信阳师范大学：《无机化学》课程电子教案（PPT教学课件）第十三章 硼族元素

第十三章1 硼族元素 13-1硼族元素的通性 ·13-2硼族元素的单质及其化合物 ·13-3惰性电子对效应和元素周期表 中的对角线关系

• 13-1 硼族元素的通性 • 13-2 硼族元素的单质及其化合物 • 13-3 惰性电子对效应和元素周期表 中的对角线关系 第十三章 硼族元素

13-1硼族元素的通性 Group IIIA:B Al Ga In TI 硼铝傢铟铊 硼族元素的价电子构型与氧化态稳定性变化 元素 价电子 氧化态 氧化态 构型 稳定性 B +3 +1,+3 ns2np +1,+3 n (n=2-6) +1,+3 +1,+3 稳定性增 稳定性减小

氧化态 稳定性 元素 价电子 构型 氧化态 B Al Ga In Tl ns2np1 (n = 2-6) +3 +1, +3 +1, +3 +1, +3 +1, +3 +1 +3 稳 稳 定 定 性 性 增 减 大 小 硼族元素的价电子构型与氧化态稳定性变化 Group IIIA: B Al Ga In Tl 硼 铝 镓 铟 铊 13-1 硼族元素的通性

硼族ⅢA):B,Al,Ga,In,TI 价电子构型：ns2npl 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 例如：BF3,H3BO3

硼族(ⅢA)：B，Al，Ga，In，Tl 价电子构型：ns 2np 1 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 例如：BF3，H3BO3

13-2硼族元素的单质及其化合物 2-1硼原子的成键特征： 1.B主要以共价键成键： B:原子半径小，I1、2、3大。 BSp杂化：BX3、B(OHD3 Sp杂化：BF4、BH4、B(OHD4 2.缺电子性质（ns2p) 价轨道数42s2p,2p,2pz 价电子数32s22p C.N.=3或4：BX3,B(OH)3,BF4 BF3+F=BF4酸碱化合物 本族其它元素C.N.=6,例：Na3AlF6 B氧化态为+3 价电子数<价轨道数，B是缺电子原子→缺电子化合物 BX3、B(OH3等，Lewis酸

2-1 硼原子的成键特征： 1. B主要以共价键成键： B：原子半径小，I1、I2、I3 大。 B sp2杂化：BX3、B(OH)3 sp3杂化： BF4 -、 BH4 -、 B(OH)4 - 2. 缺电子性质（ns2np1） 价轨道数 4 2s2px2py2pz 价电子数 3 2s 22p 1 C.N. = 3或4: BX3 , B(OH)3 , BF4 - BF3 + F- = BF4 - 酸碱化合物 本族其它元素C.N. = 6, 例：Na3AlF6 B氧化态为+3 价电子数 < 价轨道数，B是缺电子原子→ 缺电子化合物 BX3、B(OH)3等，Lewis酸。 13-2 硼族元素的单质及其化合物

3.形成多中心缺电子键，形成多面体： 硼晶体中有B-B-B, 硼烷中有B-B-B,或BH-B 3c-2e键(3c-2 e bond) 4.B是亲F、亲O元素： 键能/kJ-mol-1B-0561690;Si-0452; B-F613; Si-F 565 5.B与S的相似性(r与Z*竞争结果) 对角线规则

3. 形成多中心缺电子键，形成多面体： 硼晶体中有B-B-B， 硼烷中有B-B-B，或B-H-B 3c - 2e键 (3c-2e bond) 5. B与Si的相似性(r 与Z*竞争结果) 对角线规则 4. B是亲F、亲O元素： 键能/kJ·mol-1 B-O 561~690；Si-O 452； B-F 613； Si-F 565

硼单质 无定形硼（棕色粉末） 单质硼 晶体硼：最重要-菱形硼（黑灰色）

硼单质 单质硼 无定形硼（棕色粉末） 晶体硼：最重要-菱形硼（黑灰色）

2.菱形硼结构（原子晶体，结构单元：B12) B12结构：正二十面体，12个顶点B原子， dB-B=177 pm 3×12=36价电子 B12:36个价电子参与成键情况 棱数：B12单元内，每个B与 另5个B相连，有5条棱与之有关， 合计：5×12/2=30条棱

2. -菱形硼结构（原子晶体，结构单元：B12） B12：36个价电子参与成键情况 棱数：B12单元内，每个B与 另5个B相连，有5条棱与之有关， 合计: 5 ×12/2 = 30条棱 1 2 3 4 5 6 7 12 10 11 9 8 B12结构：正二十面体，12个顶点B原子， dB-B = 177 pm 3 × 12 = 36 价电 子

(1)与外部B12成键 顶部和底部： 腰部：6个B原子(1、2、7、 顶部(3、8、9)和底部(5、6、11)各3 12、10、4)与同一平面内相邻 个B原子与上一层3个B原子或下一 的另6个B12共形成6个3c-2e键 层3个B原子共形成6个正常B-B2c-2e (B-B203pm),共用去： 键(B-B171nm),共用去： 6×2/3e=4e 6X2/2e=6e >与外部B12成键共用去4e+6e=10e

顶部和底部： 顶部(3、8、9)和底部(5、6、11)各3 个B原子与上一层3个B原子或下一 层3个B原子共形成6个正常B-B 2c-2e 键(B-B 171 nm)，共用去: 6 × 2/2 e = 6 e (1)与外部B12成键 腰部：6个B原子(1、2、7、 12、10、4)与同一平面内相邻 的另6个B12共形成6个3c-2e键 (B-B 203 pm)，共用去: 6 × 2/3 e = 4 e 1 2 3 4 5 6 7 12 10 11 9 8 ➢与外部B12 成键共用去4 e + 6 e = 10 e

(2)B12单元内部成键： 由“多面体顶角规则”确定： 多面体顶点数n 12 成键轨道数n+1 13 成键电子数2n+2 26 >总的价电子数：10+26=36，与B12价电子数一致。 3.硼的化学性质 晶体硼惰性。无定形硼稍活泼，高温下能与N2、O2、S、X2 发生反应，显还原性。 R.T. (1)2Bs+F2g =2BF3 (B亲F)

3. 硼的化学性质 晶体硼惰性。无定形硼稍活泼，高温下能与N2、O2、S、X2 发生反应，显还原性。 R.T. (1) 2B(s) + F2(g) ══ 2BF3 (B亲F) (2) B12 单元内部成键： 由“多面体顶角规则”确定： 多面体顶点数n 12 成键轨道数n + 1 13 成键电子数2n + 2 26 ➢总的价电子数：10 + 26 = 36, 与B12价电子数一致

973K 4B(S)+302(g)=2B203(s) △H298=-2887 kJ.mol-1 △G298=-2368kJmo1 '.B在炼钢中作脱氧剂。 B-O Si-0 C-0 键能/kJm0H560-690>452>358 (B亲O) 2xB(S)+xN2(g)=2(B).(S) 氮化硼：石墨结构，B-N键极性，为绝缘体 2B(S)+3X2(g)=2BX3(X=C、Br、I)

973 K 4B(s) + 3O2 (g） = 2B2O3 (s） △rH298 = - 2887 kJ·mol-1 △rG298 = - 2368 kJ·mol-1 ∴B在炼钢中作脱氧剂。 B-O Si-O C-O 键能/kJ·mol-1 560-690 > 452 > 358 (B亲O) 2x B(s) + xN2 (g) = 2(BN)x (s) 氮化硼：石墨结构，B-N键极性，为绝缘体 2B(s) + 3X2 (g) = 2BX3 (X = Cl、Br、I）