内蒙古大学：《无机化学》课程教学资源（PPT课件）第十六章 硼族元素

第十六章硼族元素 硼族元素概述 硼的单质和化合物 x铝的单质和化合物 镓、铟、铊的单质和化合物 惰性电子对效应和斜线关系

电 子 教 案 第十六章 硼族元素 硼族元素概述 硼的单质和化合物 铝的单质和化合物 镓、铟、 铊的单质和化合物 惰性电子对效应和斜线关系

16硼族元素概述 BCN B Boron K Ca sc Ti v cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb SrY Zr Nb Mo To Ru Rh Pd Ag cd In Sn Sb TeI Xe Al Aluminium Cs Ba. Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Fr Bh Hs Mt 111112 学电國 La ce pr Nd sm Eu Gd Tb Dy Ho Tm Ga Gallium Am国Ammc国画Mo n Indium B族元素在周期 TIThallium 表中的位置

Boron Aluminium Gallium Indium Thallium

相似性 递变性 2 B 最 有 个 3 电 都化 单质 单 价主 3 3s23P/Al.+ 要易合 有形物 成 和共 价化 物熔沸点降低 4 Ga a 2的 气态氢化物 通式:RH31 性氢化物的稳定性减弱 学电國 5251In;3、最高价氧化 3主要氧化态稳定性逐渐减小 质密度增 性非金属性减弱金属性增强 物物 对通 应式 的为或 水化 主要氧化态稳定性逐渐增大 最高价氧化物对应水化物的酸性械弱 6526p/ TI HR R (OH)3

BAl Ga InTl 相似性 递变性 2、气态氢化物 的通式：RH3 3、最高价氧化 物对应的水化 物通式为 H2RO3或 R(OH)3 单质物性 单质化性 主要氧化态稳定性逐渐增大 熔沸点降低单质密度增大 非金属性减弱、金属性增强 最高价氧化物对应水化物的酸性减弱 氢化物的稳定性减弱 2s22p1 3s23p1 4s24p1 5s25p1 6s26p1 +1 +3主要氧化态稳定性逐渐减小 1、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

硼族(ⅢA):B,AL,Ga,In,Tl 价电子构型:m2np 缺电子元素:价电子数BF3 学电國 b.易形成双聚物Al2Cl Cl Cl cl A △A1 C

硼族(ⅢA)：B, Al, Ga, In, Tl 价电子构型：ns 2np1 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，HBF4 特点：a. 易形成配位化合物HBF4 HF BF3 b. 易形成双聚物Al2Cl6 Cl Cl Al Cl Cl Cl Cl Al

存在形态: 硼B:以硼酸盐矿物存在 铝A:以AO键存在,矿物以铝矾土(A2O3)最为广泛。 镓Ga:与Zn,Fe,A,Cr等矿共生 铟In:与闪锌矿共生 Zns 铊Tl:与闪锌矿共生 Ga,In,T属稀散元素,无单独矿藏。 学电國 AlGa

硼 B：以硼酸盐矿物存在 铝 Al： 以Al-O键存在，矿物以铝矾土(Al2O3) 最为广泛。 镓 Ga：与Zn, Fe, Al, Cr等矿共生 铟 In： 与闪锌矿共生 铊 Tl： 与闪锌矿共生 Ga, In, Tl 属稀散元素，无单独矿藏 。 ZnS

162硼的单质和化合物 1621硼的单质 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 免机学电 a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

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 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

1.制备 分酸法和碱法两种: ●酸法:Mg2B2O5H2O(硼镁矿)+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4 虽一步可得到H3BO3,但需耐酸设备等苛刻条件 ●碱法:Mg2B2O5H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)2 (浓 ↓结晶出来 浓的水溶液 ↓通CO2调碱度 28 4 NaBO2+ Co2+ 10 H20=2 Na2 B407 10H20+ NacO3 硼砂 ↓溶于水,用H2SO调酸度 Na2B4O7+H2so4+5 H,o= 4H3BO3+ Na2 SO4 溶解度小 ↓△脱水 2 H3BO3= B2O3+ 3H2O B2O3+3Mg23MgO+2B(粗硼)

● 酸法：Mg2B2O5·H2O(硼镁矿) + 2H2SO4 2 H3BO3 + 2 MgSO4 . ● 碱法：Mg2B2O5·H2O + 2 NaOH 2 NaBO2 + 2 Mg(OH)2 (浓) ↓ 结晶出来 浓的水溶液 ↓通CO2调碱度 4 NaBO2 + CO2 + 10 H2O 2 Na2B4O7·10H2O + NaCO3 硼砂 ↓ 溶于水，用H2SO4调酸度 Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O 4 H3BO3 + Na2SO4 溶解度小 ↓脱水 2 H3BO3 B2O3 + 3H2O ↓Mg B2O3 + 3 Mg 3 MgO + 2 B (粗硼) 

粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的B2O3 ↓用HC,NaOH,HF()处理 纯硼(95%~98%) △Bl3 ↓钽丝(10001300K) 2BI3=2B+312 (>99.95%) ●电解B2O3在KBF4中的融体可得晶态硼 学电國 (4)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

粗硼含金属氧化物、硼化物及未反应完的 B2O3 ↓用 HCl, NaOH, HF (l) 处理 纯硼 ( 95 % ~ 98 % ) ↓I2 BI3 ↓钽丝（1000~1300K） 2BI3 2B + 3I2 （>99.95%) ● 电解 B2O3在 KBF4中的融体可得晶态硼.  ：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

2.硼的反应 常温下不活泼,高温下活泼 4B+3o2=2B2O3 2B+3Cl2=2BCl3与硅相似 2B+N2=2BN(均在高温下进行) 和氧化性酸起反应,比硅活泼些 B+3HNO3(浓)=HBO3(orB(OH)3)+3NO2↑ 学电國 2B+3H2SO4(浓)=2H3BO3orB(OH))+3SO2↑ 和强碱起反应 2B+2NaOH(浓)2H2O=2NaBO2(偏硼酸钠)+3H2↑ 2B+2NaOH+3KNO3=2NaBO2+3KNO2+H2O(共熔)

常温下不活泼，高温下活泼 4B + 3O2 ＝ 2B2O3 2B + 3Cl2 ＝ 2BCl3 与硅相似 2B + N2 ＝ 2BN 和氧化性酸起反应，比硅活泼些 B + 3HNO3(浓) ＝ H3BO3 (or B(OH)3) + 3NO2 ↑ 2B + 3H2SO4(浓) ＝ 2H3BO3 (or B(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 (共熔)

1622硼的化合物 硼的氢化物--硼烷 Borane 分类:BnHn+4和BnHn+6 HH 例:B B H-BB-H 乙硼烷丁硼烷 HH 有CH4,但无BH4最简单的硼烷:B 最筒单的硼烷,理应是BH,但结构研究表明它的分子式 到是BH H 机学电 如果BH3分子存在的话,则其结构为BsH H 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BH是不稳定体系BHLo 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 家川大,故BH比BH稳定(二聚体的稳定常数为0)

分类：BnHn+4和 BnHn+6 例：B2H6 B4H10 乙硼烷 丁硼烷 有CH4，但无BH4 . 最简单的硼烷：B2H6 H H B B H H H H 如果 BH3分子存在的话，则其结构为 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10 6）. B H H H