第13章-2硼 近代化学导论课件
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无机化学第三版13章PPT课件
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38
铍和铝的相似性
金属单质
都是易钝化的 都是两性金 都能溶于酸 属
都能溶于碱并 其碱土金属均
放出氢气
非两性
卤化物
无水的三氯化 都是桥连而 物都是共价化 二聚体 合物、沸点低 易升华。
水合卤化物受 热均会发生水 解
氢氧化物
都难溶于水 都为两性氢 氧化物
.
39
13.3 镓、铟、铊
• 13.1镓、铟、铊单质
.
33
氢氧化铝：Al(OH)3
两性： Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2O
Al(OH)3+ OH- [Al(OH)4]在碱性溶液中存在[Al(OH)4]-或[Al(OH)6]3-
AlO
2或AlO
3 3
泡沫灭火器
Al2(SO4)3+6NaHCO3==3Na2SO4+2Al(OH)3↓+6CO2↑
.
22
脱水
干燥的空气中易风化失水，受热失去结晶水，加 热至300-450℃形成无水硼酸钠。
Na 2B4O7 10H2O 878 B2O3 2NaBO 2 10H 2O
.
23
硼砂的硼砂珠实验
Na 2B4O7 CoO Co(BO 2 )2 2NaBO 2 (蓝色) Na 2B4O7 NiO Ni(BO 2 )2 2NaBO 2 (棕色)
硼的同素异形体
无定形硼
棕色粉末
化学活性大
共同点
晶形硼 黑灰色 硬度大
熔、沸点都很高
.
3
.
4
.
5
硼的化学性质
晶态硼的化学反应活性很低，无定形硼则比较 活泼。常温时，硼能与氟气反应；高温下硼能与 氮气、氧气、硫、氯气、碘等单质反应：
天津大学无机化学课件：第十三章 硼族元素
铝单质的性质
银白色有光泽的金属，有良好的延展性和导 电性。
ψAθ（Al3+/Al）= 1.67 V，纯铝活性较高 ψBθ[Al(OH)3/Al）= 2.31V ⑴ 常温下稳定：氧化膜
⑵ 高温与氧等非金属反应
4Al+3O2=2Al2O3 H=-1669.7kJ·mol-1 （3273K）
⑶ 与稀酸反应 2Al+6HCI=2AICl3+3H2↑ 浓H2SO4、浓HNO3中钝化 ⑷ 与强碱反应 2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2↑
第十三章硼族元素131boron单质及其化合物132铝aluminum单质及其化合物133镓gallium铟indium铊thalliumaabbaiaigagatltl价电层结构价电层结构22ss222p2p1133ss223p3p1144ss224p4p1155ss225p5p1166ss226p6p11主要氧化数主要氧化数3333113313131133电离能电离能ii11kjmol8006800657765776578857885583558358935893电负性电负性204204161161181181178178162162非金属性金属性非金属非金属金属性增强金属性增强kjmol1cchhbbhhsisihhbboosisiooccooccccbbbbsisisisi411411389389318318561561452452358358346346293293222222一硼单质二硼氢化合物三硼的含氧化合物四硼的卤化物无定形硼
O 136pm
B
B 120pm
O
90-125°
O
制法
2H3BO3 △ B2O3+3H2O
第13章 硼族元素
硼氢化钠可由氢化钠与硼酸甲酯的 反应制得： 4 NaH + B （OCH3）3 —— NaBH4 + 3 NaOCH3 其他硼氢化物可由硼氢化钠制得。
硼氢化锂与水激烈反应： LiBH4 + 2 H2O —— LiBO2 + 4 H2 硼氢化钠可以在冰水中重结晶，硼氢 化钾在水中很稳定。
13－1－3 硼的含氧化合物
与闪锌矿共生 在地壳中的质量分数为 6 10－5 %
1 硼单质的晶体结构
13－1 硼单质及其化合物
13－1－1 硼单质
无定形硼为棕色粉末。 晶体硼呈黑灰色，高硬度，高熔点。
晶体硼单质的基本结构单元为正二十面 体，12 个硼原子占据多面体的顶点。
这种基本结构单元称为 B12
B12 单元中，前面 3 个硼原子构成的三角 形，其所在的平面与后面 3 个硼原子构成的三 角形所在的平面互相平行。 B12 单元中，中层 6 个硼原子不在同一 平面内。
硼氢化合物中有 5 种常见键型 B—H H B8 H2 H B1 H1 H B5 B2 H H B9 B6 H H B3 10 个 B10 H H4 B4 H H3 B7 H
硼氢化合物中有 5 种常见键型 B—B H B8 H2 H B1 H1 H B5 B2 H H B9 B6 H H B3 2个 B10 H H4 B4 H H3 B7 H
（2） 在无声放电的条件下，用氢气 还原 BCl3 可以得到乙硼烷： 2 BCl3 + 6 H2 —— B2H6 + 6 HCl
乙硼烷是一种还原性极强的物质，在 （3）在乙醚介质中，使用氢化铝锂还 原 BCl3 可以得纯度较高的乙硼烷。 4 BCl3 + 3 LiAlH4 —— 2 B2H6 + 3 LiCl + 3 AlCl3 空气中自燃： B2H6 + 3 O2 ——— B2O3 + 3 H2O 乙硼烷也能被氯气氧化： B2H6（g）+ 6 Cl2（g）—— 2 BCl3（l）+ 6 HCl（g）
近现代化学导论第13章-2硼课件
不与非氧化性酸作用 B + 3HNO3(浓) B(OH)3 + 3NO2 2B + 3H2SO4(浓) 2B(OH)3 + 3SO2
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*3. 单质硼的化学性质
（4） 与强碱作用
在有氧化剂存在下，与强碱共熔；无氧化剂 时，不与沸腾的或熔融状(500℃)NaOH作用；
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom
美国哈佛大学无机化学教授， 阐明了硼氢化合物的分子结构 及成键情况。1954年通过实验 和理论计算，提出“三中心二 电子键”，并指出这是缺电子 化合物的一种特殊成键形式。 由于他的理论和实验研究的成 功，开创了硼化学这一新领域， 获得1976年诺贝尔化学奖。
硼的化学可与碳的化学相媲美。
利普斯科姆(1919－)
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom 缺电子化合物有很强的接受电子
能力，本身易聚合，也容易与电子对 给予体形成配位化合物。
BF3 + NH3 = H3N→BF3 酸碱配合物 BF3 + HF = H+ + BF4¯ 氟硼酸根
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1. 硼的成键特征
氢桥键与氢键不同
氢桥键通常是对称的，氢键大多是不对称的； B的电 负性较小，B－H键的极性小，键能较大，远远超过氢 键的键能(但比正常的共价键的键能小)，所以B2H6不具 备生成氢键的条件。
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1. 硼的成键特征
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*3. 单质硼的化学性质
（4） 与强碱作用
在有氧化剂存在下，与强碱共熔；无氧化剂 时，不与沸腾的或熔融状(500℃)NaOH作用；
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom
美国哈佛大学无机化学教授， 阐明了硼氢化合物的分子结构 及成键情况。1954年通过实验 和理论计算，提出“三中心二 电子键”，并指出这是缺电子 化合物的一种特殊成键形式。 由于他的理论和实验研究的成 功，开创了硼化学这一新领域， 获得1976年诺贝尔化学奖。
硼的化学可与碳的化学相媲美。
利普斯科姆(1919－)
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom 缺电子化合物有很强的接受电子
能力，本身易聚合，也容易与电子对 给予体形成配位化合物。
BF3 + NH3 = H3N→BF3 酸碱配合物 BF3 + HF = H+ + BF4¯ 氟硼酸根
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1. 硼的成键特征
氢桥键与氢键不同
氢桥键通常是对称的，氢键大多是不对称的； B的电 负性较小，B－H键的极性小，键能较大，远远超过氢 键的键能(但比正常的共价键的键能小)，所以B2H6不具 备生成氢键的条件。
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1. 硼的成键特征
第十三章 硼族元素
mol △ rHm -509.3kJ
-1
水下火箭燃料
③ 加合反应
B2H6 CO 2[H3B CO] B2H6 2NH3 [BH2 (NH3 )2 ] [BH4 ]
2LiH B2H6 2LiBH4
2NaH B2H6 2NaBH4
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） 原子晶体
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。
1.硼的氢化物 硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、
2 Ga ＋ 3 H2SO4 2 In ＋ 3 H2SO4 2 Tl ＋ H2SO4 Ga ＋ 6 HNO3 2 Tl ＋ 2 HNO3 Ga2(SO4)3 ＋ 3 H2↑ In 2(SO4)3 ＋ 3 H2↑ Tl2SO4 ＋ H2↑ Ga (NO3)3 ＋ 3 NO2 ＋ 3 H2O TlNO3 ＋ NO2 ＋ H2O
Na2B4O7 CoO Co(BO2 )2 2NaBO2 (蓝色) Na2B4O7 NiO Ni(BO2 )2 2NaBO2 (棕色)
Na2B4O7+ MnO → Mn(BO2)2· 2NaBO2(绿色)
3.硼的卤化物 • BX3结构： • BX3性质： B：sp2杂化
2HBO2 偏硼酸
+H2O
-H2O
2H3BO3 (原)硼酸
xB2O3· yH2O 多硼酸
② 硼酸 H3BO3 分子间通过氢键形成接近六角形的对称
结构：
B：sp2杂化
H
层状结构，层与层之间借助微弱的范德
-1
水下火箭燃料
③ 加合反应
B2H6 CO 2[H3B CO] B2H6 2NH3 [BH2 (NH3 )2 ] [BH4 ]
2LiH B2H6 2LiBH4
2NaH B2H6 2NaBH4
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） 原子晶体
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。
1.硼的氢化物 硼氢化合物性质与碳的氢化物(烷烃)、
2 Ga ＋ 3 H2SO4 2 In ＋ 3 H2SO4 2 Tl ＋ H2SO4 Ga ＋ 6 HNO3 2 Tl ＋ 2 HNO3 Ga2(SO4)3 ＋ 3 H2↑ In 2(SO4)3 ＋ 3 H2↑ Tl2SO4 ＋ H2↑ Ga (NO3)3 ＋ 3 NO2 ＋ 3 H2O TlNO3 ＋ NO2 ＋ H2O
Na2B4O7 CoO Co(BO2 )2 2NaBO2 (蓝色) Na2B4O7 NiO Ni(BO2 )2 2NaBO2 (棕色)
Na2B4O7+ MnO → Mn(BO2)2· 2NaBO2(绿色)
3.硼的卤化物 • BX3结构： • BX3性质： B：sp2杂化
2HBO2 偏硼酸
+H2O
-H2O
2H3BO3 (原)硼酸
xB2O3· yH2O 多硼酸
② 硼酸 H3BO3 分子间通过氢键形成接近六角形的对称
结构：
B：sp2杂化
H
层状结构，层与层之间借助微弱的范德
硼族元素解析PPT课件
2021年4月8日5时48分
第19页/共32页
2、金属型化合物 第IVB～VllB及Vlll族元素的碳化物均为金属型 化合物。碳原子嵌在金属原子密堆积晶格中的多面 体孔穴内。 金属型碳化物的导电性好、熔点高，有的熔点 甚至超过原来的金属。如TiC、TaC、HfC的熔点在 3400K以上(接近4000K)，硬度大，热膨胀系数小， 导热性好，可作高温材料，已用作火箭的心板和火 箭用的喷嘴材料。 用20%的HfC和80%的TaC制得的合金是已知物 中熔点最高的。
2021年4月8日5时48分
第16页/共32页
硼砂同B2O3一样，在熔融状态能溶解一些金属 氧化物，并依金属的不同而显出特征的颜色(硼酸也 有此性质)。例如：
Na2B4O7+CoO＝2NaBO2·Co(BO2)2(蓝宝石色) 因此，在分析化学中可以用硼砂来作“硼砂珠 试验”，鉴定金属离子。在搪瓷等工业(上釉、着色) 和焊接金属(去氧化物)。硼砂还可以代替B2O3用于制 特种光学玻璃和人造宝石。
氢，其中的BO3结构单元开始通过氧原子，以B-O-B键形成链状
的根或为RO环偏状硼OB的 酸HO多骨-硼架酸。O根加，热B O其到-组57成8KOR可时用变B实为O验-B2式OO(3B,熔OO融BR2)HnO的n-,-B可2O知- O3多可-硼溶B酸解O2 许HHO出多H质CCR金子硼属OOOB，酸氧HHHO而是化+O物H是一+-B3，B由元OO用O-H于弱3 于H硼酸O制的，备HHB缺K耐OaCCR高电＝- 温子6OO×的O性1O有0B，-H色B10它。O硼OO-加玻它OBCCR璃合H的O。了酸HHO来B性H+O自H不-+H+是+32OHHO给2+O
2021年4月8日5时48分
硼族元素 PPT教程 【优秀课件】元素化学 大学化学化工专业资料
元 素 符
价电子 层结构
主要 氧化
值
号
共 价 半 径
/pm
硬度 (金刚
石
=10)
熔点 ℃
沸点 /℃
第一 电离
能
/kJ·m ol-1
第一电 子亲合
能
/kJ·mol-
1
电 负 性
晶体类型
B 2s22p1 +3
88 9.5 2180 3650 801
23 2.0 原子晶体
Al 3s23p1 +3 125 2.9 660 2467 578
2H3BO3
B2 O3 + 3H2O
性质：水蒸气中形成偏硼酸，在水中形成硼酸 B2O3(s) + H2O(g) ＝ 2HBO2(g) B2O3(s) + 3H2O(1) ＝ 2H3BO3(aq)
熔融状态的B2O3可溶解许多金属氧化物，制得有色硼玻璃。
3 硼的化合物
◇硼酸 H3BO3
H3BO3 ，或写为B(OH)3，是白色片状晶体。
3 硼的化合物
②与多羟基化合物加合
硼酸是典型的路易斯(Lewis)酸，在其溶液中加入甘油和甘露醇等
R
R
R-
H C OH H3BO3 2 H C OH
HCO OCH
H
C
B OO
C
H H 3H2O
R'
R'
R
R' R
H C O H HO
OH H O C H
B
H C O H HO
HOCH
③ 受热易分解
铝粉和铁的氧化物混合可制成铝热剂。 8Al + 3Fe3O4 ＝ 4A12O3 + 9Fe ∆rHmΘ= -3329 kJ/mol 若这个反应在小容器中进行，可达很高温度(约3500℃)
无机化学教学13章硼族元素PPT课件
镓的氧化物
镓的氧化物包括Ga₂O₃和GaO，它们具有高熔点和稳定性，可用于制备其他镓的化合物。镓的氧化物可以 由金属镓与氧气反应得到。
镓的硫化物和硒化物
镓的硫化物
镓的硫化物包括Ga₂S₃和GaS，它们具有较高的硬度、熔点和导电性。镓的硫化物可以 由金属镓与硫反应得到。
镓的硒化物
镓的硒化物包括Ga₂Se₃和GaSe，它们具有与硫化物类似的性质，如高熔点和导电性。 镓的硒化物可以由金属镓与硒反应得到。
有机镓化合物
有机镓酸酯
有机镓酸酯是一类重要的有机化合物， 它们可以通过酯交换反应制备。有机镓 酸酯在聚合反应中用作催化剂和添加剂 。
VS
其他有机镓化合物
除了有机镓酸酯外，还有许多其他有机镓 化合物，如有机镓醇、有机镓酸盐等。这 些化合物在医药、材料科学和催化等领域 有广泛的应用。
06 铟的化合物
铟的卤化物和氧化物
铟的卤化物
铟与卤素（如氟、氯、溴、碘）反应，生成 相应的卤化物。这些卤化物具有较高的熔点 和沸点，在常温下多为固态。
铟的氧化物
铟与氧气反应，可以生成多种氧化物，如 In2O3和In2O。这些氧化物具有不同的性 质和应用，例如In2O3是一种半导体材料， 可用于制备透明导电膜。
铟的硫化物和硒化物
无机化学的重要性
无机化学在化学学科中占据重要地位 ，是学习其他化学课程的基础。
无机化学在工业生产和科学研究中具 有广泛的应用，如制药、农业、能源 等领域。
02 硼族元素概述
硼族元素的定义
硼族元素
指周期表中第13族（ⅢA族）的元 素，包括硼（B）、铝（Al）、镓 （Ga）、铟（In）、铊（Tl）等元 素。
硼氢化合物和有机硼化合物
硼氢化合物
镓的氧化物包括Ga₂O₃和GaO，它们具有高熔点和稳定性，可用于制备其他镓的化合物。镓的氧化物可以 由金属镓与氧气反应得到。
镓的硫化物和硒化物
镓的硫化物
镓的硫化物包括Ga₂S₃和GaS，它们具有较高的硬度、熔点和导电性。镓的硫化物可以 由金属镓与硫反应得到。
镓的硒化物
镓的硒化物包括Ga₂Se₃和GaSe，它们具有与硫化物类似的性质，如高熔点和导电性。 镓的硒化物可以由金属镓与硒反应得到。
有机镓化合物
有机镓酸酯
有机镓酸酯是一类重要的有机化合物， 它们可以通过酯交换反应制备。有机镓 酸酯在聚合反应中用作催化剂和添加剂 。
VS
其他有机镓化合物
除了有机镓酸酯外，还有许多其他有机镓 化合物，如有机镓醇、有机镓酸盐等。这 些化合物在医药、材料科学和催化等领域 有广泛的应用。
06 铟的化合物
铟的卤化物和氧化物
铟的卤化物
铟与卤素（如氟、氯、溴、碘）反应，生成 相应的卤化物。这些卤化物具有较高的熔点 和沸点，在常温下多为固态。
铟的氧化物
铟与氧气反应，可以生成多种氧化物，如 In2O3和In2O。这些氧化物具有不同的性 质和应用，例如In2O3是一种半导体材料， 可用于制备透明导电膜。
铟的硫化物和硒化物
无机化学的重要性
无机化学在化学学科中占据重要地位 ，是学习其他化学课程的基础。
无机化学在工业生产和科学研究中具 有广泛的应用，如制药、农业、能源 等领域。
02 硼族元素概述
硼族元素的定义
硼族元素
指周期表中第13族（ⅢA族）的元 素，包括硼（B）、铝（Al）、镓 （Ga）、铟（In）、铊（Tl）等元 素。
硼氢化合物和有机硼化合物
硼氢化合物
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1. 硼的成键特征
（1）共价性
硼原子半径小（88pm）， 电离能高（801 kJ·mol–1）， 电负性大（2.0）， 成键时不易失去电子，与其他原子 共用电子，形成共价键。
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom
最简单的硼烷——乙硼烷 B2H6
1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom
氢桥键(绿色)
闭合式硼键(红色)
硼硼键(粉色)
硼桥键(蓝色)
硼氢共价键
癸硼烷B10H14中的键联关系
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom 缺电子化合物有很强的接受电子
能力，本身易聚合，也容易与电子对 给予体形成配位化合物。
得到纯度高达99.95%的 -菱形硼。
2BI3 → 2B + 3I2
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二、乙硼烷和硼的成键特征
1. 硼的成键特征 2. 乙硼烷的性质 *3. 乙硼烷的制备
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1. 硼的成键特征
（1）共价性 （2）缺电子原子 （3）多面体习性
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1. 单质硼的结构
非金属单质中最复杂的结构之一，原子晶 体，结构单元正二十面体，12个B原子。
B12 二十面体结构单元
-菱形硼结构
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*2. 单质硼的物理性质
无定形硼 棕色粉末，活泼
晶体硼 黑灰色，惰性
高硬度，高电阻，电导率随温度升高增大。
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1. 硼的成键特征
（2）缺电子原子 electron deficient atom
乙硼烷 B2H6 (diborane)
2个B 原子
共有8个轨道 共有6个价电子
6个H 原子
共有6个轨道 共有6个价电子
轨道多
电子少
缺电子
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1. 硼的成键特征
*3. 单质硼的化学性质
（2）与非金属氧化物作用
2B + 6H2O(g) 4B + 3SiO2 10B + 3P2O5
2B(OH)3 + 3H2 2B2O3 + 3Si 5B2O3 + 6P
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*3. 单质硼的化学性质
（3） 与酸作用
不与非氧化性酸作用 B + 3HNO3(浓) B(OH)3 + 3NO2 2B + 3H2SO4(浓) 2B(OH)3 + 3SO2
（2）通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱO2调pH，酸性增大，聚合得硼砂 4NaBO2 + CO2 + 10H2O →
Na2B4O7·10H2O + Na2CO3
硼镁矿
（3）溶于水，用H2SO4调酸度析出硼酸晶体 Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O → 4H3BO3 + Na2SO4
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（2）缺电子原子 electron deficient atom
① 硼氢共价键 B-H ② 硼硼共价键 B-B
开口的三中心键：
③三中心二电子氢桥键 ④三中心二电子硼桥键
three-center two-electron bond
闭合的三中心键：
⑤闭合的三中心二电子硼键
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Mg2B2O5 ·H2O + 2H2SO4 → 2H3BO3 + 2MgSO4
硼镁矿
对设备的耐酸性要求高， 不如碱法反应条件温和。
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4. 单质硼的制备
热解法
分解含硼化合物如BBr3、BI3或硼氢化 合物，可得到纯度很高的单质硼。
如将BI3在灼热的钽金属丝上热解，可
第13章-2 硼
教学要求：
1. 熟悉硼元素缺电子性质及缺电子化合物； 2.了解硼单质的结构和性质； 3. 掌握乙硼烷的结构和硼的成键方式； 4. 掌握B2O3和H3BO3的结构和主要化学性质； 5. 掌握硼砂的结构和主要化学性质。
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美国哈佛大学无机化学教授， 阐明了硼氢化合物的分子结构 及成键情况。1954年通过实验 和理论计算，提出“三中心二 电子键”，并指出这是缺电子 化合物的一种特殊成键形式。 由于他的理论和实验研究的成 功，开创了硼化学这一新领域， 获得1976年诺贝尔化学奖。
硼的化学可与碳的化学相媲美。
利普斯科姆(1919－)
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*3. 单质硼的化学性质
（4） 与强碱作用
在有氧化剂存在下，与强碱共熔；无氧化剂 时，不与沸腾的或熔融状(500℃)NaOH作用；
2B + 2NaOH + 3KNO3 2NaBO2 + 3KNO2 + H2O 偏硼酸钠
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*3. 单质硼的化学性质
4. 单质硼的制备
碱法
（4） 加热硼酸脱水得三氧化二硼
2H3BO3 B2O3 + 3H2O
（5） 高温下用Mg还原得无定形硼
B2O3 + 3Mg 2B + 3MgO
硼镁矿
产物不纯，因高温下硼与金属化合生成硼化物。
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4. 单质硼的制备
酸法
硼镁矿与硫酸作用一步制得硼酸
（5） 与金属作用
高温下与金属反应生成金属硼化物，金属 硼化物具有高的硬度和熔点。
4B + 3Nb 高温 Nb3B4
2B + Zr 高温 ZrB2
6B + La 高温 LaB6
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4. 单质硼的制备
碱法
（1）碱溶复分解硼镁矿得偏硼酸盐
Mg2B2O5·H2O + 2NaOH → 2NaBO2 + 2Mg(OH)2
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*3. 单质硼的化学性质
（1）与非金属作用
2B + 3F2 常温 2BF3 4B + 3O2 燃烧 2B2O3 放出大量热 2B + N2 高温 2BN 白色石墨 2B + 3Cl2 高温 2BCl3 2B + 3S 高温 B2S3
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