無機化學(xué)下冊：硼族省名師優(yōu)質(zhì)課獲獎?wù)n件市賽課一等獎?wù)n件

第十六章硼族元素?zé)o機化學(xué)第1頁1IIIA族硼5BBoron鋁13Al

Aluminum鎵31Ga

Gallium銦49In

Indium鉈81Tl

Thallium第2頁22.經(jīng)過硼及其化合物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，熟悉硼缺電子性以及它成鍵特征。1.掌握硼單質(zhì)、氫化物、鹵化物、氧化物、含氧酸及其鹽結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。3.掌握鋁、單質(zhì)及其主要化合物性質(zhì)和用途。教學(xué)要求：第3頁3本章講解內(nèi)容第一節(jié)引言第二節(jié)硼及其化合物第三節(jié)鋁族元素第4頁4一、硼族元素概述第一節(jié)硼族元素通性IIIA硼(B)鋁(Al)鎵(Ga)銦(In)鉈(Tl)原子序數(shù)513314981價層電子構(gòu)型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化數(shù)+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半徑/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589電負(fù)性(χp)2.041.611.811.781.62第5頁5IIIA硼(B)鋁(Al)鎵(Ga)銦(In)鉈(Tl)原子序數(shù)513314981價層電子構(gòu)型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化數(shù)+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半徑/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589電負(fù)性(χp)2.041.611.811.781.62周期表中，鎵熔點、沸點相差最大，可作高溫溫度計，與其它金屬可制低熔合金。硼族中以鋁密度最小，鉈最大第6頁6IIIA硼(B)鋁(Al)鎵(Ga)銦(In)鉈(Tl)原子序數(shù)513314981價層電子構(gòu)型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化數(shù)+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半徑/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589電負(fù)性(χp)2.041.611.811.781.62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34N、O、XC、SiB、Al舉例有孤對電子有空軌道特點∨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第7頁7IIIA硼(B)鋁(Al)鎵(Ga)銦(In)鉈(Tl)原子序數(shù)513314981價層電子構(gòu)型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化數(shù)+3+3+1,+3+1,+3+1,+3原子半徑/pm82118126144148I1/(kJ·mol-1)801578579558589電負(fù)性(χp)2.041.611.811.781.62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)顯著Ga半徑較小，電負(fù)性比Al大，所以鋁金屬性要比鎵強。第8頁8第二節(jié)硼及其化合物一、多中心鍵1.成鍵特征2.多中心鍵B：2s22p1

B原子價電子數(shù)3少于價層軌道數(shù)4，這種原子稱缺電子原子。多中心鍵就是指較多原子靠較少電子結(jié)合起來一個離域共價鍵。1960年由Lipscomb提出來，為此取得了1976年諾貝爾化學(xué)獎第9頁91B－H鍵鍵

B－H2c－2eH2橋式B－H－B鍵BB3c－2e3B－B鍵鍵

B－B2c－2eB4開式B－B－B硼橋鍵BB3c－2eB5閉式B－B－B硼橋鍵BB3c－2e＋＋B原子五中成鍵情況。第10頁101.基本結(jié)構(gòu)單元是B12正二十面體。2.基本結(jié)構(gòu)單元間以三中心二電子鍵和σ鍵相互連接而成硼晶體。二、單質(zhì)1.結(jié)構(gòu)第11頁11

973K4B(s)+3O2(g)===2B2O3(s)△rH°＝-2887KJ·mol-1硼可用于煉鋼中用作去氧劑2B＋3X2＝2BX32B＋N2＝2BN2B＋3S＝B2S3B＋3HNO3＝H3BO3＋3NO2↑2B＋3H2SO4＝2H3BO3＋3SO2↑

熔融2B＋2NaOH+2H2O==2NaBO2＋3H2↑I.燃燒反應(yīng)II.與非金屬反應(yīng)III.與酸反應(yīng)IV.與強堿反應(yīng)2.性質(zhì)高溫下硼幾乎與全部金屬反應(yīng)生成硼化物。含有硬度大，耐高溫，抗腐蝕等特點。V.與金屬反應(yīng)第12頁12BX3B2O3B2S3BNBNaOH熔融NaBO2＋H2HNO3H2SO4H3BO3＋NO2↑H3BO3＋SO2↑X2，O2，S，N2H2O(g)H3BO3＋H2B反應(yīng)關(guān)系圖第13頁13B4O72-+2H++5H2O＝4H3BO3↓

△

2H3BO3====B2O3+3H2O△B2O3+3Mg====3MgO+2Ba.在硼砂溶液中加酸沉淀出硼酸b.硼酸加熱脫水得氧化硼c.高溫還原氧化硼，還原劑可用活潑金屬Na，Mg，Al等。3.制備1373-1573K2BBr3＋3H2============2B＋6HBrTa絲硼烷或碘化硼能夠直接熱分解得到硼。

2BI3=====2B+3I2晶態(tài)硼可用氫還原鹵化硼得到第14頁14硼烷組成硼烷多數(shù)有毒、有氣味、不穩(wěn)定三、硼烷硼氫化合物性質(zhì)與碳?xì)浠?烷烴)、硅氫化物(硅烷)相同，所以硼氫化物稱為硼烷通式：BnHn+4：B2H6,B5H9BnHn+6：B4H10,B5H11因為硼烷及其衍生物特殊結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途，使硼烷及其相關(guān)碳硼烷化學(xué)成為當(dāng)前無機化學(xué)主要研究領(lǐng)域之一！第15頁151.B2H6結(jié)構(gòu)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第16頁16c.B2H6易水解(與硅烷相同)生成硼酸；B2H6＋6H2O＝2H3BO3↓＋6H2a.B2H6暴露于空氣中易燃燒或爆炸，并放出大量熱；b.是強還原劑，能與強氧化劑反應(yīng)；B2H6＋6X2＝2BX3＋6HX2.B2H6性質(zhì)B2H6(g)＋3O2(g)＝B2O3(s)＋3H2O(g)△rH?

＝-2166KJ·mol-1d.B2H6在373K以下穩(wěn)定,高于此溫度則分解放出H2，轉(zhuǎn)變?yōu)楦吲鹜?。加?/p>

2B2H6======B4H10＋H2第17頁17B2H6是制備其它一系列硼烷原料，并用于合成化學(xué)中，它對結(jié)構(gòu)化學(xué)發(fā)展起了很大作用。乙醚4BCl3+3LiAlH4＝＝2B2H6+3LiCl+3AlCl3

乙醚4BF3+3NaBH4＝＝2B2H6+3NaBF43.B2H6制備第18頁182LiH＋B2H6＝2LiBH44NaH＋BF3＝NaBH4＋3NaF

在硼氫化物中，H氧化數(shù)為-1，BH4-離子半徑大，所以它是比硼烷還原性更強還原劑，尤其是在有機反應(yīng)中含有選擇性，且用量少，操作簡單，對溫度無特殊要求，副反應(yīng)少等優(yōu)點。BH3是不存在，因為B空軌道輕易接收電子對，它與H-離子結(jié)合形成BH4-鹽稱為硼氫配合物硼氫配合物制備性質(zhì)第19頁19BCl3＋3H2O＝H3BO3＋3HClSiCl4＋4H2O＝H4SiO4＋4HCl想一想：鹵化硼和鹵化硅都輕易水解而碳鹵化物不水解？中心原子都有可利用空軌道：

B是缺電子原子，在BX3分子中，B原子還有空p軌道；鹵化硅中硅有可利用3d空軌道。所以它們都輕易接收水進(jìn)攻而發(fā)生水解。與鹵化硅相同，鹵化硼極易水解生成硼酸2B+3Cl2＝2BCl3B2O3+C+X2＝2BX3+CO四、鹵化物1.制備2.水解第20頁20BF3

BCl3

BBr3

BI3（形成P-P鍵能力）4BF3+3H2O=3H[BF4]+H3BO3三鹵化硼在潮濕空氣中冒煙水解BBr3+3H2O=H3BO3+3HBrBCl3+3H2O=H3BO3+3HCl第21頁21偏硼酸HBO2正硼酸H3BO3多硼酸xB2O3·yH2O1.硼酸五、氧化物在多硼酸及其鹽中有兩種基本結(jié)構(gòu)單元，一個是平面三角形BO3結(jié)構(gòu)，另一個是硼原子以sp3雜化BO4四面體結(jié)構(gòu)。H3BO3H2O(l)HBO2B2O3H2O(g)第22頁22分子間經(jīng)過氫鍵形成靠近六角形對稱層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間借助微弱范德華力聯(lián)在一起所以硼酸晶體為鱗片狀I(lǐng).結(jié)構(gòu)第23頁23B(OH)3＋H2O==[(OH)3B←OH]-＋H+Ka==5.8

10-10硼酸是一元路易斯酸，它酸性不是電離出H+，而是從水中奪取了OH-，使水電離出H+，假如在溶液中加入多羥基化合物（如甘油），可使酸性增強。（空軌道性質(zhì)）II.酸性H3BO3＋NaOH＝NaBO2＋2H2O2H3BO3＋2NaOH＝Na2B4O7＋7H2O硼酸與強堿反應(yīng)生成偏硼酸鹽，堿性較弱時生成四硼酸鹽第24頁244H3BO3──

4HBO2──H2B4O7

──

B2O3-4H2O-H2O-H2OIII.熱穩(wěn)定性

H2SO4H3BO3＋3C2H5OH======B(OC2H5)3＋3H2O硼酸酯含有揮發(fā)性，與乙醇一起燃燒時產(chǎn)生綠色火焰，據(jù)此能夠判別硼酸根。

IV.與醇生成硼酸醇酯硼酸與乙醇燃燒時綠色火焰第25頁25與硅酸相同，硼酸也輕易縮合成鏈狀或環(huán)狀多硼酸xB2O3·yH2O，如四硼酸根結(jié)構(gòu)，它化學(xué)式應(yīng)是[B4O5(OH)4]2-。V.縮合反應(yīng)第26頁26用濃堿分解硼鎂礦，再通CO2酸化，結(jié)晶得到：Mg2B2O5+2NaOH+H2O＝2NaBO2+2Mg(OH)2↓4NaBO2＋CO2＋10H2O＝Na2B4O5(OH)4·8H2O＋Na2CO3

多數(shù)金屬硼酸鹽是不溶于水，最慣用可溶性硼酸鹽是四硼酸鈉，俗稱硼砂，化學(xué)式為Na2B4O5(OH)4·8H2O硼砂為白色晶體，在干燥空氣中輕易風(fēng)化，加熱失水加熱

Na2B4O5(OH)4·8H2O=====Na2B4O7+10H2O2.硼酸鹽I.硼砂制備II.硼砂性質(zhì)第27頁27用途：用做制B其它化合物原料。

H+多硼酸鹽H3BO3

OH-

H+加熱Na2B4O7·10H2OH3BO3

B2O3B和Si有很多相同之處，同學(xué)們能夠自己將他們比較一下。硼砂珠試驗熔融硼砂或B2O3能夠溶解許多金屬氧化物，而生成有特征顏色偏硼酸鹽灼燒硼砂+MO不一樣顏色CoO－－藍(lán)色(Co(BO2)2)CuO－－藍(lán)色(Cu(BO2)2)Cr2O3－－綠色(Cr(BO2)3)MnO－－紫色(Mn(BO2)3)第28頁28第三節(jié)鋁族元素一、單質(zhì)概述1.成鍵特征共價特點缺電子特點最高氧化數(shù)+3少數(shù)表現(xiàn)離子性鋁族元素原子為缺電子原子，與硼類似，在鋁和鎵化合物中一樣表現(xiàn)出缺電子特點。而隨原子半徑增大，銦鉈逐步過渡為金屬性質(zhì)。ClAlClClClAlClClAl2Cl6中氯橋鍵第29頁29鋁金屬性比鎵強，是優(yōu)良導(dǎo)電體，鎵和銦是制半導(dǎo)體主要材料。2.化學(xué)性質(zhì)2Al(s)＋3X2＝2AlX3(s)4Al(s)＋3O2(g)＝2Al2O3(s)2Al(s)＋3S(l)＝2Al2S3(s)想一想：Ga、In、Tl均能發(fā)生上述反應(yīng)，它們反應(yīng)活性應(yīng)怎樣改變呢？I.與非金屬單質(zhì)反應(yīng)2Al＋6H2O＝2Al(OH)3＋3H2↑

通常情況下，因為鋁表面被一層牢靠氧化膜所覆蓋，所以不易與水或空氣反應(yīng)。II.與水反應(yīng)第30頁302M＋6H+＝2M3+＋3H2↑(M=Al、Ga、In、Tl)2M＋2OH-＋6H2O＝2M(OH)4-＋3H2↑(M＝Al、Ga)III.與酸堿反應(yīng)鋁比鎵更易溶于酸，表現(xiàn)出它堿性比鎵強。在濃、冷硝酸或硫酸中，鋁發(fā)生鈍化，Ga和In也有鈍化作用。第31頁31鋁是豐度最大金屬，含有延展性強，導(dǎo)電性能優(yōu)良，密度輕，應(yīng)用最廣泛金屬，金屬鋁用于制電纜、電線鎵、銦多用于電子工業(yè)，如作半導(dǎo)體材料鋁用于制日慣用具3.金屬用途第32頁321.Al2O3二、氧化鋁和氫氧化鋁兩種主要變體α-Al2O3(剛玉)硬度大，密度大，熔點高，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)寶石剛玉中含少許Fe3O4——剛玉粉第33頁33β-Al2O3──含有離子傳導(dǎo)能力，用于作鈉－硫蓄電池電解質(zhì)，這種電池蓄電量大，含有遼闊應(yīng)用前景。1273kα-Al2O3γ-Al2O32.Al(OH)3三種變體：正氫氧化鋁Al(OH)3偏氫氧化鋁AlO·OH水合氧化鋁Al2O3·