第十三章P区元素一

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­ + H3BO3 + H2O ƒ [B(OH)4] + H
H3BO3 作为 Lewis 酸能发生加合反应。 四硼酸钠 Na2B4O5(OH)4∙8H2O(或 Na2B4O7∙10H2O)俗称为硼砂。其水溶液因水解而呈碱性,可用 来配制缓冲溶液。硼砂与盐酸或硫酸反应可制取硼酸。硼砂受热脱水。熔融的硼砂可以溶解许多金 属氧化物,利用硼砂珠试验可以坚定某些金属离子。 (3)硼的卤化物 BX3 为非极性分子,空间构型为平面三角形。随着相对质量的增大,其熔点沸点升高。 BX3 也是缺电子化合物,易发生水解反应,生成 H3BO3 和 HX。BF3 还能与 HF 生成 H[BF4]。
B2H6 能自燃,与 O2 反应生成 B2O3 和 H2O。B2H6 与 H2O 反应生成 H3BO3 和 H2。 B2H6 是缺子化合物,作为 Lewis 酸能与 Lewis 碱发生加合反应。 (2)硼的含氧化合物
硼的重要含氧化合物有 B2O3,H3BO3 和硼砂。 硼酸和 B2O3 之间的相互转化可表示如下:
2 1: 6
1. 硼的化合物
硼主要以含氧化合物的形式存在自然界中,单质硼有多种同素异形体。 硼的晶体为原子晶体。
a -菱形硼的基本结构单元为 B12 正二十面体。
硼原子的价层电子构型为 2s 2 2 p1 ,能形成氧化值为+3 的共价型化合物。 硼原子是缺电子原子。硼的化合物中有些是缺电子化合物。
2 . 铝的化合物
铝也是亲氧元素,在自然界中的铝矾土矿是工业上提取铝的原料。 铝是典型的两性金属,也是重要的金属还原剂,它与氧化合时放出大量的热。
1 铝的价层电子构型为 3s 2 3 p ,一般形成氧化值为+3 的化合物,其中有离子型化合物,也有共价型
化合物 (1) 氧化铝和氢氧化铝 氧化铝 Al2O3 有 a - Al 2 O3 和 g - Al2 O3 等多种晶形。前者即自然界中的刚玉,其化学性质不活波, 后者可溶于稀酸或碱,可用作吸附剂或催化剂载体。 氢氧化铝是典型的两性化合物:
(2)碳酸及其盐
2 - 碳酸是二元弱酸,能形成正(碳酸盐)和酸式盐(碳酸氢盐) 。CO 3 的空间构型为平面三角形,C
6 与 O 间除形成 s 键外,还形成 p 4 键。
碱金属 (锂除外) 的碳酸盐 (如 Na2CO3) 易溶于水, 其水溶液呈碱性; 其相应的酸式盐 (如 NaHCO3) 溶解度小, 溶液呈弱碱性。 其它金属的碳酸盐 (如 CaCO3) 难溶于水, 通常其酸式盐 (如 Ca(HCO3)2) 溶解度大。 碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐、的热稳定性高低的顺序为:碳酸<碳酸氢盐<碳酸盐。这可以用离子 极化理论加以解释。金属离子的极化力越,碳酸盐越不稳定。
2 3 在硼的化合物中,硼原子以 sp 或 sp 杂化轨道成键,其配位数为 3 或 4。
(1) 硼的氢化物 硼氢化物又称为硼烷。最简单的硼烷是乙硼烷 B2H6。
3 在 B2 H6 中,B 采取不等性 sp 杂化,与 H 之间除了形成 B—H 键之外,还形成三中心键(或氢桥)
H ¼ B B 。
-H O - H O ˆˆˆˆ † ˆˆˆˆ † H 3 BO3 ‡ˆˆˆ ˆ HBO2 ‡ˆˆˆ ˆ B2O3 +H O + H O
2 2 2 2
2 硼酸为层状晶体,B 以 sp 杂化轨道成键,H3BO3 间以氢键结合,层间靠分子间力结合。
H3BO3 为一元弱酸,其解离方程式特殊:
第十三章 P 区元素(一)
·教学基本要求·
⑴了解硼族元素得通性,熟悉缺电子原子和缺电子化合物;熟悉乙硼烷的结构和性质;掌握三 氧化二硼,硼酸,硼砂的结构和性质;了解硼的卤化物的结构和性质。 ⑵熟悉铝﹑三氧化二铝﹑氢氧化二铝的两性,铝盐和铝酸盐﹑铝的卤化物。 ⑶了解碳族元素的通性,碳单质的结构;熟悉二氧化碳﹑碳酸及其盐的重要性质,能用离子极 化理论说明碳盐酸的热稳定性。 ⑷了解硅单质,硅的氢化物、 二氧化硅 、硅酸和硅胶 、硅酸盐 、硅的卤化物。 ⑸了解锡、铅的氧化物,熟悉锡、铅氢氧化物的酸碱性及其变化规律,掌握锡(Ⅱ)的还原性和铅 (Ⅳ)的氧化性,掌握锡、铅硫化物的溶解性。
·重点内容概要·
P 区元素包括周期系中 ⅢA ~ ⅧA 族元素,B、Si、As、Te、At 及其右上部分为非金属元素, 其余的左下部分的 10 种元素为金属元素。 同一族 P 区元素从上到下原子半径增大,金属性增强,非金属性减弱。 P 区元素的价层电子构型为 ns np ,它门多数能形成多种氧化质的化合物。P 区元素的原子在 许多化合物中以共价键结合。
OH OH ˆˆˆˆ † ˆˆˆˆ † ù Al2 ‡wk.baidu.comˆˆ ˆ Al ( OH )3 ( s ) ‡ˆˆˆ ˆé ë Al ( OH ) 4 û H H
+ + -
-
(2)铝盐
铝的卤化物中,AlF3 是离子型化合物,AlCl3、AlBr 3、AlI3 是共价型化合物。 无水 AlCl3 能溶于有机溶剂,在水中水解强烈。AlCl3 是 Lewis 酸,在气态中双聚为 Al2Cl6。
⒋ 硅的化合物
晶体硅是原子晶体。高纯硅是重要的半导体材料。 (1) 二氧化硅 SiO2 又称硅石。石英是天然的 SiO2 晶体,属于原子晶体,其结构单元为 SiO4 四面体。 SiO2 能与 HF 或氢氟酸反应生成 SiF4(g)和 H2O,也能与酸或碱性氧化物反应生成硅酸盐。 (2) 硅酸及其盐 硅酸 H2SiO3 是弱酸,其酸性比 H2CO3 弱。 可溶性的硅酸盐有 NaSiO3 和 K2SiO3,其水溶液成碱性。其它硅酸盐难溶于水。天然硅酸盐的基本结 构单元是 SiO4 四面体。 硅酸钠溶液与盐酸反应可以制得硅酸。由硅酸凝胶可制得硅胶,作为干燥剂或催化剂载体。
3+ 3+ Al2(SO4) 3∙18H2O、Al(NO3)2∙9H2O 易溶于水,其溶液由于 Al 水解而成酸性。在 Al 的溶液中加 2 入 S 或 CO3 则生成 Al(OH)3 沉淀。
-
⒊ 碳的化合物
碳同素异形体有金刚石,石墨和 C60 等富勒烯。金刚石为原子晶体,石墨为层状晶体。
2 2 碳原子的价层电子构型为 2s 2p ,能形成氧化值为-4,+2,+4 的无机化合物。
(1) CO 和 CO2 CO 的结构为
: C
O :
,它与 N2 为等电子体。
CO 是重要的还原剂。CO 能与过渡金属形成羰合物,其中配位原子为 C。
4 CO2 是直线形分子,C 与O之间除了形成 s 键外,还能形成 2 个 p 3 键。
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