第十六章 硼族元素
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第十六章 硼族元素. 16.1 硼族元素概述. 16.2 硼族元素的单质. 16.3 硼的化合物. 16.4 铝的化合物. 16.5 惰性电子对效应和 周期表中的斜线关系. 教学目标 :. ◆ 了解硼族元素的通性、硼的缺电子性; ◆ 掌握硼族元素的单质及其化合物的性质; ◆ 了解惰性电子对效应。. 本章重点 :. ◆ 硼和铝的化合物; ◆ 乙硼烷的结构、多中心键。. HF BF 3. 16.1 硼族元素概述. 硼族 ( Ⅲ A) : B , Al , Ga , In , Tl - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第十六章 硼族元素
16.4 铝的化合物16.3 硼的化合物16.2 硼族元素的单质16.1 硼族元素概述
16.5 惰性电子对效应和 周期表中的斜线关系
本章重点 :
◆了解硼族元素的通性、硼的缺电子性;◆掌握硼族元素的单质及其化合物的性质;◆了解惰性电子对效应。
教学目标 :
◆硼和铝的化合物;◆乙硼烷的结构、多中心键。
16.1 硼族元素概述硼族 (ⅢA) : B , Al , Ga , In , Tl
价电子构型: ns2np1
缺电子元素:价电子数 < 价层轨道数缺电子化合物:成键电子对数 < 价层轨道数例如: BF3 , H3BO3 。
注意: HBF4 不是缺电子化合物。
Cl
ClAl
Cl
Cl Cl
ClAl
缺电子化合物特点:
b. 易形成双聚物 Al2Cl6
HF BF3a. 易形成配位化合物 HBF4
一般性质?
硼族元素的一般性质
•B 为非金属单质, Al , Ga , In , Tl 是金属•氧化态: B , Al , Ga :( +3 ) In :( +1 , +3 ) Tl :( +1 ) 表现惰性电子对效应•最大配位数?成键情况? B : 4 例, HBF4 表现共价性、缺电子
其它: 6 例: Na3AlF6 共价性、离子性兼有 Ga,In,Tl :离子键为主, +3 价易形成共价键。
σ 配位键多中心键
从 Al→Tl ,离子性↑ , ns2↑,Tl+ 离子稳定本族元素单质?
16.2 硼族元素的单质
存在、主要矿物?
硼的单质
α- 菱形硼( B12 )原子晶体,正二十面体
无定形硼 晶形硼
棕色粉末 黑灰色
化学活性高 硬度大
熔点, 沸点都很高
自然界中的存在、主要矿物?
硼: 硼砂 方硼矿 硼镁矿 少量硼酸
OH10OBNa 2742
OHOBMg 2522 21583 MgClOBMg2
33BOH
铝:铝矾土 OxHOAl 232
镓、铟、铊:稀有分散元素,无独立矿藏,与其它矿共生B - O 、 Al - O 键能大, B 、 Al 为亲氧元素。
化学性质?
硼的化学性质
与 O2 32K973
2 OB2O3B4
与其它非金属
与 H2O 2332 HBOH)g(OHB
与酸
与碱OHKNO3NaBO2KNO3NaOH2B2 2223
2333 NOBOH)(HNOB 浓
23342 SOBOH)(SOHB 浓
BN2NB2 2
32 BFFB 常温
332 BBr,BClXB
32SBSB
硼的化合物?硼的用途? 铝、镓、铟、铊?铝热还原法?用途?
16.3 硼的化合物1. 硼的氢化物
硼烷分类: BnHn+4 和 BnHn+6
例: B2H6 B4H10
乙硼烷 丁硼烷
有 CH4 ,但无 BH3
最简单的硼烷: B2H6
其结构并非如右图所示:
H
HBBH
H
H H
• 硼烷的结构 B :利用 sp3 杂化轨道,与氢形成 4 个 B-H ( 2c-2e )—— σ 键 2 个三中心两电子键( 3c-2e )——氢桥键
记作: H
H
B B
H
H H
H
要点: B 的杂化方式,三中心两电子键、氢桥键。
B 2s22p1
B BH﹙
B4H10 分子结构119pm
110pm 137pm
143pm
122¡£
171pm
H
B( b )
B
BB
B
H
H
H
H
H
H H
HH
H
H
( a )
B BH﹙
B BB HB
B B
﹙
B B
B
2c-2e硼氢键
2c-2e硼硼键
3c-2e氢桥键
3c-2e 开式 硼桥键
3c-2e 闭式 硼桥键
硼烷分子中的五种键型:
•硼烷的性质:
6243 HB]BF[Li6BF4LiH6 乙醚
62334 HB2AlCl3LiCl3BCl4]AlH[Li3 乙醚
62334 HB2NaF3BF]BH[Na3 乙醚
① 自燃
高能燃料,剧毒
② 水解
O(g)3H(s)OB(g)3O(g)HB 232262
(g)H6(s)BO2HO(l)3H(g)HB 233262
水下火箭燃料 mol-509.3kJ -1rHm¡÷
rHm¡÷ -1mol-2034kJ
③ 被氯氯化 6HCl(l)2BCl(g)6Cl(g)HB 3262 -1mol-1376kJrHm¡÷
•硼烷的制备 : 间接合成
高级硼烷62HB
无色气体,易燃、易水解,剧毒
① 三氧化二硼 B2O3
B( 无定形 ) B2O3H3BO3
O2
Mg 或 Al
+H2O
-H2O
制备:
O3HOBBO2H
(s)O2B(g)3O4B(s)
23233
322
原子晶体:熔点 460C ;无定形体:软化2. 硼的含氧化合物
结构:
性质: 3MgO2B3MgOB 32
B2O32HBO2 2H3BO3
+H2O+H2O
-H2O-H2O
硼珠试验?2232 )BO(CuCuOOB
2232 )BO(NiNiOOB
蓝色
绿色
B : sp2 杂化
O
HB
OOH
H
② 硼酸 偏硼酸 多硼酸
H3BO3 HBO2 xB2O3· yH2O
结构:
硼酸是几元酸?
性质: • 一元弱酸 ( 固体酸 ,Lewis 酸 )
• 与多羟基化合物加合,甘露醇,甘油等-
O
C
H
O
C
H
R
R'
BH
C
O
H
C
O
R
R'
O3HH 2 OH
C
H
2BOH 33 OH
C
H
R
R'
H
O
C
H
H
O
C
H
R
R'
HO
HOB
OH H
C
O
H
H
C
O
H
R
R'
OHBOH 233 HB(OH)-4 K =5.8×10-10
• 与甲醇或乙醇→硼酸酯→绿色 火焰→鉴定硼化合物OH3)OCH(BOHCH3BOH 233
SOH333
42 浓
• 受热易分解 )(OBHBOBOH 32O-H
2O-H
3322 玻璃态
③ 硼砂 O10HOBNa 2742 O8H(OH)OBNa 24542
硼酸根的结构:
硼砂珠实验:用于定性分析或焊接除锈)( 2NaBO)Co(BOCoOOBNa 222742 蓝色
)(2NaBO)Ni(BONiOOBNa 222742 绿色
3. 硼的卤化物• BX3 结构: B : sp2 杂化
非极性分子
• BX3 性质:
B
X
X X
BF3 BCl3 BBr3 BI3
室温下聚集态
g g l s
熔点/℃ -127.1 -107 -46 49.9
沸点/℃ -100.4 12.7 91.3 210
水解:I)Br,Cl,(X
3HXBOHO3HBX 3323
]BF[HFHFBF 33
]3H[BFBOHO3H4BF 43323
制取: OH3CaSO3BFCaF3)(SOH3OB 2324232 浓
CO3BCl2Cl3C3OB 3232
•Lewis 酸 酸性 BF3 < BCl3 < BBr3 < BI3
易打开键依次 64
)g(BCllFAClAl)g(BF 333
氟硼酸
16.2.4 铝的化合物
红宝石 (Cr3+) 蓝宝石 (Fe3+,Cr3+) 黄玉 / 黄晶 (Fe3
+)
有些氧化铝晶体透明,因含有杂质而呈现鲜明颜色。
刚玉——自然界 α- Al2O3 晶体,作磨料、耐火材料刚玉粉——含微量 Fe2O3 的 Al2O3 ,作抛光剂
氧化铝: Al2O3
3232 OAlOAl 高温
Al + O2→ 燃烧
Al(OH)3 、 Al2(SO4)3 、 Al(NO3)3
→ 灼烧
Al(OH)3 → ( 400-500℃)
或铝铵矿加热
六方紧密堆积 六方面心立方堆积
熔点高、硬度大、不溶于水酸碱,耐腐蚀绝缘性好,密度大
质轻、硬度小、不溶于水,溶于酸碱-活性氧化铝,粒子小、表面积大、吸附力强
用作高硬质材料、耐磨、耐火材料
作吸附剂、催化剂载体、色谱柱
在碱性溶液中存在 [Al(OH)4]- 或 [Al(OH)6]
3-
简便书写为
332 AlOAlO 或
氢氧化铝: Al(OH)3
两性: Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2O
Al(OH)3+ OH- [Al(OH)4]-
铝的卤化物
离子晶体 分子晶体 熔点低,易挥发, 易溶于有机溶剂, 易形成双聚物。
AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3
离子键 共价键
难溶于水 易溶
Cl
ClAl
Cl
Cl Cl
ClAl Lewis 酸,作催化剂
16.5 惰性电子对效应和 周期表中的斜线关系
惰性电子对效应 同族元素自上而下,与族数相同的高氧化态化合物稳定性依次减小,比族数小 2 的低氧化态稳定性增加的现象。
明显表现在Ⅲ A 、Ⅳ A 、Ⅴ A 和Ⅱ B
如何解释?1 )同一族,自上而下, ns2 稳定性增加 不易参与成键而表现出惰性;表 16-7
2 )从化学键能解释;表 16-8
3 )从结构上解释。
周期表中的斜线关系 周期表中处于相邻两族的对角斜线上元素的性质十分相似;即某元素的性质与其左上方或右下方元素的相似性。
明显表现在哪几对?
三对 Li Be B C
Na Mg Al Si
如何解释?用离子极化理论说明:原因在于相似的离子极化力
问 题问 题1 、乙硼烷的结构如何?2 、乙硼烷的化学性质及有关反应?3 、硼的卤化物的结构?水解性? m.p,b.p?
4 、硼酸是几元酸?酸性如何?5 、硼砂的化学式?硼珠实验?6 、铝化合物的两性? 如何分离 Al3+ 和 Mg2+ ?