文档介绍：无机化学
第16章硼族元素
Chapter 16 Boron family elements
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基本内容和重点要求
硼族元素通性
单质的结构及重要性质,硼及B12的正二十面体结构,硼的制取方法。
硼烷的结构与性质,硼的五大成键要素,硼烷结构分析。
硼族元素的重要化合物性质,硼的氧化物,硼酸及硼酸盐,铝、镓、铟、铊的氧化物,卤化物。
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本章重点要求掌握本族元素单质、氢化物、氧化物的结构与性质,硼酸盐的结构特点;本族元素的缺电子性及对化合物性质的影响; 硼烷结构中五大成键要素,分析硼烷结构
硼族元素通性
IIIA族: B Al Ga In Tl 硼铝镓铟铊
最高价氧化物对应水化物的酸性减弱
EA1
规律性不强
I1
基本逐渐减小
+1氧化态稳定性逐渐增大
B
Al
Ga
In
Tl
2s22p1
3s23p1
4s24p1
5s25p1
6s26p1
+3氧化态稳定性逐渐减小
非金属性减弱、金属性增强
氢化物的稳定性减弱
氧化态为缺电子化合物
+3
硼单质及其化合物
硼成键特征
(1)共价键(主要)
B 原子半径小,I1、I2、I3 大
B sp2杂化,如BX3、B(OH)3、
sp3杂化,如BF4-、 BH4-、 B(OH)4-
(2)B缺电子性质(ns2 np1)
价轨道数 4 2s 2px 2py 2pz
价电子数 3 2s2 2p1
例 BX3 , B(OH)3
BF3 + F- = BF4- BF3 : Lewis酸
氧化态为+3, 但同族其它元素随原子序数增大,ns2 趋向稳定,
Tl: +1氧化态为特征
(3)形成多中心缺电子键,形成多面体
硼晶体中有B-B-B,
硼烷中有B-B-B,或B-H-B 3c - 2e键(3c-2e bond)
(4)B是亲F、亲O元素
键能/kJ·mol-1 B-O 561~690 Si-O 452
B-F 613 Si-F 565
(5)B与Si的相似性
对角线规则
Li Be B C
\ \ \ r和Z* 互相竞争,* =Z* / r 相近
Na Mg Al Si
硼单质及其化合物
硼单质
(1)硼的同素异形体
无定形硼(棕色粉末)
单质硼
晶体硼:最重要的是-菱形硼(黑灰色)
-菱形硼结构
原子晶体,结构单元:B12
硼单质及其化合物
棱数:B12单元内,每个B与另5个B相连,有5条棱与之有关,合计5×12/2 = 30条棱
B12结构:正二十面体,12个顶点B原子,
3× 12 = 36个价电子
B12 单元内部成键
由“多面体顶角规则”确定:
多面体顶点数 n 12
成键轨道数 n+1 13
成键电子数 2n+2 26
总的价电子数:10 + 26 = 36 与B12价电子数一致。
硼单质及其化合物
硼单质及其化合物
与外部B12 成键
•腰部:
6个B原子(1、2、7、12、10、4)与同一平面内相邻的另6个B12共形成6个3c-2e键,键距203 nm,用去6×2/3e = 4e
•顶部和底部:
顶部(3、8、9)和底部(5、6、11)各3个B原子与上一层3个B原子或下一层3个B原子共形成6个正常B-B 2C-2e键171 nm,共用去6×(2/2)e = 6e
与外部B12 成键共用去4e + 6e = 10 e
-菱形硼结构六方晶格
硼的化学性质
晶体硼较惰性
(1)无定形硼较活泼,高温下能与N2, O2, S,X2发生反应,显还原性。
.
2B(s) + 3F2(g) ══ 2BF3 (B亲F)
973K
4B(s) + 3O2(g) ══ 2B2O3
△rH298 = - 2887 kJ·mol-1
△rG298 = - 2368 kJ·mol-1
B-O Si-O C-O
键能/kJ·mol-1 560-690 > 452 > 358
(B亲O) ∴B在炼钢中作脱氧剂。
2B(s) + N2(g) ══ 2BN
氮化硼:石墨结构,为B-N键极性,为绝缘体
硼单质及其化合物
(2)无定形B被热的浓H2SO4或浓HNO3氧化:
2B(s) + 3H2SO4(浓) ═══ 2H3BO3 + 3SO2(g)
B(s) + 3HNO3(浓) ═══ H3BO3 + 3NO2(g)
(3)有氧化剂存在并强热时与碱作用:
2B + 2KOH + 3KNO3 ══ 3KNO2 + 2KBO2 + H2O
共熔
+3
硼单质及其化合物
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