文档介绍：无机化学电子教案
第十六章硼族元素
硼族元素概述
硼的单质和化合物
铝的单质和化合物
镓、铟、铊的单质和化合物
惰性电子对效应和斜线关系
B族元素在周期表中的位置
Boron
Aluminium
Gallium
Indium
Thallium
硼族元素概述
B
Al
Ga
In
Tl
相似性递变性
2、气态氢化物的通式:RH3
3、最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)3
单质物性
单质化性
主要氧化态稳定性逐渐增大
熔沸点降低
单质密度增大
非金属性减弱、金属性增强
最高价氧化物对应水化物的酸性减弱
氢化物的稳定性减弱
2s22p1
3s23p1
4s24p1
5s25p1
6s26p1
+1
+3
主要氧化态稳定性逐渐减小
1、最外层都有3个电子,化合价主要有+3和+1,易形成共价化合物。
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,HBF4
特点:a. 易形成配位化合物HBF4
HF BF3
b. 易形成双聚物Al2Cl6
硼 B:以硼酸盐矿物存在 铝 Al: 以Al-O键存在,矿物以铝矾土(Al2O3) 最为广泛。 镓 Ga:与Zn, Fe, Al, Cr等矿共生 铟 In: 与闪锌矿共生 铊 Tl: 与闪锌矿共生 Ga, In, Tl 属稀散元素,无单独矿藏。
存在形态:
ZnS
同素异形体: 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
硼的单质和化合物
α-菱形硼(B12):由B12二十面体组成的六方晶系,B原子占据二十面体的12个角顶。每个二十面体以三中心二电子的B3键和B-B键连接。
硼的单质
1. 制备
●酸法:Mg2B2O5·H2O(硼镁矿) + 2H2SO4 2 H3BO3 + 2 MgSO4
虽一步可得到 H3BO3,但需耐酸设备等苛刻条件.
●碱法:Mg2B2O5·H2O + 2 NaOH 2 NaBO2 + 2 Mg(OH)2
(浓) ↓结晶出来
浓的水溶液
↓通CO2调碱度
4 NaBO2 + CO2 + 10 H2O 2 Na2B4O7·10H2O + NaCO3
硼砂
↓溶于水,用H2SO4调酸度
Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O 4 H3BO3 + Na2SO4
溶解度小
↓脱水
2 H3BO3 B2O3 + 3H2O
↓Mg
B2O3 + 3 Mg 3 MgO + 2 B (粗硼)
分酸法和碱法两种:
粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的 B2O3
↓用 HCl, NaOH, HF (l) 处理
纯硼( 95 % ~ 98 % )
↓I2
BI3
↓钽丝(1000~1300K)
2BI3 2B + 3I2
(>%)
●电解 B2O3 在 KBF4 中的融体可得晶态硼.
(4) 用途:无定形硼可用于生产硼钢. 硼钢主要用于制造喷气发动机
和核反应堆的控制棒. 前一种用途基于其优良的抗冲击性,
后一种用途基于硼吸收中子的能力.
常温下不活泼,高温下活泼 4B + 3O2 = 2B2O3 2B + 3Cl2 = 2BCl3 与硅相似 2B + N2 = 2BN (均在高温下进行) 和氧化性酸起反应,比硅活泼些 B + 3HNO3(浓) = H3BO3 (or B(OH)3) + 3NO2 ↑ 2B + 3H2SO4(浓) = 2H3BO3 (or B(OH)3) + 3SO2 ↑
和强碱起反应 2B + 2NaOH(浓)+ 2H2O = 2NaBO2 (偏硼酸钠) + 3H2↑
2B + 2NaOH + 3KNO3 = 2NaBO2+ 3KNO2 + H2O (共熔)
2. 硼的反应
分类:BnHn+4 和 BnHn+6
例:B2H6 B4H10
乙硼烷丁硼烷
有CH4,但无BH4 . 最简单的硼烷:B2H6
最简单的硼烷,理应是BH3, 但结构研究表明它的分子式是B2H6。
1. 硼的氢化物----硼烷 Borane
如果 BH3 分子存在的话,则其结构为
B 还有一个空的 2p 轨道没有参与成键,如果该轨道能用来成键,将会使体系的能量进一步降低,故从能量来说 BH3 是不稳定体系. B2H6 中由于所有的价轨道都用来成键,分子的总键能比两个 BH3 的总键能大,故 B2H6 比 BH3 稳定(二聚体的稳定常数为106).
硼的化合物