第十六部分硼族元素教学课件.ppt
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1、第十六章 硼族元素,16-1 硼族元素的通性 16-2 硼族元素单质及其化合物 16-3 惰性电子对效应 周期表中的斜线关系,16-1 硼族元素的通性,1.缺电子:价电子数价层轨道数 +3氧化态的化合物(如:BF3)为缺电子化合物,有较强的继续接受电子的能力。表现在分子的自聚(2BH3B2H6)及同电子对给予体形成稳定配合物(HBF4)等方面。 2.惰性电子对效应: TI()化合物有较强氧化性。TI()化合物稳定,具有较强的离子键特征。,本族元素特征,3.电离能反常: I1(Ga)I1(AI),Ga有3d10; I1(TI)I1(In),TI有4f14。 d,f电子不能完全屏蔽掉相应增加的核电
2、荷,有效核电荷增加幅度大,抵消了电子层增加对电离能的影响。, 共价性:B所有化合物均共价(半径小,电负性大)。 缺电子性:易与电子对给体形成配键(BF4-),易形成多中心键(例:3c-2)。 多面体特性:晶体硼和硼的许多化合物为多面体。,4.硼的成键特征:,一、自然界分布 二、硼族元素的单质 三、硼的氢化物 四、卤化物 五、含氧化合物,16-2 硼族元素单质及其化合物,硼:硼酸盐,如硼砂Na2B4O710H2O,硼镁矿Mg2B2O5H2O. 铝:铝矾土矿,主AI2O3XH2O 镓、铟、铊:均无单独矿物,以杂质形式共生于其它矿中。,一、自然界分布,1.硼 无定形硼:棕色粉末,性质活泼 晶态硼:原
3、子晶体,黑灰色,熔沸点高,硬度大,不活泼.导电率随温度升高而增高.以B12正二十面体为基本结构单元形成许多变体.,二、单质,化学性质, 在O2中燃烧 4B+3O2=2B2O3 H=-2545kJmol-1 键能 B-O Si-O C-O kJmol-1 561 452 358 B在炼钢中可做脱氧剂,从氧化物中夺氧。 与非金属反应 F2、CI2、Br2 (BX3),S(B2S3),N2(BN),不与H2反应 与水蒸气反应 2B(赤热)+6H2O(g)=2H3BO3+3H2(g),与氧化性酸反应 B+3HNO3(浓)=B(OH)3+3NO2 2B+3H2SO4(浓)=2B(OH)3+3SO2 无氧
4、化剂存在,B不溶于酸。 与强碱反应 2B+2NaOH+2H2O=2NaBO2+3H2,2、铝,银白色有光泽的金属,有良好的延展性和导电性。 A(AI3+/AI)=-1.67V,纯铝活性较高 BAI(OH)3/AI)=-2.31V 常温下稳定:氧化膜 高温与氧等非金属反应 4AI+3O2=2AI2O3 H=-1669.7kJmol-1(3273K) 铝热还原法:冶炼难熔金属Fe、Ni、Mn、V等, 与稀酸反应 2AI+6HCI=2AICI3+3H2 浓H2SO4、浓HNO3中钝化 与强碱反应 2AI+2NaOH+6H2O=2NaAI(OH)4+3H2,脱水产物或高温熔融产物为NaAIO2,3、G
5、a、In、TI,Ga:熔点302.78K(29.6)-手中即可熔化 沸点2343K 所有金属中熔沸点差值最大(2042.22K).制备测高温温度计. Ga、In、TI的高纯金属是半导体材料.,4.单质的提取和冶炼, 硼 碱法(山大96、98考研题),* Mg2B2O5H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2 4NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O710H2O+Na2CO3 Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO4 2H3BO3=B2O3+3H2O B2O3+3Mg=2B+3MgO 酸法: Mg2B2O5H2O+2H2SO4=2H3BO3+MgSO4,(
6、2) 铝,* AI2O3+2NaOH+3H2O=2NaAI(OH)4 2NaAI(OH)4+CO2=2AI(OH)3+Na2CO3+H2O 2AI(OH)3=AI2O3+3H2O 4AI2O3=4AI+3O2,分类:BnHn+4和 BnHn+6 例:B2H6 (乙硼烷) B4H10(丁硼烷) 有CH4,SiH4但无BH3 最简单的硼烷:B2H6,三、硼的氢化物-硼烷,( borane ),1.结构,乙硼烷(diborane)结构,4个B-H键 (2c-2),3c-2,B2H6,4个B-H-B氢桥键,一个B-B键,6个B-H键,B4H10的结构,B4H10,各种硼烷中呈现出的成键情况,端侧的2c
7、-2B-H 键,3c-2的氢桥键,2c-2的B-B键,开放的3c-2硼桥键,闭合的3c-2硼键,B5H9,B5H11,B10H14,2.硼烷的性质,无色、臭味、极毒气体,物理性质近似烷烃,化学性质近同硅烷。 自燃 B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(g) rHm=-2033.8kJmol-1 (高能燃料) (2)水解 B2H6(g)+6H2O(l)=2H3BO3(s)+6H2(g) rHm=-465kJmol-1 (水下火箭燃料),(3)加合 B2H6+2CO2H3BCO B2H6+2NH3=2H3BNH3 B2H6+2LiH2LiBH4 B2H6+2NaH2NaBH4 (
8、4)氯化 B2H6(g)+6CI2(g)=2BCI3(l)+6HCI(g),3.制法(间接),(1)质子置换法:2BMn+6H+=B2H6+2Mn3+ (2)氢化法:2BCI3+6H2=B2H6+6HCI (3)氢负离子置换法:,思考题制备时应注意什么问题? 无氧、无水、原料干燥、安全防护。,1.BX3 (AB3型,24个价电子,46),均共价化合物,蒸气分子为单分子。,四、卤化物,BF3:* 4BF3+6H2O=3H+BF4-+B(OH)3 BF3+Na2CO3+H2O? 4NaH+BF3=NaBH4+3NaF BCI3: 潮湿空气中发烟 BCI3+3H2O=3H3BO3+3HCI(HBCI
9、4),BX3制备: B2O3+6HF(3CaF2+3H2SO4 )=2BF3+(3CaSO4+)3H2O B2O3+3C+3CI2=2BCI3+3CO,2.AIX3,AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3 离子键 共价键 共价分子:熔点低,易挥发,易溶于有机溶剂。 气相或非极性溶剂中均为双聚物。,氯桥,AICI3:路易士酸,有机催化剂。易水解放热,潮湿空气中冒烟。干法制。 2AI+3CI2(g) =2AICI3 2AI+6HCI(g)=2AICI3+3H2(g) AI2O3+3C+3CI2=2AICI3+3CO,3.GaCI2:反磁性,Ga+Ga+CI4 * InCI2类同GaCI2 TI
10、X:性质与制法类同AgX,但TICI不溶氨水。,4.硼族元素卤化物比较,(X=F、CI)BX3 AIX3 GaX3 InX3 TIX3,稳定性,增强,GaX InX TIX,稳定性,BF3 AIF3 GaF3 InF3 TIF3,减弱,离子晶体,熔点高,溶于水,易水解,共价,1.硼的含氧化合物 B:亲氧元素,硼含氧化合物的基本结构单元是BO3平面三角形或BO4四面体。 B2O3 蒸气的单分子构型,五、含氧化合物,制法,性质, 易溶于水 B2O3(晶状)+H2O(g)2HBO2(g)(易挥发) B2O3(无定形)+3H2O(l)2HBO3(aq) 白色粉末状B2O3可用作吸水剂。,熔融态的B2O
11、3溶解金属氧化物 得到有特征颜色的偏硼酸盐玻璃。 B2O3+CuO=Cu(BO2)(蓝色) B2O3+NiO=Ni(BO2)(绿色) 与NH3反应 1/2xB2O3+XNH3(BN)x+H2O(873K),氮化硼,结构与石墨相同, 硼珠实验,补充:无机苯(环硼氮烷),3NH4CI+3LiBH4=B3N3H6+3LiCI+9H2 环硼氮烷的电子结构式和几何形状都与苯相似,化学性质也相似,但更活泼,易加成、取代。,硼酸H3BO3,偏硼酸 (正)硼酸 多硼酸 HBO2 H3BO3 xB2O3yH2O,H3BO3晶体的片层结构,B:sp2杂化 H3BO3单元间以氢键结合成片层结构,层间范氏力.,物理性
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- 第十六 部分 元素 教学 课件
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