無機(jī)化學(xué) 17章碳硅硼

第17章碳硅硼1.掌握碳、硅、硼的單質(zhì)、氫化物、鹵化物和含氧化合物的制備與性質(zhì)。2.通過硼及其化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，了解硼的缺電子特征。

3.了解硅酸和硅酸鹽的結(jié)構(gòu)與特性。

4.認(rèn)識碳、硅、硼之間的相似性和差異性。

[基本要求]

[教學(xué)重點(diǎn)]碳、硅、硼三元素的單質(zhì)、氫化物、含氧化合物和鹵化物制備、性質(zhì)和用途。

[教學(xué)難點(diǎn)]

硼的多中心鍵

[教學(xué)時(shí)數(shù)]3學(xué)時(shí)ⅢA、ⅣA：非金屬到金屬的完整過渡。同族元素性質(zhì)相似性很小。硼(Boron)是戴維等發(fā)現(xiàn)的。它在自然界的含量很少，主要以硼酸鹽形式的礦物存在。碳、硅屬于同一族，有相似性。而硼和硅在周期表中處于對角線位置，也有相似性，所以本章將它們放在一起討論。碳(Carbon)是有機(jī)世界的主角，由于碳自相成鏈的能力最強(qiáng)，因此碳的化合物是最多的。硅(Silicon)

貝采利烏斯1823年發(fā)現(xiàn)，拉丁文（石頭）中譯為“矽”，因與錫同音，改為“硅”。硅是無機(jī)世界的主角，二氧化硅是構(gòu)成地殼的主要成分。17-1、碳、硅、硼的通性C、Si、B三種元素晶體的熔點(diǎn)很高，硬度大(除石墨外)。C-C鍵的強(qiáng)度大于Si-Si或B-B,所以碳自相結(jié)合成鏈能力強(qiáng);硅、硼的X-O鍵能大,屬于親氧元素;X-H鍵能都大于各自結(jié)合的單鍵,因而更牢固，都有一系列的氫化物。碳、硅、硼的一些性質(zhì)碳與硅的價(jià)電子構(gòu)型為ns2np2,價(jià)電子數(shù)目與價(jià)電子軌道數(shù)相等,它們被稱為等電子原子。硼的價(jià)電子構(gòu)型為2s22p1,價(jià)電子數(shù)少于價(jià)電子軌道數(shù)，所以它是缺電子原子。碳和硅可以用sp、sp2和sp3雜化軌道形成2到4個(gè)s鍵。碳的原子半徑小，還能形成p-pπ鍵，所以碳能形成多重鍵(雙鍵或叁鍵)。硅的半徑大，不易形成p-pπ鍵，所以Si的sp和sp2態(tài)不穩(wěn)定，很難形成多重鍵(雙鍵或叁鍵)。但Si可以sp3d2雜化軌道形成配位數(shù)為6的σ鍵或d-pπ配鍵.硼用sp2或sp3雜化軌道成鍵時(shí)，除了能形成一般的σ鍵以外，還能形成多中心鍵。例如3個(gè)原子共用2個(gè)電子所成的鍵就叫做三中心兩電子鍵,3c-2e。碳、硅、硼的成鍵特征：碳的成鍵特征

sp3四面體金剛石CH4

sp2平面三角形石墨CO32-

C6H6

sp直線形CO2

CS2

C2H2碳的特性

碳在同族元素中，由于它的原子半徑最小，電負(fù)性最大，電離能也最高，又沒有d軌道，所以它與本族其它元素之間的差異較大（p區(qū)第二周期的元素都有此特點(diǎn)）。這差異主要表現(xiàn)在：

(1)它的最高配位數(shù)為4，

(2)碳的成鏈能力最強(qiáng)；

(3)不但碳原子間易形成多重鍵，而且能與其它元素如氮、氧、硫和磷形成多重鍵。后二點(diǎn)是碳化合物特別多的原因。17-2碳一、碳的同素異性體1、金剛石成鍵方式：sp3雜化。晶格：面心立方(558頁圖17-1)。介穩(wěn)的六方晶格。金剛石：原子晶體,硬度最大,熔點(diǎn)最高，不導(dǎo)電。17-2-1、單質(zhì)合成金剛石的新方法：20世紀(jì)50年代高溫高壓石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。20世紀(jì)80年代微波爐中烴分解為金剛石。20世紀(jì)90年代CCl4+Na得到金剛石微晶。2、石墨石墨是混合鍵型或過渡型晶體(原子晶體和分子晶體的混合或過渡)。層狀晶體。每層是由無限個(gè)碳六元環(huán)所形成的平面，層內(nèi)的每個(gè)碳原子取sp2雜化，與苯的結(jié)構(gòu)類似，每個(gè)碳原子尚余一個(gè)未參與雜化的p軌道，垂直于分子平面而相互平行。平行的n個(gè)p軌道共n個(gè)電子在一起形成大鍵。電子在這個(gè)大鍵中可以自由移動(dòng)，即石墨能導(dǎo)電。在層與層之間是分子間作用力。因此層與層之間就能滑動(dòng)，石墨粉可以做潤滑劑，再加上它的顏色是黑色的，它又可做顏料和鉛筆芯。

C60球碳可與氫發(fā)生加成反應(yīng)。3、C60球碳（富勒烯、碳籠原子簇)：

1985年9月初美國Rice大學(xué)Smalley、Koroto和Curl在氦氣流里用激光氣化石墨，發(fā)現(xiàn)了像足球一樣的碳分子—C60，后來發(fā)現(xiàn)，它只是一個(gè)碳的一大類新同素異形體——球碳C60大家族里一員。C:sp2.28雜化，C60

是由12個(gè)五邊形和20個(gè)六邊形組成的32面體。其它球碳C20球碳

C24球碳

C36球碳C80球碳管碳(碳納米管)：

1991年日本SumioIijima用電弧放電法制備C60得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管狀的碳管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)，基本上由六元并環(huán)構(gòu)成，按管壁上的碳碳鍵與管軸的幾何關(guān)系可分為“扶手椅管”、“鋸齒狀管”和“螺管”三大類，按管口是否封閉可分為“封口管”和“開口管”，按管壁層數(shù)可分為單層管（SWNT）和多層管（MWNT）。管碳的長度通常只達(dá)到納米級（1nm=10-9m）。二、石墨插入化合物(石墨層狀間充化合物)概念：在石墨層間插入堿金屬和鹵素、鹵化物及酸等，形成石墨層間化合物。類型：A、離子型：插入原子通過得失電子與碳原子以離子鍵結(jié)合，石墨片層和π電子體系不被破壞。具有導(dǎo)電能力。堿金屬的插入物形成向石墨提供電子的層間化合物，稱為施主型化合物；鹵素、鹵化物的插入物形成從石墨得到電子的層間化合物，稱受主型化合物。插入層的層間距增大，未插入層的層間距無變化（見書562頁圖17-5、17-6）。B、共價(jià)型：插入的原子通過共用電子與碳原子以共價(jià)鍵結(jié)合。

C由sp2雜化改為sp3雜化，π電子參與成鍵，石墨的片層和π電子體系被破壞。無導(dǎo)電能力，平面變形有起伏，層間距增大。見書563頁圖17-7、17-8。

（一）、氧化物碳有許多氧化物，已見報(bào)導(dǎo)的有CO、CO2、C3O2、C4O3、C5O2和C12O9，其中常見的是CO和CO2。一、一氧化碳1、結(jié)構(gòu)CO無色、有毒易燃?xì)怏w，與N2、CN-、NO+等電子體（總價(jià)電子相等、結(jié)構(gòu)相同）CO[KK(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2

(2p)2]。分子中有三重鍵，一個(gè)σ鍵、兩個(gè)π鍵，其中一個(gè)π鍵為配位鍵，這對電子來自氧原子。17-2-2、碳的氧化物、含氧酸及其鹽2、化學(xué)性質(zhì)(l)CO還原性：CO為冶金方面的還原劑。它在高溫下可以從許多金屬氧化物如Fe2O3、CuO或PbO中奪取氧，使金屬還原。CO還能使一些化合物中的金屬離子還原。如：

CO+PdCl2+H2O===CO2+Pd↓+2HClCO+2Ag(NH3)2OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3這些反應(yīng)都可以用于檢測微量CO的存在。(2)CO與非金屬反應(yīng)：(3)CO的配合性：由于CO分子中有孤對電子，可以作配體與一些有空軌道的金屬原子或離子形成配合物。例如同VIB、VIIB和VIII族的過渡金屬形成羰基配合物:Fe(CO)5、Ni(CO)4和Cr(CO)6等(在過渡金屬中講)。

CO有毒，它能與血液中攜帶O2的血紅蛋白(Hb)形成穩(wěn)定的配合物COHb。CO與Hb的親和力約為O2與Hb的230—270倍。COHb配合物一旦形成后，就使血紅蛋白喪失了輸送氧氣的能力。所以CO中毒將導(dǎo)致組織低氧癥.如果血液中50%的血紅蛋白與CO結(jié)合,即可引起心肌壞死.(4)CO與堿的作用

CO顯非常微弱的酸性，在473K及1.01×103kPa壓力下能與粉末狀的NaOH反應(yīng)生成甲酸鈉：NaOH+CO===HCOONa因此也可以把CO看作是甲酸HCOOH的酸酐。甲酸在濃硫酸作用下脫水可以得到CO。實(shí)驗(yàn)室：（1）向熱濃硫酸中滴加甲酸:（2）草酸與濃硫酸共熱:H2C2O4(s)---CO+CO2+H2O(熱濃H2SO4,將CO2和H2O用固體NaOH柱吸收,得CO)（3）制純的CO,可用分解羰基化合物法:

3、制備：CH4+H2OCO+3H2C+H2OCO+H2650～1000℃,10×105PaNiO催化925～1375℃1×105Pa～30×105Pa

（水蒸氣轉(zhuǎn)化法）

（水煤氣反應(yīng)法）3、工業(yè)1、分子結(jié)構(gòu)：CO2與N3-、N2O、NO2+、OCN-、SCN-

互為等電子體（16e）。Sp雜化，直線型分子。

二、二氧化碳CO2不能自然，也不能助燃，是常用的滅火劑，但不能撲滅燃著的鎂條。CO2無毒，能用于制造各種碳酸飲料（飽和水溶液中溶解的CO2僅有1%轉(zhuǎn)化為H2CO3)。2、CO2的性質(zhì)酸性氧化物，能與堿反應(yīng)：

CO2+NH3+H2O＝NH4HCO3

CO2分子無極性，易液化，固體CO2稱“干冰”，是一種方便的制冷劑.干冰吸熱可直接升華為氣體，“干冰”自由升華溫度－78℃不活潑，高溫時(shí)與金屬反應(yīng)2Mg(Al)+CO2=2MgO+C

2Na+CO2=Na2CO3+CO(不能撲滅金屬著火)3、溫室效應(yīng)(GreenhouseEffect)

經(jīng)過對世界13個(gè)地區(qū)進(jìn)行的考察發(fā)現(xiàn)，在200年至2000年間，北半球氣溫在異常情況下低于正常氣溫0~0.4℃，直到20世紀(jì)最后10年才突然攀升，變?yōu)楦哂谡鉁?.8℃。這表明，在北半球，20世紀(jì)最后10年是過去2000年來最熱的時(shí)期，南半球的情況也基本相似?！皽厥倚?yīng)”，是由包括CO2分子在內(nèi)的某些多原子分子（其他如N2O，CH4，氯氟烴）在大氣中含量的上升造成的.在過去,大氣中CO2濃度大體保持著平衡，隨著工業(yè)化的進(jìn)程，CO2增加的速度大于滲入海洋深處與Ca2+結(jié)合成CaCO3沉淀的速度.太陽的可見光和紫外光穿過大氣層射至地球表面，在地球表面產(chǎn)生的紅外輻射卻被這類多原子分子吸收而無法迅速逸散到外層空間去，使到地球變暖.但是，要確定地球是否變暖并非易事，長期和短期的氣候變化可能掩蓋了溫室效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果.另外，現(xiàn)在的問題是地球是否在變暖？減小環(huán)境污染！給地球降溫?CO2在水中的溶解度不大，298K時(shí)，1L水中溶1.45g(約0.033mol)。CO2轉(zhuǎn)變成H2CO3的只有1-4％。因?yàn)镃O2能溶于水，所以蒸餾水的PH值常小于7，酸堿滴定時(shí)粉色的酚酞溶液在空氣中能退色。H2CO3是二元弱酸，能生成兩種鹽：碳酸氫鹽和碳酸鹽。碳原子在這兩種離子中均以sp2化軌道與三個(gè)氧原子的p軌道成三個(gè)s鍵，它的另一個(gè)p軌道與氧原子的p軌道形成p鍵，離子為平面三角形。4634（二）、含氧酸及其鹽一、碳酸溶解性:

所有碳酸氫鹽都溶于水。正鹽中只有Na+、K+、NH4+

溶于水。對難溶的碳酸鹽，其相應(yīng)的酸式鹽通常比正鹽溶解度大，如CaCO3難溶,Ca(HCO3)2易溶；對于易溶的碳酸鹽，其相應(yīng)的酸式鹽溶解度都比較小，如NaHCO3小于NaCO3

溶解度。這是由于氫鍵形成雙聚離子（HCO3）22-，多聚離子（HCO3）nn-。二、碳酸鹽水解性:a、HCO3-

、CO32-均能水解b、堿金屬碳酸鹽和酸式碳酸鹽水解度不大，溶液分別呈強(qiáng)堿性和弱堿性c、與可溶性弱堿形成的鹽，發(fā)生雙水解d、當(dāng)可溶性碳酸鹽如Na2CO3作為沉淀劑與其它金屬鹽溶液反應(yīng)時(shí)，其產(chǎn)物可能是碳酸鹽、堿式碳酸鹽或氫氧化物。若金屬離子(Ba2+,Ca2+,Ag+)不水解，則得到碳酸鹽若金屬離子(Fe3+,Al3+,Cr3+)水解性極強(qiáng)，其氫氧化物溶度積又很小，則得到氫氧化物若金屬離子(Cu2+,Zn2+,Pb2+,Mg2+)有一定程度水解，但其氫氧化物與碳酸鹽溶度積差不多，則得堿式鹽

熱穩(wěn)定性：①H2CO3<MHCO3<M2CO3

②同一族金屬的碳酸鹽穩(wěn)定性從上到下增加

BeCO3MgCO3CaCO3SrCO3BaCO3分解T/℃10054090012901360③過渡金屬碳酸鹽穩(wěn)定性差

CaCO3PbCO3ZnCO3FeCO3

分解T/℃900315350282價(jià)電子構(gòu)型8e_(18+2)e_18e_(9-17)e_

r(M2+)愈小，M2+極化力愈大，MCO3

愈不穩(wěn)定；M2+為18e_，(18+2)e_，(9-17)e_構(gòu)型相對于8e_構(gòu)型的極化力大，其MCO3

相對不穩(wěn)定。MCO3MO+CO2

[

]

2-M2+離子極化觀點(diǎn)：1．二硫化碳二硫化碳CS2為無色有毒的揮發(fā)性液體，極易著火：CS2(l)+3O2(g)==CO2(g)+SO2(g)它不溶于水，可作為有機(jī)物、磷和硫的溶劑。2．碳的鹵化物CF4CC14CBr4CI4常溫下的狀態(tài)氣液固固顏色無無淡黃淡紅溶解性均不溶于水，只溶于有機(jī)溶劑金屬非極性分子，穩(wěn)定，不分解，比重比水大。CC14是常用的滅火劑，但不能撲滅金屬。H2O+CCl4===COCl2+HCl

COCl2叫光氣有毒!17-2-3、碳的硫化物和鹵化物地殼中硅的含量在所有元素中居第二位，是構(gòu)成地球上礦物界的主要元素，主要以鋁硅酸鹽或石英礦存在于自然界中礦物中。最有工業(yè)價(jià)值的礦物是石英砂(SiO2)。無定型體：石英玻璃，硅藻土，蛋白石晶體：天然為石英(原子晶體)純石英：水晶含有雜質(zhì)的石英：瑪瑙、紫水晶和碧玉等17-3硅存在形式：親氧元素→無游離態(tài)（石英、硅酸鹽）通式：aMXOY·bSiO2·cH2O基本結(jié)構(gòu)單元：硅氧四面體1、存在2、硅的成鍵特征硅原子的價(jià)電子構(gòu)型與碳原子的相似，它也可形成sp3、sp2和sp等雜化軌道，并以形成共價(jià)化合物為特征。不過它的原子半徑比碳的大，且有3d軌道，因而情況又與碳原子有所不同：(2)能形成d-pπ鍵，它的最高配位數(shù)是6，常見配位數(shù)是4。(3)它不能形成p-pπ鍵，無多重鍵，而傾向于以較多的s單鍵形成聚合體，例如通過Si－O－Si鏈形成形形色色的SiO2聚合體和硅酸鹽。(1)主要以共價(jià)單鍵成鍵；自然界沒有單質(zhì)硅。是化學(xué)家，把砂子(SiO2)轉(zhuǎn)化為硅(Si)，形成了計(jì)算機(jī)的基石。SiO2+C+2Cl2====SiCl4+CO2SiCl4+2H2====Si+4HCl硅有兩種晶型。無定形硅為深灰色粉末，晶形硅為銀灰色，且具金屬光澤，能導(dǎo)電，但導(dǎo)電率不及金屬，且隨溫度的升高而增加。硅在化學(xué)性質(zhì)方面主要表現(xiàn)為非金屬性。象這類性質(zhì)介于金屬和非金屬之間的元素稱為“準(zhǔn)金屬”或“類金屬”或“半金屬”。準(zhǔn)金屬是制半導(dǎo)體的材料。計(jì)算機(jī)芯片、太陽能電池是硅做的。晶態(tài)硅具有金剛石那樣的結(jié)構(gòu)，所以它硬而脆（硬度為7.0）、熔點(diǎn)高，在常溫下化學(xué)性質(zhì)不活潑。3、硅單質(zhì)無定形硅比晶態(tài)硅活潑。其主要化學(xué)性質(zhì)如下：1、與非金屬作用Si在常溫下只能與F2反應(yīng)，生成SiF4(Si—F鍵的鍵能很大)。但在高溫下能與其它鹵素和一些非金屬單質(zhì)反應(yīng)，如與Cl2反應(yīng)，得到SiCl4、與O2反應(yīng)生成SiO2、與N2反應(yīng)得到Si3N4、與碳生成SiC。這些化合物均有廣泛用途，如Si3N4陶瓷材料。它耐高溫、高強(qiáng)度、耐磨等，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)等。合成Si3N4的方法有三:(1)用硅和氮?dú)庵苯臃磻?yīng)；(2)將SiO2在氮?dú)庵杏锰窟€原，然后進(jìn)行氮化；(3)利用SiCl4和NH3的氣相反應(yīng)。2、與酸作用Si在含氧酸中被鈍化。Si與HF或有氧化劑(HNO3、CrO3、KMnO4、H2O2等）存在的條件下，與HF酸反應(yīng)。3Si+4HNO3+18HF＝3H2SiF6(氟硅酸)+4NO↑+8H2O3、與堿作用無定形Si能猛烈地與強(qiáng)堿反應(yīng)，放出H2。Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑4、與金屬作用

Si能與某些金屬生成硅化物如：Mg2Si。硅與碳相似，有一系列氫化物，不過由于(1)硅自相結(jié)合成鏈的能力比碳差；(2)它不能形成p-p鍵，多重鍵；(3)由于Si有d軌道，易受其它有孤對電子的原子的進(jìn)攻，所以穩(wěn)定性要差得多。這樣硅生成的氫化物要少得多。硅烷的通式為SinH2n+2(7≥n≥1)來表示，結(jié)構(gòu)與烷烴相似(一硅烷又稱為甲硅烷)但化學(xué)性質(zhì)比相應(yīng)的烷烴活潑，如與烷烴相比，硅烷的還原強(qiáng)、穩(wěn)定性差、易水解（原因見P574），硅烷的反應(yīng)活性極強(qiáng)，在空氣中會(huì)自燃或爆炸。室溫下，只有甲硅烷（SiH4）最穩(wěn)定。4、硅烷①強(qiáng)還原性

能與O2或其它氧化劑猛烈反應(yīng)。它們在空氣中自燃，燃燒時(shí)放出大量的熱，產(chǎn)物為SiO2。如：SiH4+2O2===SiO2+2H2O堿燃燒

能與一般氧化劑反應(yīng)。如：SiH4+2KMnO4===2MnO2↓+K2SiO3+H2+H2OSiH4+8AgNO3+2H2O===8Ag↓+SiO2↓+8HNO3

這二個(gè)反應(yīng)可用于檢驗(yàn)硅烷。②與水作用硅烷在純水中不水解，但當(dāng)水中有微量堿存在時(shí)，由于堿的催化作用，水解反應(yīng)即激烈地進(jìn)行。SiH4+(n+2)H2O===SiO2·nH2O+4H2↑③熱穩(wěn)定性所有硅烷的熱穩(wěn)定性都很差。分子量大的穩(wěn)定性更差。將高硅烷適當(dāng)?shù)丶訜?，它們即分解為低硅烷。低硅烷（如SiH4）在溫度高于773K即分解為單質(zhì)硅和氫氣。SiH4被大量地用于制高純硅。硅的純度越高，大規(guī)模集成電路的性能就越好。制備：由于硅不能與H2直接作用，簡單的硅烷常用金屬硅化物與酸反應(yīng)來制取。例如：Mg2Si+4HCl＝SiH4↑+2MgCl25、硅的鹵化物和氟硅酸鹽一、鹵化物：SiX4、SinX2n+2(存在d-pπ配鍵）1）制備：三種方法

Si＋2X2＝SiX4(F2常溫，Cl2,Br2在673-873K)SiO2＋2CaF2＋2H2SO4＝SiF4↑＋2CaSO4＋2H2OSiO2＋2C＋2Cl2＝SiCl4＋2CO

2）結(jié)構(gòu)：與CX4相似，是共價(jià)化合物，非極性分子。3）性質(zhì)：水解：

SiF4SiCl4SiBr4SiI4聚集態(tài)

glls

分子量

小

大熔沸點(diǎn)

低

高可逆二、氟硅酸鹽（自學(xué)）6、硅的含氧化合物

一、二氧化硅1）存在形式：天然SiO2的存在形態(tài)：

無定型體：石英玻璃、硅藻土、蛋白石晶體：天然晶體為石英，屬于原子晶體純石英：水晶含有雜質(zhì)的石英：瑪瑙，紫晶石英紫晶：碧玉：無定形態(tài)：蛋白石、瑪瑙：2）結(jié)構(gòu)：見書577頁圖17-12。Si采用sp3雜化軌道與氧形成硅氧四面體硅氧四面體二氧化硅

3）性質(zhì)：

①與堿作用

②與HF作用(熔融)③與Mg、Al或B作用

其組成常以通式：xSiO2·yH2O表示,現(xiàn)已知的有:正硅酸H4SiO4(x=1,y=2)、偏硅酸H2SiO3(x=1,y=1)、二偏硅酸H2Si2O5(x=2,y=1），焦硅酸H6Si2O7(x=2,y=3)、三硅酸H8Si3O10(x=3,y=2)，x>2的硅酸叫多硅酸。

硅酸是一種二元弱酸，K1=2×10-10，K2=1×10-12。H4SiO4在水中的溶解度不大，但生成后并不立即沉淀下來，經(jīng)片刻后，會(huì)逐漸縮合為多硅酸，形成硅酸溶膠。溶膠脫水即成為多孔性白色固體，稱為硅膠。它是很好的干燥劑（不能干燥HF氣體）、吸附劑和催化劑載體。二、硅酸

硅酸為組成復(fù)雜的白色固體，通常用化學(xué)式H2SiO3表示。由于SiO2不溶于水，所以用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制得硅酸，反應(yīng)的實(shí)際過程很復(fù)雜。可溶性：Na2SiO3(水玻璃)

、K2SiO3不溶性：大部分硅酸鹽難溶于水，

天然硅酸鹽均難溶，因含有Cr,Fe,Ca,Mg,Mn,V,Ti等元素而顯特征顏色。硅酸鹽三、硅酸鹽水中花園1、硅酸鈉

除了堿金屬以外，其它金屬的硅酸鹽都不溶于水。硅酸鈉是最常見的可溶性硅酸鹽，可由石英砂與燒堿或純堿反應(yīng)而制得。2NaOH+SiO2===Na2SiO3+H2O

工業(yè)上用：

mSiO2+nNa2CO3===nNa2O·mSiO2+nCO2

產(chǎn)物含有鐵鹽等雜質(zhì)而呈灰色或綠色,用水蒸氣處理成粘稠液體即俗稱“水玻璃”，又名“泡花堿”。其組成為Na2O·nSiO2。水玻璃的用途很廣，如作粘合劑、木材或織物用水玻璃浸泡以后能防腐防火、保存鮮蛋、軟水劑、洗滌劑和制肥皂的填料。它也是制硅膠和分子篩的原料。共熔

2、天然硅酸鹽

硅酸鹽礦的復(fù)雜性在其陰離子，而陰離子的基本結(jié)構(gòu)單元是SiO4四面體。由此四面體組成的陰離子,除了簡單的單個(gè)SiO44-和二硅酸陰離子Si2O76-以外,還有由多個(gè)SiO4四面體通過頂角上的一個(gè)或兩個(gè)或三個(gè)、四個(gè)氧原子連接而成的環(huán)狀、鏈狀、片狀或三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜陰離子。這些陰離子借金屬離子結(jié)為各種硅酸鹽。片狀陰離子

3、分子篩泡沸石（又稱沸石）是一種含結(jié)晶水的具有多孔結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O），共中有許多籠狀空穴和通道。這種結(jié)構(gòu)使它很容易可逆地吸收或失去水及共它小分子，如CO2、NH3、甲醇、乙醇等，但它不吸收那些大得不能進(jìn)入空穴的分子，因而起著“篩分”的作用，故有“分子篩”之稱。分子篩有沸石分子篩和高嶺土分子篩，有天然的和人工合成的。泡佛石就是一種天然分子篩。17-4硼一、硼原子結(jié)構(gòu)特征：B：2s22p1→2s12px12py1①缺電子原子；②原子半徑??；③電離能高；④電負(fù)性大。二、成健特性①共價(jià)性：共用電子對形成共價(jià)化合物，氧化態(tài)-3，不能形成＋3價(jià)離子（電負(fù)性大）、不能形成金屬鍵、不形成多重鍵。②缺電子性：共用電子對形成缺電子多中心鍵。③多面體習(xí)性：成鏈能力極強(qiáng)，可形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且自我成鏈能力極強(qiáng)（B），還可以與其它元素化合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（籠狀、巢狀）無定形和粉末狀硼比較活潑(1)它易在氧中燃燒:4B+3O2===2B2O3rH=-2887kJ·mol-1

因與氧結(jié)合能力極強(qiáng)，所以它在煉鋼工業(yè)中用作去氧劑。(2)與非金屬作用：硼能與F2(在室溫下)、Cl2、Br2、S、N2(高溫下)反應(yīng)，分別得到BF3、BCl3、BBr3、B2S3和BN(在空氣中燃燒有少量此產(chǎn)物）。它不與H2作用。三、單質(zhì)硼單質(zhì)硼有晶體硼和無定形硼。晶體硼有多種變體，它們都以B12正二十面體為基本結(jié)構(gòu)單元，屬于原子晶體。因此，晶體硼的硬度大，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)也不活潑。973K(3)與金屬作用：生成硼化物，如：MgB3、Cr4B等。

(4)與酸的作用：它不與鹽酸作用，僅被氧化性酸所氧化。B+3HNO3（濃）===H3BO3+3NO2↑2B+3H2SO4（濃）===2H3BO3+3SO2↑(5)與強(qiáng)堿作用：無定形硼與濃NaOH溶液有類似硅那樣的反應(yīng)：

高溫用金屬還原用氫還原揮發(fā)性的硼化物電解還原熔融的硼酸鹽或四氟硼酸鹽制取。但此法只能得到95%的粉末狀硼硼化物的熱分解制備：

硼烷有少氫型BnHn+4和多氫型BnHn+6兩大類，前者較穩(wěn)定，后者穩(wěn)定性較差。硼烷無色、抗磁性、多數(shù)有毒、有氣味、不穩(wěn)定、強(qiáng)還原性、能水解。在空氣中激烈地燃燒且放出大量的熱。因此，硼烷曾被考慮用作高能火箭燃料。B2H6+3O2===B2O3+3H2O

rH=-2166kJ·mol-1B2H6+6X2===2BX3+6HXB2H6+6H2O===2H3BO3↓+6H2在乙醚環(huán)境中用下列反應(yīng)來制備：4BF3+3NaBH4===2B2H6+3NaBF4四、硼烷

硼不能與氫直接化合，可用簡接的方法可以得到一系列共價(jià)型硼氫化物，稱為硼烷。硼烷在組成上與硅烷、烷烴相似，而在物理、化學(xué)性質(zhì)方面更像硅烷1、乙硼烷的分子結(jié)構(gòu)

有傳統(tǒng)的價(jià)鍵理論無法解釋乙硼烷的分子結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)問題直到60年代初,利普斯科姆(Lipscomb，W·N·)提出多中心鍵的理論以后才解決。人們不僅對B2H6的分子結(jié)構(gòu)有了認(rèn)識，而且補(bǔ)充了價(jià)鍵理論的不足，使硼化學(xué)研究成為近三十年內(nèi)取得進(jìn)展最大的領(lǐng)域之一。利普斯科姆因?yàn)檫@一成就榮獲了1976年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。乙硼烷的結(jié)構(gòu)是：4個(gè)鍵(B—H鍵，2c-2e)在同一平面上,還有兩個(gè)氫原子的兩個(gè)電子和兩個(gè)硼原子的兩個(gè)電子共4個(gè)電子，這4個(gè)電子在兩個(gè)硼原子和兩個(gè)氫原子之間,形成了垂直于上述平面的兩個(gè)三中心二電子鍵，一個(gè)在平面上部，一個(gè)在平面下部，

H共兩個(gè)B

B鍵(3c-2e),好象是橋狀結(jié)構(gòu),故稱為“氫橋鍵”。橋上的氫原子稱為“橋氫原子”。高硼烷中常見的鍵型共有五種：問題：B6H10的結(jié)構(gòu)（P589）中有多少種形式的化學(xué)鍵？各有多少個(gè)？2、硼氫配合物

B2H6與LiH反應(yīng)，將得到一種比B2H6的還原性更強(qiáng)的還原劑硼氫化鋰LiBH4。讓過量的NaH與BF3反應(yīng)，可得到硼氫化鈉NaBH4。2LiH+B2H6＝2LiBH44NaH+BF3==NaBH4+3NaFNaBH4、LiBH4都是白色鹽型晶體，能溶于水或乙醇，無毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由于其分子中有BH4-離子（即H-離子），它們是極強(qiáng)的還原劑，被認(rèn)為是有機(jī)化學(xué)上的“萬能還原劑”

在還原反應(yīng)中，它們各有選擇性（例如NaBH4只還原醛、酮和酰氯類）且用量少，操作簡單，并且產(chǎn)品質(zhì)量好。它在制藥、染料和精細(xì)化工制品（作為制氫化物的起始原料）的生產(chǎn)中已得到越來越廣泛的應(yīng)用。LiBH4的燃燒熱很高，可作火箭燃料。BBr3BCl3BF33、硼的鹵化物和氟硼酸BF3和BCl3是氣體，BBr3是揮發(fā)性液體，BI3是固體BX3是平面三角形分子。分子內(nèi)形成了π46的離域π鍵，硼原子上的空的pz

與3個(gè)X原子上充滿電子的pz軌道間發(fā)生相互作用，形成垂直于分子平面的π鍵BX3是缺電子分子，有強(qiáng)烈的接受電子對的傾向，是很強(qiáng)的路易斯酸。BX3極易水解：主要是由于B原子的價(jià)電子層有空的P軌道，可接受H2O的配位。

BX3與SiX4性質(zhì)極其相似,它們都是共價(jià)化合物。例如BCl3和SiCl4都強(qiáng)烈地水解：

BCl3(l)+3H2O(l)==H3BO3(s)+3HCl(aq)SiCl4(l)+4H2O(l)==H4SiO4+4HCl(aq)但水解機(jī)理有些不同。SiCl4能與H2O分子配位,是因?yàn)镾i原子有3d軌道，其配位數(shù)可高達(dá)6,而BCl3能與H2O分子配位，是由于硼缺電子，有空的p軌道,能從H2O分子中接受電子對。所以BCl3是強(qiáng)的路易斯酸。一、硼的氧化物：通過B與O2反應(yīng)或H3BO3加熱脫水得到.玻璃態(tài)B2O3，晶態(tài)B2O3.

B2O3

主要顯酸性，有時(shí)又像堿性氧化物：

B2O3+CoO→Co(BO2)2

B2O3+P2O5→2BPO2B2O3溶于水生成正硼酸，但在熱的水蒸氣中生成可揮發(fā)的偏硼酸：B2O3(s)+3H2O(l)→H3BO3(aq)B2O3+3H2O(g)→2HBO2(g)4、硼酸和硼酸鹽正硼酸為白色片狀晶體，在冷水中的溶解度很小(硼酸的締合結(jié)構(gòu))，加熱時(shí)由于晶體中的部分氫鍵被破壞，其溶解度增大二、正硼酸(H3BO3\B(OH)3)

構(gòu)成B2O3、硼酸和多硼酸的基本結(jié)構(gòu)單元是平面三角形的BO3和四面體的BO4。H3BO3的晶體中，硼原子以sp2雜化，每個(gè)氧原子除以共價(jià)鍵與硼原子、氫原子相結(jié)合，還能通過氫鍵連成片狀結(jié)構(gòu)，層與層之間則以范德華力相吸引。硼酸晶體是片狀的，有滑膩感，可作潤滑劑。

正硼酸是一元弱酸，Ka＝6×10-10。它的酸性不是給出質(zhì)子，而是由于硼的缺電子性，它加合了來自H2O分子的OH-（其中氧原子有孤電子對）而釋出H+離子。正硼酸在加熱過程中首先轉(zhuǎn)變?yōu)镠BO2（偏硼酸），再脫去氫，其中的BO3結(jié)構(gòu)單元開始通過氧原子，以B-O-B鍵形成鏈狀的或環(huán)狀的多硼酸根，其組成可用實(shí)驗(yàn)式(BO2)nn-,可知多硼酸根為偏硼酸骨架。加熱到578K時(shí)變?yōu)锽2O3,熔融的B2O3可溶解許多金屬氧化物，用于制備耐高溫的有色硼玻璃。

利用H3BO3的這種缺電子性質(zhì)，加入多羥基化合物（如甘油或甘露醇等），可使硼酸的酸性大為增強(qiáng)，所生成的配合物的Ka=7.08×10-6。-

硼酸和甲醇或乙醇在濃H2SO4存在的條件下，生成揮發(fā)性硼酸酯，硼酸酯燃燒發(fā)出綠色火焰，可用來鑒別硼酸根的存在。H3BO3+3CH3OH======B(OCH3)3+3H2OH2SO4硼酸同硅酸相似，可以縮合為多硼酸xB2O3·yH2O,在多硼酸中最重要的是四硼酸。硼酸除正硼酸(H3BO3），還有偏硼酸(HBO2）焦硼酸(H4B2O5）、四硼酸(H2B4O7）。二、硼酸鹽

除IA族金屬元素以外，多數(shù)金屬的硼酸鹽不溶于水。多硼酸鹽加熱時(shí)容易玻璃化。

最常用的硼酸鹽為硼砂。它是無色半透明的晶體或白色結(jié)晶粉末。硼砂的分子式按結(jié)構(gòu)應(yīng)寫為Na2B4O5(OH)4·8H2O。但習(xí)慣上寫成Na2B4O7·10H2O?；窘Y(jié)構(gòu)單元：BO3平面三角形和BO4四面體③脫水：風(fēng)化脫水→Na2B4O7體積膨脹受熱脫水→硼砂玻璃①易溶于水，水解呈堿性

B4O72-+7H2O→4H3BO3+2OH－

②與酸反應(yīng)制H3BO3

Na2B4O7+H2SO4+5H2O→4H3BO3+Na2SO4●性質(zhì)④“硼砂珠試驗(yàn)”硼砂珠試驗(yàn)一種定性分析方法。用鉑絲圈蘸取少許硼砂（Na2B4O7.10H2O），灼燒熔融，使生成無色玻璃狀小珠，再蘸取少量被測試樣的粉末或溶液，繼續(xù)灼燒，小珠即呈現(xiàn)不同的顏色，借此可以檢驗(yàn)?zāi)承┙饘僭氐拇嬖凇４朔ㄊ抢萌廴诘呐鹕澳芘c多數(shù)金屬元素的氧化物及鹽類形成各種不同顏色化合物的特性。例如：鐵在氧化焰灼燒后硼砂珠呈黃色，在還原焰灼燒呈綠色。

硼砂珠試驗(yàn)●制備也是一種焰色反應(yīng)！在實(shí)驗(yàn)室用做標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)酸溶液的基準(zhǔn)物：●用途Na2B4O7·10H2O+2HCl