第13章硼族元素.ppt
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第13章硼族元素.ppt
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第13章硼族元素教学要求:
1.掌握硼的单质、氢化物、卤化物和含氧化合物的性质。
2.掌握铝的单质、卤化物和含氧化合物的性质。
3.通过硼及铝的化合物的结构和性质,了解本族元素的缺电子特征。
4.掌握Be和Al的相似性,惰性电子对效应。
5.了解镓、铟、铊的单质及化合物的性质。
IIIABAlGaInTl,ns2np1,B为非金属,Al、Ga、In、Tl是金属。
常见氧化态:
B、Al、Ga3In1,3Tl1,硼族元素的最大特征是均为缺电子元素(价电子数少于价电子轨道数),可形成缺电子化合物。
131硼单质及其化合物,1311硼单质,1硼的同素异形体,
(1)与非金属反应2B+3F22BF3(室温)4B+3O22B2O3(炼钢过程中可作去氧剂)2B+N22BN(高温,除H2、Te、Rg外)
(2)与水蒸汽2B+6H2O(g)2B(OH)3+3H2,2单质硼的化学性质,(3)和氧化性酸B+3HNO3(浓热)B(OH)3+3NO22B+3H2SO4(浓热)2B(OH)3+3SO2,3硼单质的制取,1312硼氢化合物,最简单的硼烷是B2H6,硼氢化合物的物理性质相似于烷烃,故称为硼烷。
可以分为BnHn+4和BnHn+6两类,命名原则和烷烃相同。
例如:
B2H6B4H10乙硼烷(6)丁硼烷(10),一、乙硼烷的制备和性质,1.乙硼烷的制备,乙醚介质中用氢化铝锂还原BCl3可得纯度较高的乙硼烷3LiAlH44BCl3=2B2H63LiCl+3AlCl3,无声放电条件下,用氢气还原BCl3可得到乙硼烷6H22BCl3=B2H66HCl,
(1)还原剂B2H6+3O2B2O3+3H2OB2H66Cl22BCl36HCl
(2)水解B2H6+6H2O2H3BO3+6H2(3)与NH3反应3B2H6+6NH312H2+2B3N3H6(453K),xB2H6+2xNH36xH2+2(BN)x(873K),2.乙硼烷的性质,白石墨,二、硼烷的结构,三中心两电子氢桥键,硼烷中有五种键型,硼氢键BH硼硼键BB,开式的3中心2电子硼桥键,癸硼烷-14(B10H14)的键联关系示意图,1313硼的含氧化合物,1B2O3和H3BO3,B2O3是最难结晶的物质之一,在红热条件下硼酸脱水只能得到玻璃态的B2O3,只有在较低的温度下、极其缓慢地脱水才能得到B2O3晶体。
B2O3是酸性氧化物,在熔融态时,可与碱性的金属氧化物生成有特征颜色的偏硼酸盐,可用于鉴定(硼砂珠实验)。
CoO+B2O3Co(BO2)2深蓝色Fe2O3+3B2O32Fe(BO2)3黄色Cr2O3的硼珠绿色CuO的硼珠蓝色MnO的硼珠紫色NiO的硼珠绿色,B:
sp2杂化;存在分子间氢键,硼酸具有片层状结构,层与层之间以分子间力联系在一起。
因此硼酸晶体有解理性,可作为润滑剂。
加入多羟基化合物可增加酸性,这是因为加入的物质可与B(OH)4结合成很稳定的硼酸酯,平衡右移,H+增大。
如加入丙三醇:
H3BO3是Lewis酸,是一元弱酸,Ka5.81010。
弱碱性:
B(OH)3+H3PO4BPO4+3H2O,2硼砂及其它硼酸盐,硼砂:
Na2B4O710H2O,白色结晶粉末,按结构应写为Na2B4O5(OH)48H2O。
硼砂珠实验可用于除氧化物,定性分析,玻璃、陶瓷上釉、制造人造宝石等。
硼砂晶体在空气中易失去水而风化。
受热到400C左右,将失去8个结晶水和2个羟基水,形成化学式为Na2B4O7的无水盐。
化学键三角形和四面体的轮廓线,硼酸盐的种类很多,结构也很复杂,但都是由最基本的结构单元三角形的BO3和四面体的BO4联结而成的。
1314硼的卤化物,1.BX3的结构B采取sp2杂化,平面三角形分子。
为缺电子结构,分子中存在离域46键(B的空pz轨道与3个X原子上充满电子的pz轨道作用)。
2.BX3的性质:
132铝单质及其化合物,1321铝单质,1铝的提取和冶炼,2铝单质的性质,
(1)物理性质银白色金属,密度小,延展性和导电性好,主要用来制造轻合金。
(2)化学性质活泼金属,但在空气中由于表面生成了致密的氧化膜,不与氧和水反应,甚至也不与冷的浓硝酸和浓硫酸反应。
只有此膜被破坏(遇NaCl等),铝的活泼性才表现出来。
亲氧性:
1322铝的含氧化合物,-Al2O3:
刚玉,不溶于水、酸、碱,熔点高,硬度大(仅次于金刚石),耐腐蚀且绝缘性好,可用作高硬度材料、研磨材料和耐火材料。
-Al2O3:
它有离子传导能力(允许Na+通过),可作蓄电池材料。
-Al2O3:
活性氧化铝,不溶于水,但可溶于酸、碱,可作为吸附剂和催化剂载体。
2Al(OH)4-+CO22Al(OH)3+CO32-+H2O,1323铝的三卤化物,AlCl3在水中强烈水解,因此在水溶液中不能结晶出它的无水盐,无水三氯化铝可用干燥的氯气作氧化剂在高温下和铝反应制备。
AlCl3中铝为sp3杂化,分子中存在两个3c-4e的氯桥键。
1金属单质都是钝化金属,在空气中表面均形成致密的氧化物膜而不易被腐蚀,在冷浓硝酸中钝化。
都是两性金属,能溶于酸和碱中。
1324铍和铝的相似性,水合卤化物BeCl24H2O和AlCl36H2O受热脱水时发生水解:
133镓、铟、铊,镓的化学性质和铝很相似,但没有铝活泼。
只有镓能与苛性碱溶液反应放出氢气。
镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合,在常温下就可以进行,在高温下,它们都可以与O2、S、P、As等非金属单质直接化合。
1.单质镓的熔点为29.7(手心中可熔化),沸点为2204,熔沸点之差是所有金属中最大的,可制造测量高温的温度计。
镓、铟和铊三种金属都能与非氧化性稀酸反应放出氢气。
2Ga3H2SO4=Ga2(SO4)33H22In3H2SO4=In2(SO4)33H22TlH2SO4=Tl2SO4H2,如Tl(III)是很强的氧化剂:
Tl2(SO4)3+4FeSO4=Tl2SO4+2Fe2(SO4)3Tl(NO3)3+SO2+2H2O=TlNO3+H2SO4+2HNO32Tl3+3S2-=Tl2S(蓝黑色)+2S,2.惰性电子对效应,镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定,而正一价化合物越来越稳定。
这是由惰性电子对效应引起的。
其原因主要是6s2电子对的惰性显著,AAABCNAlSiPGaGeAsInSnSbTlPbBi,铊的毒性铊及其化合物有毒,可使毛发脱落,常用于制灭鼠药。
作业:
3
(1)(3)(4)(6),7,14,
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- 13 章硼族 元素