《无机化学》课程电子教案（PPT教学课件）第十五章 硼族元素 The Boron Family Elements

第十五章硼族元素 Chapter 15 The Boron Family Elements Boron B) Aluminum(al)Gallium Ga) Indium(In) Thallium(Tl nsnp

第十五章 硼族元素 Chapter 15 The Boron Family Elements Boron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In) Thallium (Tl) ns2np1

15-1 Boron and its compounds General properties 1.硼的化学性质与S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:MB、M2B、MB M3B4、MB2、MB等。 2.在自然界中,硼以硼砂Na2B4QO10H2O,四水硼 砂Na2B4O74H2O,天然硼酸H3BO3存在 3硼在自然界中丰度之所以低,是因为9B+an→2Het3Li ,所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护

§15-1 Boron and its compounds 一、General properties 1. 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 B n He Li 7 3 4 2 1 0 10 5 + → +

硼与硅的相似性: )B2O3与SO都是固态酸性氧化物,AL2O3是两性, CO2是气态酸性 (2)H3BO3与HSO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AH3 是固态

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H4 SiO4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

、 The simple substance 1.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 FIGURE 19.1 The structure of boron is based on linked twelve 十面体排布起来组成六方晶系的x-c Im units like the one shown Iere. Since the unit has twenty 菱形硼 faces. it is called an"icosahedron (from the Greek words for “ twenty- faced”)

一、The simple substance 1. 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

properties (1)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: B2S3\ BO C 1 B 2 bcls (2)还原剂 BN 3so2+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: 共熔 2B 2Naoh 3kno,= 3Nabo,+ 3KNO, +ho

2. properties (1) 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 B2 S3 B BCl 3 B2 O3 BN S O2 Cl 2 N2 共熔

3. Preparation: (1)金属还原: B2O3+ 3Mg= 2B 3Mgo KBF+ 3Na= 3NaF KF+ B (2)工业上:从硼镁矿—→单质硼一→精制硼 a.用浓碱溶液来分解硼镁矿: Mg2 B2O5 5H20+ 2NaoH 2NaB02+ 2Mg(oH)2+ 4H2O b通入cO2调节碱度分离出硼矿 4NaBo2+ Co2 10H20= Na2B4O7 10H20+ Na2CO3

3. Preparation: (1) 金属还原: B2O3 + 3Mg = 2B + 3MgO KBF4 + 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(OH)2 + 4H2O b. 通入CO2调节碱度,分离出硼矿 4NaBO2 + CO2 + 10H2O = Na2B4O7·10H2O + Na2CO3

c.用H2SO4调节酸度,可析出溶解度小的 硼酸晶体: Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3B03+Na2sO4 d.加热,脱水: 2H3BO3=B2O3+ 3H2O e.用Mg或A还原成粗硼: B2O3+ 3Mg= 2B+ 3MgO f.精制 2B+3l2=2Bl3 2Bl3=2B+3l2(100130 a wire

c. 用H2SO4调节酸度，可析出溶解度小的 硼酸晶体: Na2B4O7+H2SO4+5H2O = 4H3BO3+Na2SO4 d. 加热，脱水: 2H3BO3 = B2O3 + 3H2O e. 用Mg或Al还原成粗硼: B2O3 + 3Mg = 2B + 3MgO f. 精制: 2B + 3I2 = 2BI3 2BI3 = 2B + 3I2 (1000-1300K, Ta wire)

、 Compounds 1. Boron hydrides. 这类氢化物的物理性质相似于烷烃( paraffin),故 称硼烷( Borane)。多数硼烷组成是BnHn+4,BnHn+6, 少数为BnHn+8,BhHn+10。但最简单的硼烷是B2H6 BH3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 态的离域大丌键 F F B F

三、Compounds 1. Boron hydrides: 这类氢化物的物理性质相似于烷烃(paraffin)，故 称硼烷(Borane)。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B2H6 BH3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 6 Π4

(2) Preparation: a.质子置换法: Mnb+ 3H+=1/2B,H+ Mn3+ b.氢化法: BCR2 +3H =1/2B,He 3HCI C氢负离子置换法: 3LiAIH4 4BF3-ether 2B2 H6 3LiF 3AlF3 3NabH+ 4BFa ether 2B,Hs+ 3NaBF

(2) Preparation: a. 质子置换法: MnB + 3H+ = 1/2B2H6 + Mn3+ b. 氢化法: BCl3 + 3H2 = 1/2B2H6 + 3HCl c. 氢负离子置换法: 3LiAlH4 + 4BF3 2B2H6 + 3LiF + 3AlF3 3NaBH4 + 4BF3 2B2H6 + 3NaBF4 ⎯ether ⎯⎯→ ⎯ether ⎯⎯→

(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单键(2c2e), 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 H原子与硼原子分别形成三中心二 Is 电子键,称为氢桥键

(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