名稱分子式偏硼酸HBO2正硼酸(簡稱硼酸)H3BO3多硼酸xB2O3·yH2OH2OH3BO3HBO2B2O3

△△H2O9/21/202310課件12.3.3硼酸及其鹽硼的含氧酸名稱分子式偏硼酸HBO2正12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通過氫鍵形成接近六角形的對稱層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間借助微弱的范德華力聯(lián)在一起因此硼酸晶體為鱗片狀此結(jié)構(gòu)使硼酸具有解理性可用作潤滑劑9/21/202311課件12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通過氫鍵形成接近六角形的對稱層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間借助微弱的范德華力聯(lián)在一起因此硼酸晶體為鱗片狀此結(jié)構(gòu)使硼酸具有解理性可用作潤滑劑9/21/202312課件12-3-3硼酸及其鹽硼酸12-3-3硼酸及其鹽分子間通硼酸一元弱酸H3BO3+H2O?

[B(OH)4]-

+H+

?

aK=5.8?10-10水溶液顯酸性,是由于硼原子是缺電子原子,價層有空軌道，能接受水解離出的OH-孤電子對，以配位鍵形式形成[B(OH)4]-

9/21/202313課件硼酸一元弱酸H3BO3+H2O?[B(OH)4]-硼砂化學(xué)式為Na2B4O5(OH)4·8H2O習(xí)慣用Na2B4O7·10H2O表示

無色透明晶體，在空氣中易風(fēng)化失水加熱至350~400℃脫水成為Na2B4O7,878℃

熔融,冷卻后成玻璃狀物質(zhì),即硼砂玻璃易溶于水,其溶解度隨溫度升高而增大易水解，水溶液呈堿性4BO2+H2OB4O7+2OH-

B4O7+7H2O4H3BO3+2OH--2-2-9/21/202314課件硼砂化學(xué)式為Na2B4O5(OH)4·8H2O無色透明晶體硼砂化學(xué)式為Na2B4O5(OH)4·8H2O習(xí)慣用Na2B4O7·10H2O表示

無色透明晶體,在空氣中易風(fēng)化失水加熱至350~400℃脫水成為Na2B4O7,878℃

熔融,冷卻后成玻璃狀物質(zhì),即硼砂玻璃易溶于水,其溶解度隨溫度升高而增大易水解，水溶液呈堿性硼砂珠實(shí)驗(yàn)：鐵、鈷、鎳、錳等金屬氧化物可溶解在硼砂熔體中,呈不同的特征顏色Na2B4O7+CoO→

Co(BO2)2·2NaBO2(藍(lán)色)Na2B4O7+NiO→

Ni(BO2)2·2NaBO2(棕色)Na2B4O7+MnO→

Mn(BO2)2·2NaBO2(綠色)分析化學(xué)曾用此性質(zhì)來鑒定某些金屬離子9/21/202315課件硼砂化學(xué)式為Na2B4O5(OH)4·8H2O無色透明晶體12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁氧化鋁兩種主要變體α-Al2O3(剛玉)

硬度大，密度大熔點(diǎn)高，不溶于酸化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定可作高硬質(zhì)材料耐磨材料和耐火材料γ-Al2O3(活性氧化鋁)

硬度小，質(zhì)輕不溶于水,溶于酸和堿表面積大,有強(qiáng)的吸附能力和催化活性可作吸附劑和催化劑剛玉中含微量Cr(Ⅲ)——紅寶石

Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Ti(Ⅳ)

——藍(lán)寶石

剛玉中含少量Fe3O4——剛玉粉

9/21/202316課件12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁12-3-4氧化鋁和氫氧化鋁氫氧化鋁在鋁酸鹽溶液中通入CO2,得到晶態(tài)Al(OH)3

在鋁(Ⅱ)鹽溶液中加入氨水或適量堿,得到凝膠狀含水量不定的水合氧化鋁

(Al2O3·xH2O)通常也寫成Al(OH)3

2[Al(OH)4]-+CO2→2Al(OH)3+CO3+H2O(白色)2-9/21/202317課件氫氧化鋁在鋁酸鹽溶液中通入CO2,得到晶態(tài)Al(OH)3氫氧化鋁難溶于水兩性溶于酸Al(OH)3+3H+

→Al3++3H2O溶于堿Al(OH)3+OH-→[Al(OH)4]--經(jīng)光譜實(shí)驗(yàn)證實(shí)：溶液中不存在AlO2

或AlO3

3--9/21/202318課件氫氧化鋁難溶于水兩性溶于酸Al(OH)3+3H+→12-3-5鋁鹽三氯化鋁12-3-5鋁鹽無水AlCl3只能用干法制取2Al+3Cl22AlCl3

Al2O3+3C

+3Cl22AlCl3+3CO

常溫下純AlCl3為無色晶體氣態(tài)AlCl3具有雙聚分子締合結(jié)構(gòu)無水AlCl3溶于有機(jī)溶劑

無水AlCl3在水中發(fā)生水解，在潮濕空氣中因強(qiáng)烈水解而冒煙9/21/202319課件12-3-5鋁鹽三氯化鋁12-3-5鋁鹽無水AlCl3只三氯化鋁雙聚分子結(jié)構(gòu)2個Al原子與兩側(cè)的4個Cl原子在同一平面上中間的2個Cl原子位于該平面兩側(cè)動畫演示9/21/202320課件三氯化鋁雙聚分子結(jié)構(gòu)2個Al原子動畫演示8/5/2023硫酸鋁2Al(OH)3+3H2SO4→

Al2(SO4)3+6H2O制?。杭儦溲趸X與熱、濃硫酸反應(yīng)Al2O3+3H2SO4→

Al2(SO4)3+3H2O常溫下自溶液析出無色針狀晶體(Al2(SO4)3·18H2O)硫酸與鋁礬土或高嶺土作用

9/21/202321課件硫酸鋁2Al(OH)3+3H2SO4→Al2(SO硫酸鋁易溶于水，水溶液由于Al3+水解呈酸性Al3++H2O[Al(OH)]2++H+

易與堿金屬(除Li外)或銨形成礬如Al(SO4)2·12H2O弱酸的鋁鹽在水中完全水解

2Al3++3S2-+6H2O→

2Al(OH)3↓+3H2S↑2Al3++3CO3+3H2O→2Al(OH)3↓+3CO2↑

2-9/21/202322課件硫酸鋁易溶于水，水溶液由于Al3+水解呈酸性Al3++HAl3+的鑒定Al3++鋁試劑→紅色絮狀沉淀（pH=4~

5）9/21/202323課件Al3+的鑒定Al3++鋁試劑→紅色絮狀沉淀（pH=第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素?zé)o機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第三節(jié)結(jié)束9/21/202324課件第三節(jié)硼族元素第十二章氮族、碳族和硼族元素?zé)o機(jī)化學(xué)多媒體電第四節(jié)對角關(guān)系無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案

第十二章氮族、碳族和硼族元素第四節(jié)對角關(guān)系9/21/202325課件第四節(jié)對角關(guān)系無機(jī)化學(xué)多媒體電子教案第十二章氮族、碳族和ⅠA01HⅡAⅢAⅣAⅤA

ⅥA

ⅦAHe2LiBeBCNOFNe3NaMgAlSiPSClAr4KCaGaGeAsSeBrKr5RbSrInSnSbTeIXe6CsBaTlPbBiPoAtRn7FrRa周期系中有些元素的性質(zhì)常與它