【5A版】硼族元素.ppt

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1、第十五章硼族元素Chapter15TheBoronFamilyElementsBoron(B)Aluminum(Al)Gallium(Ga)Indium(In)Thallium(Tl)ns2np1§15-1Boronanditscompounds一、Generalproperties1.硼的化学性质与Si有某些相似之处，(对角线相似原则)，通常硼呈现+3氧化态，负氧化态的情况很少。硼与金属形成非化学计量的化合物：M4B、M2B、MB、M3B4、MB2、MB6等。2.在自然界中，硼以硼砂Na2B4O7·10H2O，四水硼砂Na2B4O7·4H2O，天然硼酸H3BO3

2、存在3.硼在自然界中丰度之所以低，是因为，所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护硼与硅的相似性：(1)B2O3与SiO2都是固态酸性氧化物，Al2O3是两性，CO2是气态酸性;(2)H3BO3与H4SiO4都是弱酸；(3)多硼酸盐与多硅酸盐结构相似；(4)硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质，而AlH3是固态。一、Thesimplesubstance1.无定形硼为棕色粉末，高熔沸点单质硼有多种复杂的晶体结构，其中最普通的一种是x-菱形硼，其基本结构单元为正二十面体的对称几何构型，然后由B12的这种二十面体排布起来组成六方晶系的x-菱形硼2.properties(1

3、)硼和硅一样在常温下较惰性，仅与F2反应，结晶状单质硼较惰性，无定形硼比较活泼，高温下：(2)还原剂:3SiO2+4B=3Si+2B2O3(强热)2B+6H2O(g)=2B(OH)3+3H2(赤热)(3)与氧化性的酸反应，生成H3BO3(4)在有氧化剂存在时，与碱反应:2B+2NaOH+3KNO3=3NaBO2+3KNO2+H2O共熔3.Preparation:(1)金属还原:B2O3+3Mg=2B+3MgOKBF4+3Na=3NaF+KF+B(2)工业上:从硼镁矿单质硼精制硼a.用浓碱溶液来分解硼镁矿:Mg2B2O5•5H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(O

4、H)2+4H2Ob.通入CO2调节碱度,分离出硼矿4NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O7·10H2O+Na2CO3c.用H2SO4调节酸度，可析出溶解度小的硼酸晶体:Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO4d.加热，脱水:2H3BO3=B2O3+3H2Oe.用Mg或Al还原成粗硼:B2O3+3Mg=2B+3MgOf.精制:2B+3I2=2BI32BI3=2B+3I2(1000-1300K,Tawire)三、Compounds1.Boronhydrides:这类氢化物的物理性质相似于烷烃(paraffin)，故称硼烷(Borane)。

5、多数硼烷组成是BnHn+4，BnHn+6，少数为BnHn+8，BnHn+10。但最简单的硼烷是B2H6BH3之所以不存在是由于B的价轨道没有被充分利用，配位数未达到饱和，不能形成稳定的sp2杂化态的离域大π键(2)Preparation:a.质子置换法:MnB+3H+=1/2B2H6+Mn3+b.氢化法:BCl3+3H2=1/2B2H6+3HClc.氢负离子置换法:3LiAlH4+4BF32B2H6+3LiF+3AlF33NaBH4+4BF32B2H6+3NaBF4(3)硼烷的结构特点:它是缺电子化合物，例如B2H6中价电子总共只有12个，不足以形成七个二中心二电子

6、单键(2c-2e)，B原子采取sp3杂化，位于一个平面的BH2原子团，以二中心二电子键连接，位于该平面上、下且对称的H原子与硼原子分别形成三中心二电子键，称为氢桥键。在各种硼烷中呈现五种成键情况:a.B—H2c—2e端侧Hb.BB3c—2e氢桥键c.B—B2c—2e硼硼键Bd.BB开放式3c—2e硼桥键Be.BB闭合式3c—2e硼桥键1957-1959年，Lipsomb.W.N提出了解决硼氢化合物的“三中心键理论”，获得了巨大的成功。因此获1976年Nobel化学奖。硼氢化合物拓扑理论：对于BnHn+m：s表示硼烷分子中氢桥键数目（B-H-B）t表示硼桥键数目（B-

7、B-B）y表示硼硼键数（B－B）x表示(BH)n（端基氢）以外的切向B－H基团的数目根据守恒原理：氢原子守恒：s+x=m价电子守恒(B)：s+2t+2y+x=2n价轨道守恒(B)2s+3t+2y+x=3nB4H10(4012)1957-1959年，Lipsomb.W.N提出了解决硼氢化合物的“三中心键理论”，获得了巨大的成功。因此获1976年Nobel化学奖。硼氢化合物拓扑理论：对于BnHn+m：s表示硼烷分子中氢桥键数目（B-H-B）t表示硼桥键数目（B-B-B）y表示硼硼键数（B－B）x表示(BH)n（端基氢）以外的切向B－H基团的数目根据守恒原理：氢原子守