第13

章硼族元素IIIA

BAlGaInTlns2np1B為非金屬，Al、Ga、In、Tl是金屬。常見氧化態(tài)：B、Al、Ga＋3 In＋1，＋3 Tl＋1最大配位數(shù)：B：4HBF4

其它：6Na3AlF6

硼族元素的最大特征是缺電子元素，可形成缺電子化合物。13－1硼單質(zhì)及其化合物

無定形硼晶形硼棕色粉末黑灰色化學(xué)活性高硬度大熔點，沸點都很高13－1－1

硼單質(zhì)1

硼的同素異形體CI4D00014.swf2

單質(zhì)硼的化學(xué)性質(zhì)

2B＋3F22BF34B＋3O22B2O32B＋6H2O(g)2B(OH)3＋3H2↑2B＋N22BN2B＋3Cl22BCl32B＋3SB2S3B＋3HNO3(濃)B(OH)3＋3NO2↑2B＋3H2SO4(濃)2B(OH)3＋3SO2↑2

B＋2

NaOH＋3

KNO32

NaBO2＋3

KNO2＋H2O13－1－2硼的氫化物

最簡單的硼烷是B2H62BH3(g)＝B2H6(g)

△rH＝－148kJ·mol－1sp3三中心兩電子氫橋鍵BBHHHHHH119pmHBBHHHHH133pmCI2D00158.jpgB2H6(g)＋3O2(g)B2O3(s)＋3H2O(l)B2H6(g)＋6Cl2(g)BCl3(l)＋6HCl(g)B2H6

＋6H2O2H3BO3

＋6H2硼烷中有五種鍵型

硼氫鍵B－H

硼硼鍵B－B

氫橋鍵BBH閉合的3中心－2電子硼橋鍵BBB開放的3中心－2電子硼橋鍵*BBB*量子化學(xué)研究認為此種鍵可以不予考慮癸硼烷-14(B10H14)的鍵聯(lián)關(guān)系示意圖CSI2N02038.jpgCSI2N02039-2.jpg13－1－3硼的含氧化合物1B2O3和H3BO3

B2O3是最難結(jié)晶的物質(zhì)之一。在紅熱條件下硼酸脫水只能得到玻璃態(tài)的B2O3，只有在較低的溫度下、極其緩慢地脫水才能得到B2O3晶體。

若水量不充足，如遇到熱的水蒸氣或潮氣時

B2O3＋H2O(g)2HBO2(g)B2O3易溶于水生成硼酸，粉末狀的B2O3可用作吸水劑

B2O3＋3H2O2H3BO3(aq)B：SP2雜化；存在分子間氫鍵

硼酸具有片層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間以分子間力聯(lián)系在一起。因此硼酸晶體有解理性，可作為潤滑劑。

H3BO3是Lewis酸，是一元酸。OHOHOHB＋Ｈ2OOHBOHOHOH－＋H＋

硼酸酸性很弱，Ka＝5.8×10－10，加入多羥基化合物可增加酸性。這是因為加入的物質(zhì)可以與B(OH)4－結(jié)合成很穩(wěn)定的物質(zhì)，如：OHOCHCH2CH2OBOHOCHCH2CH2O－H3BO3＋3CH3OHB(OCH3)3＋3H2OH2SO4燃燒綠色火焰可鑒別硼酸及鹽CSI2N02088.pngCI2D00161.jpg

硼砂晶體在空氣中易失去水而風(fēng)化。受熱到400?C左右，將失去8個結(jié)晶水和2個羥基水，形成化學(xué)式為Na2B4O7的無水鹽。

硼砂本身為緩沖溶液，在洗衣粉中作填料。Na2B4O7＋7H2O4H3BO3＋2NaOHH3BO3＋OH－

B(OH)4－pH＝9.24

硼砂珠實驗可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷上釉、制造人造寶石等。

硼砂珠實驗:

△

Na2B4O7B2O3＋2NaBO2

＋)CoO＋B2O3Co(BO2)2Na2B4O7＋CoO2NaBO2·Co(BO2)2Cr2O3為綠色,Fe2O3為黃色.

偏硼酸鈉與過氧化氫作用，可以生成過硼酸鈉，大量的過硼酸鈉被用于洗衣粉中作增白劑。

NaBO2

＋H2O2NaBO3·H2O化學(xué)鍵三角形和四面體的輪廓線

硼酸鹽的種類很多，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，但都是由最基本的結(jié)構(gòu)單元——三角形的BO3和四面體的BO4——聯(lián)結(jié)而成的。

(a)

(b)13－1－4硼的鹵化物

BX3的中心硼原子的軌道采用sp2雜化，構(gòu)型為三角形，為缺電子結(jié)構(gòu)。CI2N00001.jpg

將BF3通入水中:BF3＋3H2OB(OH)3＋3HF

進一步反應(yīng):BF3

＋HFH＋＋BF4－BX3水中發(fā)生強烈水解：BCl3＋3H2OB(OH)3＋3HClBX3是典型的強的路易斯酸，如：BF3(g)＋NH3H3N→BF313－2鋁單質(zhì)及其化合物

13－2－1

鋁單質(zhì)1

鋁的提取和冶煉鋁礬土Al2O3

NaOHNa[Al(OH)4]溶液通入CO2

Al(OH)3沉淀分離、焙燒

較純凈的Al2O3

電解熔融Na3AlF6鋁2鋁單質(zhì)的性質(zhì)

鋁最重要的性質(zhì)是兩性。

鋁可以從其它金屬氧化物中置換出金屬

2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3

鋁不能同H2直接化合，(AlH3)n

要在乙醚中制備3nLiH＋nAlCl3(AlH3)n

＋3nLiCl(AlH3)n是白色的聚合物，當(dāng)反應(yīng)混合物中LiH過量時，將有Li(AlH4)生成。

在高溫下，鋁容易同P、S、Si等非金屬反應(yīng)

2Al＋3SAl2S313－2－2鋁的含氧化合物

γ-Al2O3

具有強的吸附能力與催化能力

α-Al2O3剛玉

β-Al2O3固體電解質(zhì)鋁的含氧化合物最重要的性質(zhì)是兩性：

Al(OH)3＋3HClAlCl3

＋3H2OAl(OH)3＋NaOHNaAl(OH)413－2－3鋁的三鹵化物

ⅢA族除B的鹵化物及ⅢA族元素的氟化物以外，均為二聚形式，如：(GaCl3)2，(InCl3)2，(AlBr3)2，(AlI3)2，(GaBr3)2等。

AlCl3中鋁為sp3雜化CI4S00017.swfCI2N00163.jpgBeCl2·4H2O和AlCl3·6H2O受熱脫水時發(fā)生水解：BeCl2·4H2OBe(OH)Cl＋3H2O＋HCl

AlCl3·6H2OAl(OH)2Cl＋4H2O＋2HClΔΔ

鈹和鋁都是兩性金屬，Be(OH)2和Al(OH)3都是兩性氫氧化物：Be＋2NaOH＋2H2ONa2Be(OH)4

＋H22Al＋2NaOH＋6H2O2NaAl(OH)4

＋3H2Be(OH)2

＋2NaOHNa2Be(OH)4

Al(OH)3

＋NaOHNaAl(OH)4

13－3鎵、銦、鉈

鎵的化學(xué)性質(zhì)和鋁很相似，但沒有鋁活潑。只有鎵能與苛性堿溶液反應(yīng)放出氫氣。

鎵、銦和鉈三種金屬都能溶于稀鹽酸，但只有加熱時反應(yīng)速率才比較快。鎵、銦和鉈三種金屬與氯氣及溴的化合，在常溫下就可以進行，在高溫下，它們都可以與O2、S、P、As等非金屬單質(zhì)直接化合。

鎵、銦、鉈正三價化合物越來越不穩(wěn)定，正一價化合物越來越穩(wěn)定：2Ga＋3H2SO4Ga2(SO4)3

＋3H2↑2In＋3H2SO4In2(SO4)3

＋3H2↑2Tl＋H2SO4Tl2SO4

＋H2↑Ga＋6HNO3Ga(NO3)3

＋3NO2

＋3H2O2Tl＋2HNO3TlNO3

＋NO2

＋H2OTl(III)是很強的氧化劑，例如：

Tl2(SO4)3

＋4FeSO4Tl2SO4

＋2Fe2(SO4)3Tl(NO3)3

＋SO2

＋2H2OTlNO3

＋H2SO4

＋2HNO3

2Tl3＋＋3S2－

Tl2S(藍黑色)＋2S其原因主要是6s2電子對的惰性顯著

ⅢAⅣAⅤABCNAlSiPGaGeAsInSnSbTlPbBi

惰性電子對效應(yīng)＋1＋2＋3ns2ns2ns2同族元素，從上到下，與族數(shù)差2的氧化態(tài)，愈來愈穩(wěn)定ns2np1ns2np2ns2np3

＋3＋4＋5同族元素，從上到下,與族數(shù)對應(yīng)的最高氧化態(tài)，越來越不穩(wěn)定賣油翁下課了，回顧學(xué)習(xí)一個小故事吧！學(xué)習(xí)目標(biāo)1、復(fù)述故事，深入理