高中化学竞赛课件无机化学全套第13章硼族元素.ppt

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1、第十三章硼族元素BoronAluminiumGalliumIndiumThallium§13-1硼族元素概述2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1BAlGaTlIn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。2.气态氢化物的通式：RH33.最高价氧化物对应的水化物通式为H3RO3或R(OH)3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<价层轨道数如：BF3特点：a.易形成配位化合物HBF4HFBF3b.易形成双聚物Al2Cl6硼：以硼酸盐矿物存在铝：以Al-O键存在，

2、矿物以铝矾土(Al2O3)最为广泛镓：与Zn,Fe,Al,Cr等矿共生铟：与闪锌矿共生铊：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§13-2硼的单质和化合物2.1硼的单质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。α-菱形硼成键特征：易形成多中心键B原子的价电子数(3)少于价层轨道数(4)，这种原子称缺电子原子。所谓多中心键就是指较多的原子靠较少的电子结合起来的一种离域的共价键。在硼单质或硼化合物

3、中，共存在有5种类型的成键方式：B—H硼氢键B—B硼硼键HBB氢桥键BBB开式硼桥键BBB闭合硼桥键1.基本结构单元是B12正二十面体。2.基本结构单元间以三中心二电子键和σ键相互连接而成硼晶体。1.制备与用途酸法：Mg2B2O5·H2O(硼镁矿)+2H2SO42H3BO3+2MgSO4虽一步可得到H3BO3，但需耐酸设备等苛刻条件。碱法：Mg2B2O5·H2O+2NaOH(浓)2NaBO2+2Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O2Na2B4O7·10H2O+NaCO3Na2B4O7+H2SO4+5H2O4H3BO3+Na2SO42H3BO3B2O3+3H2OB2O3+3M

4、g3MgO+2B(粗硼)粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的B2O3分别用HCl、NaOH、HF处理，得(95%~98%)硼用I2与之作用，形成BI32BI33I2+2B（>99.95%)电解B2O3在KBF4中的融体可得晶态硼。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。钽丝（1000~1300K）2.硼的反应常温下不活泼，高温下活泼：4B+3O2＝2B2O32B+3Cl2＝2BCl3与硅相似2B+N2＝2BN(均在高温下进行)和氧化性酸反应，比硅活泼些：B+3HNO3(浓)＝H3BO3(

5、orB(OH)3)+3NO2↑2B+3H2SO4(浓)＝2H3BO3(orB(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高温下硼几乎与所有的金属反应生成硼化物。具有硬度大，耐高温，抗腐蚀等特点。金属硼化物一般不符合原子价规律，如MgB2、Cr4B、LaB6、Nb3B4等。2.2硼的化合物1.硼的氢化物－硼烷Borane分类：BnHn+4BnHn+6例：B2H6(乙硼烷)B4H10(丁硼烷)有CH4但无BH4最简单硼烷是B2H6HBBHH最简单的硼烷，理应是BH3，但

6、结构研究表明它的分子式是B2H6。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）如果BH3分子存在的话，则其结构为：（氢桥键）分子间键联关系硼烷的结构B：利用sp3杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。美国物理化学家LipscombW关于硼烷和碳硼烷的研究获1976年诺贝尔化学奖3c-2e(3center-2electornbond)端基上的H和B之间形成σ键(sp3-s)。四个端H和两个B形成分子

7、平面，中间两个H分别在平面的上下各一个,形成两个3c－2e的氢桥键。B4H10分子结构高硼烷的分子构型为正二十面体或为不完整的二十面体碎片（去掉一个或几个顶角）所具有的巢状或蛛网状结构。巢状硼烷结构氢键和氢桥键有什么不同？氢键氢桥结合力的类型主要是静电作用共价键（3c-2e键）键能小（与分子间力相近）较大（小于共价键）H连接的原子电负性大，缺电子原子，半径小的原子，主要是B主要是F、O、N对称性不对称（除对称氢键外）对称性质火焰呈现