13硼族元素.ppt
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1、Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University第十三章第十三章 硼族元素硼族元素 Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University0VIIAVIAVAIVAIIIA2He氦氦K25B硼硼6C碳碳7N氮氮8O氧氧9F氟氟10Ne氖氖LK8213Al铝铝14Si硅硅15P磷磷16S硫硫17Cl氯氯18Ar氩氩MLK88231Ga镓镓32Ge锗锗33As砷砷34Se硒硒35Br溴溴36Kr氪氪NMLK81
2、88249In铟铟50Sn锡锡51Sb锑锑52Te碲碲53I碘碘54Xe氙氙ONMLK818188281Tl铊铊82Pb铅铅83Bi铋铋84Po钋钋85At砹砹86Rn氡氡PONMLK818321882非金属非金属金金 属属电子层硼硼族族Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University13-1 硼族元素通性硼族元素通性1.元素元素5B硼硼101110.8112s22p149In铟铟113115114.825s25p113Al铝铝2726.9823s23p131Ga镓镓697169.7234s24p
3、181Tl铊铊203205204.386s26p1Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University2.价层电子结构及氧化态价层电子结构及氧化态从上到下,随着原子序数的递增,低氧化态从上到下,随着原子序数的递增,低氧化态化合物稳定性增强,化合物稳定性增强,Tl(+1)氧化态很稳定氧化态很稳定。元素元素符号符号BAlGaInTl价电子价电子层结构层结构2s2sp13s23p14s24p15s25p16s26p1主要主要氧化态氧化态33(+1),+3+1,+3+1,(+3)硼族元素的性质硼族元素的性质I
4、norganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University3.硼族元素的共同特性硼族元素的共同特性硼原子的原子半径较小,电负性较大,在周期系中的位置与碳相邻,这就决定了硼的共价性。铝以下的各元素虽然都是金属,然而+3这一较高的氧化数以及镓、铟、铊的18电子层壳层的结构,也容易使原子间成键时表现为极性共价键。(1)+3 氧化数的硼族元素仍然氧化数的硼族元素仍然具有相当强的形成共价键的倾向具有相当强的形成共价键的倾向Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhe
5、ngzhou Normal University(2)硼族元素的硼族元素的+3 氧化数化合物叫做氧化数化合物叫做缺电子化缺电子化合物合物(Electron-Defect Compound)硼族元素的价电子层有4个原子轨道:ns、npx、npy、npz缺电子原子缺电子原子:价电子数少于价层轨道数的原子特点特点:易形成多中心键等nsnpInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University13-2 硼单质及其化合物硼单质及其化合物 13-2-1 硼单质硼单质13-2-2 硼氢化合物硼氢化合物13-2-3 硼
6、的含氧化合物硼的含氧化合物13-2-4 硼的卤化物硼的卤化物Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University13-2-1 硼硼的单质的单质结构结构B12的正二十面体的正二十面体结构单元结构单元以B12为基本结构单元晶态硼晶态硼黑灰色黑灰色化学性质较惰性化学性质较惰性无定型硼无定型硼棕色粉末棕色粉末化学性质较活泼化学性质较活泼Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质一:与非金属反应性质一:与
7、非金属反应 高温下B能同N2、O2、S、X2等单质反应,但不与H2作用。4B3O2 2B2O32BN2 2BN2B3F2 2BF3 性质性质Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质二:与非金属氧化物作用性质二:与非金属氧化物作用 B能与许多稳定的氧化物反应,如从SiO2、P2O5、H2O 中夺取氧而作还原剂。例如在赤热下,B与水蒸气作用生成硼酸和氢气。2B6H2O(g)2B(OH)3+3H2Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZh
8、engzhou Normal University性质三:与酸作用性质三:与酸作用 硼不与盐酸作用,但与热浓H2SO4、热浓HNO3作用生成硼酸。2B3H2SO4(浓浓)2B(OH)3+3SO2B3HNO3(浓浓)2B(OH)3+3NO22B2NaOH3KNO3 2NaBO2+3KNO2H2O性质四:与强碱作用性质四:与强碱作用 在氧化剂存在下,硼和强碱共熔得到偏硼酸盐。Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质五:与金属作用性质五:与金属作用 无定型硼用于生产无定型硼用于生产硼钢硼钢B
9、有吸收中子的特性硼钢抗冲击性好用于制造原子反应堆中的控制棒是制造喷气发动机的优质钢材Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University13-2-2 硼氢化合物硼氢化合物1.乙硼烷乙硼烷(Diborane)结构结构sp3杂化杂化B原子原子2s2p2p2p1sH原子原子B2H6分子分子2个个B6个个H总共总共价轨道数价轨道数8614价电子数价电子数6612Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University13
10、-2-2 硼硼氢化合物氢化合物 乙硼烷乙硼烷结构结构sp3杂化杂化利用sp3杂化轨道,与氢形成三中心两电子键(氢桥 Hydrogen Bridge):Hsp3B BB BInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University60年代初,美国年代初,美国科学家利普斯科姆科学家利普斯科姆(Lipscomb W N,1919)提出多中心)提出多中心键的理论,大大促进键的理论,大大促进了硼结构化学的发展,了硼结构化学的发展,荣获了荣获了1976年的诺贝年的诺贝尔化学奖。尔化学奖。(Multiple Center
11、 Bond Theory)Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质性质 乙硼烷乙硼烷 丁硼烷丁硼烷稳定戊稳定戊硼烷硼烷不稳定不稳定戊硼烷戊硼烷己硼烷己硼烷 癸硼烷癸硼烷化学式化学式B2H6B4H10B5H9B5H11B6H10B10H14标准状标准状态下存态下存在状态在状态气体气体液体液体液体液体液体液体固体固体固体固体熔点熔点/-165.5-120-45.6-129-65.199.6沸点沸点/-92.5186560110213硼烷及其物理性质硼烷及其物理性质Inorganic Che
12、mistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质一:易燃性性质一:易燃性B2H6是非常活泼的物质,暴露于空气中易燃或易爆,并放出大量热。B2H6(g)3O2(g)B2O3(s)3H2O(g)燃烧燃烧硼烷的化学性质硼烷的化学性质Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质二:还原性性质二:还原性B2H6是强还原还原剂,能与氧化剂反应。例如与卤素反应生成卤化硼。2B2H6(g)6Cl2(g)2BCl3(l)6HClIn
13、organic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质三:水解性质三:水解性B2H6易水解释放出H2,生成硼酸。B2H6(g)6H2O(l)2H3BO3(s)6H2(g)Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质四:配合性质四:配合性B2H6 与与 LiH 反 应,能生成一种比B2H6的的还原性更强的还原剂硼氢化锂。(Lithium Borohydride)B2H62LiH 2LiBH4B2H62
14、CO 2H3B COInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityB2H6是一种在空是一种在空气中易燃、易爆、易气中易燃、易爆、易水解的剧毒气体。水解的剧毒气体。所以制备时必须保持反应处于无氧、所以制备时必须保持反应处于无氧、无水气状态,原料亦需预先干燥,并且无水气状态,原料亦需预先干燥,并且作好安全防护工作。作好安全防护工作。Inorganic Ch
15、emistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University13-2-3 硼的含氧化合物硼的含氧化合物1.三氧化二硼三氧化二硼 制备制备一般的方法是加热硼酸使之脱水。2H3BO3 B2O33H2OInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University性质性质性质一:易溶于水性质一:易溶于水性质二:硼砂珠实验性质二:硼砂珠实验(Borax Bead Test)Inorganic ChemistryZhengzhou Normal Univers
16、ityZhengzhou Normal University B2O3易溶于水,重新生成硼酸,但在热的水蒸气中则生成挥发性的偏硼酸HBO2,同时放热。B2O32HBO22H3BO3H2OH2O,578K2H2O2H2O,373K偏硼酸偏硼酸硼酸硼酸B2O3(s)3H2O(l)2H3BO3(aq)B2O3(s)H2O(g)2HBO2(g)热热性质一:易溶于水性质一:易溶于水性质性质Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityB2O3可以溶解许多金属氧化物而得到有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐。B2O3
17、CuO Cu(BO2)2蓝色蓝色B2O3NiO Ni(BO2)2绿色绿色硼砂珠实验硼砂珠实验硼砂珠实验硼砂珠实验此反应可用于定性分析中,用来此反应可用于定性分析中,用来鉴定金属离子。鉴定金属离子。性质二:硼砂珠实验性质二:硼砂珠实验(Borax Bead Test)Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University2.硼酸硼酸(Boric Acid)结构结构sp2杂化杂化硼酸硼酸 H3BO3结构单元结构单元BOHHOOHB原子为原子为sp2杂化杂化O原子原子Inorganic ChemistryZh
18、engzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University范德华力范德华力Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityH3BO3是白色片状晶体,微溶于水。H3BO3H2O B(OH)4+H+-Ka=5.810-10加热时,由于晶体中的部分氢键断裂,溶解度增大。性质二:弱酸性性质二:弱酸性性质一:溶解性性质
19、一:溶解性 性质性质Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityInorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal UniversityKa=5.810-10CHOHHO BOHOH+HOHOCH2CH2HOCHCH2CH2OOB O+H+2H2O性质三:酸性的增强性质三:酸性的增强 硼酸是一个典型的缺电子Lewis酸,它的酸性可因加入甘露醇和甘油(丙三醇)大为增加,表现出一元酸的性质,可用强碱滴定。Ka=6.210-5
20、Inorganic ChemistryZhengzhou Normal UniversityZhengzhou Normal University硼酸加热分解过程中,先转变为偏硼酸HBO2,继续加热变成B2O3。性质四:受热易分解性质四:受热易分解H3BO3 HBO2 B2O3373K-H2O-H2O578K性质五:与碱反应,生成硼砂性质五:与碱反应,生成硼砂在弱碱性条件下,生成四硼酸盐:。4H3BO3+2NaOH Na2B4O7+7H2O在强碱条件下,生成偏硼酸盐。H3BO3+NaOH NaBO2+2H2OInorganic ChemistryZhengzhou Normal Univers
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