大学无机化学第十三章 P区元素(一)资料讲解
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He第一电离能最大，F的电负性最大，Cl的 电子亲和能最大。
p区元素性质的特征 1. 多种氧化态
价电子构型：ns2np1-5 最高氧化态等于所在的主族数。Cl +7; S+6 其它氧化态等于族序数依次-2。 氯的氧化值有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。 例外： O最高为+2、F无正氧化态 P区金属一般有两种正氧化态
键能:第二周期元素单键键能小于第三周期元素单键 键能(kJ/mol-1)
E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141
E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(Cl-Cl)=199
b. 第四周期元素表现出异样性
第四周期的s区和p区元素之间插入了d区元素，有效 核电荷显著增加，其半径较同周期s区元素明显减小。
α-菱形硼（B12）
原子晶体 12个B原子组成的 正二十面体
单质硼的性质：一般非金属元素的性质
(a) 与非金属作用
加热
2B + 3F2 =加==热==2BF3 2B + 3O2 =加==热==B2O3 2B + N2 =====2BN 与C和S也能发生反应，形成B4C和B2S3
(b) 作还原剂
在赤热下，B与水蒸气作用生成硼酸和氢气： 2B + 6H2O(g) ====== 2B(OH)3 + 3H2↑ B能把铜锡铅的氧化物还原为单质
缺电子化合物特点：
a. 易形成配位化合物HBF4，由sp2过渡到sp3杂化 HF BF3
b. 易形成双聚物Al2Cl6
Cl Cl Cl Al Al
Cl Cl Cl
Sp3杂化，四面体
硼族元素的一般性质
•B为非金属单质，Al，Ga，In，Tl是金属 •氧化态：B，Al，Ga：（+3）
In：（+1，+3） Tl：（+1） B的化合物都是共价型的
§ 13.1 p区元素概述
21种非金属 10种金属
p区元素性质的递变规律
同一周期从左向右 核电荷数增大，半径减 小，电负性增大，电子第一电离能、电子亲 和能增大，非金属性增大，卤素非金属性最强；
同一主族，从上到下，电荷数增大，半径增 大，第一电离能、电负性减小，金属性增强。
P区元素都由非金属向金属元素过渡（卤族元 素除外）
•最大配位数： B：4 例：HBF4 其它元素：6 例：Na3AlF6
13.2.2 硼族元素的单质
非金属 熔沸点高 含量少， 不以单质存在 主要在硼砂、方硼石等
软金属 熔沸点低 分散的稀有元素
轻金属 金属光泽 延展性 导电性 熔沸点高 铝土矿
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。
2B + 2NaOH + 3KNO3 === 2NaBO2 + 3KNO2 + H2O
(e) 与金属作用 高温下硼几乎能与所有的金属反应
生成金属硼化物。B氧化值一般为-3。
r/pm 133 99 62 53 47 五 Rb+ Sr2+ In3+ Sn4+ Sb5+
r/pm 148 113 81
71 62 半径相近
六 Cs+ Ba2+ Tl3+ r/pm 169 135 95
Pb4+ Bi5+ 性质接近 84 74
d. 镧系收缩：第五周期与第六周期元素的离子半 径相差不大，性质接近。
例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸 (HClO3 ，HIO3)、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。
E
(ClO
3
/Cl
2
)
Fra Baidu bibliotek1.458
V
E
(BrO
3
/Br2
)
1.513
V
E
(IO
3
/I2
)
1.209
V
c. 每族最后三个元素性质缓慢地递变（不如s区明显）
(d区、f 区插入)
四 K+ Ca2+ Ga3+ Ge4+ As5+
(c) 与酸作用（非晶硼活泼）
B不与盐酸作用，但与热浓H2SO4， 热浓HNO3作用生成硼酸： 2B + 3H2SO4(浓) ==== 2B(OH)3 + 3SO2↑
B + 3HNO3(浓) ==== B(OH)3 + 3NO2↑ (d) 与强碱作用（P406）
在氧化剂存在下，硼和强碱共熔得到偏硼酸盐：
§ 13.2 硼族元素
13.2.1 硼族元素概述 13.2.2 硼族元素的单质 13.2.3 硼的化合物 13.2.4 铝的化合物
13.2.1 硼族元素概述
硼族(ⅢA)：B，Al，Ga，In，Tl, 价电子构型：ns2np1 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，H3BO3。 注意： HBF4不是缺电子化合物。
不同价态化合物的稳定性：
Si(II) <Si(IV) 价电子结构分别为[Ne] 3s2，[Ne]
Pb(II)>Pb(IV) 价电子结构分别为[Xe]6s2，[Xe]
惰性电子对效应： 价电子为ns2np1-5的元素，最外层
的ns2电子，随着主量子数值的增大，惰性增强，使得 同族元素从上到下，高氧化态化合物越来越不稳定， 低氧化值化合物越来越稳定。
第十三章 p区元素(一)
§ 13.1 p区元素概述 § 13.2 硼族元素 § 13.3 碳族元素
本章教学要求
(1) 掌握p区元素结构特征和P区元素在周期性变化上的某 些特殊性，第二周期p区元素元素的特殊性，中间排异样性. 惰性电子对效应和二次周期性； (2) 掌握硼的缺电子原子的结构特点，乙硼烷的结构和三 中心二电子键，硼单质和硼的含氧化合物、卤化物和氮化 物的性质和反应； (3) 掌握金属铝、氧化铝、氯化铝、氢氧化铝和一些重要 铝盐的性质； (4) 掌握碳、硅单质.氧化物.含氧酸及其盐的性质，掌握离 域大键的概念和形成条件，了解硅酸和硅酸盐的结构与特 性，掌握硅和硼的相似性； (5) 掌握锡、铅的单质的性质及用途，掌握锡、铅重要化 合物的性质。
5NaBiO 3 2Mn2 14H 2MnO-4 5Bi 3 7H2O 5Na
2PbO2 2H2SO4 2PbSO 4 O2 2H2O
2. 各族元素性质由上到下呈现二次周期性
二次周期性：同族元素之间的变化规律
a. 第二周期元素具有反常性 (只有2s,2p轨道)
配位数: 第二周期元素形成配合物时，配位数最多 不超过4，NH4+；较重元素可以有更高的配位数化合 物，[PCl6]-
p区元素性质的特征 1. 多种氧化态
价电子构型：ns2np1-5 最高氧化态等于所在的主族数。Cl +7; S+6 其它氧化态等于族序数依次-2。 氯的氧化值有 +1，+3，+5，+7，-1，0等。 例外： O最高为+2、F无正氧化态 P区金属一般有两种正氧化态
键能:第二周期元素单键键能小于第三周期元素单键 键能(kJ/mol-1)
E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141
E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(Cl-Cl)=199
b. 第四周期元素表现出异样性
第四周期的s区和p区元素之间插入了d区元素，有效 核电荷显著增加，其半径较同周期s区元素明显减小。
α-菱形硼（B12）
原子晶体 12个B原子组成的 正二十面体
单质硼的性质：一般非金属元素的性质
(a) 与非金属作用
加热
2B + 3F2 =加==热==2BF3 2B + 3O2 =加==热==B2O3 2B + N2 =====2BN 与C和S也能发生反应，形成B4C和B2S3
(b) 作还原剂
在赤热下，B与水蒸气作用生成硼酸和氢气： 2B + 6H2O(g) ====== 2B(OH)3 + 3H2↑ B能把铜锡铅的氧化物还原为单质
缺电子化合物特点：
a. 易形成配位化合物HBF4，由sp2过渡到sp3杂化 HF BF3
b. 易形成双聚物Al2Cl6
Cl Cl Cl Al Al
Cl Cl Cl
Sp3杂化，四面体
硼族元素的一般性质
•B为非金属单质，Al，Ga，In，Tl是金属 •氧化态：B，Al，Ga：（+3）
In：（+1，+3） Tl：（+1） B的化合物都是共价型的
§ 13.1 p区元素概述
21种非金属 10种金属
p区元素性质的递变规律
同一周期从左向右 核电荷数增大，半径减 小，电负性增大，电子第一电离能、电子亲 和能增大，非金属性增大，卤素非金属性最强；
同一主族，从上到下，电荷数增大，半径增 大，第一电离能、电负性减小，金属性增强。
P区元素都由非金属向金属元素过渡（卤族元 素除外）
•最大配位数： B：4 例：HBF4 其它元素：6 例：Na3AlF6
13.2.2 硼族元素的单质
非金属 熔沸点高 含量少， 不以单质存在 主要在硼砂、方硼石等
软金属 熔沸点低 分散的稀有元素
轻金属 金属光泽 延展性 导电性 熔沸点高 铝土矿
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。
2B + 2NaOH + 3KNO3 === 2NaBO2 + 3KNO2 + H2O
(e) 与金属作用 高温下硼几乎能与所有的金属反应
生成金属硼化物。B氧化值一般为-3。
r/pm 133 99 62 53 47 五 Rb+ Sr2+ In3+ Sn4+ Sb5+
r/pm 148 113 81
71 62 半径相近
六 Cs+ Ba2+ Tl3+ r/pm 169 135 95
Pb4+ Bi5+ 性质接近 84 74
d. 镧系收缩：第五周期与第六周期元素的离子半 径相差不大，性质接近。
例如：溴酸、高溴酸氧化性分别比其他卤酸 (HClO3 ，HIO3)、高卤酸(HClO4，H5IO6)强。
E
(ClO
3
/Cl
2
)
Fra Baidu bibliotek1.458
V
E
(BrO
3
/Br2
)
1.513
V
E
(IO
3
/I2
)
1.209
V
c. 每族最后三个元素性质缓慢地递变（不如s区明显）
(d区、f 区插入)
四 K+ Ca2+ Ga3+ Ge4+ As5+
(c) 与酸作用（非晶硼活泼）
B不与盐酸作用，但与热浓H2SO4， 热浓HNO3作用生成硼酸： 2B + 3H2SO4(浓) ==== 2B(OH)3 + 3SO2↑
B + 3HNO3(浓) ==== B(OH)3 + 3NO2↑ (d) 与强碱作用（P406）
在氧化剂存在下，硼和强碱共熔得到偏硼酸盐：
§ 13.2 硼族元素
13.2.1 硼族元素概述 13.2.2 硼族元素的单质 13.2.3 硼的化合物 13.2.4 铝的化合物
13.2.1 硼族元素概述
硼族(ⅢA)：B，Al，Ga，In，Tl, 价电子构型：ns2np1 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，H3BO3。 注意： HBF4不是缺电子化合物。
不同价态化合物的稳定性：
Si(II) <Si(IV) 价电子结构分别为[Ne] 3s2，[Ne]
Pb(II)>Pb(IV) 价电子结构分别为[Xe]6s2，[Xe]
惰性电子对效应： 价电子为ns2np1-5的元素，最外层
的ns2电子，随着主量子数值的增大，惰性增强，使得 同族元素从上到下，高氧化态化合物越来越不稳定， 低氧化值化合物越来越稳定。
第十三章 p区元素(一)
§ 13.1 p区元素概述 § 13.2 硼族元素 § 13.3 碳族元素
本章教学要求
(1) 掌握p区元素结构特征和P区元素在周期性变化上的某 些特殊性，第二周期p区元素元素的特殊性，中间排异样性. 惰性电子对效应和二次周期性； (2) 掌握硼的缺电子原子的结构特点，乙硼烷的结构和三 中心二电子键，硼单质和硼的含氧化合物、卤化物和氮化 物的性质和反应； (3) 掌握金属铝、氧化铝、氯化铝、氢氧化铝和一些重要 铝盐的性质； (4) 掌握碳、硅单质.氧化物.含氧酸及其盐的性质，掌握离 域大键的概念和形成条件，了解硅酸和硅酸盐的结构与特 性，掌握硅和硼的相似性； (5) 掌握锡、铅的单质的性质及用途，掌握锡、铅重要化 合物的性质。
5NaBiO 3 2Mn2 14H 2MnO-4 5Bi 3 7H2O 5Na
2PbO2 2H2SO4 2PbSO 4 O2 2H2O
2. 各族元素性质由上到下呈现二次周期性
二次周期性：同族元素之间的变化规律
a. 第二周期元素具有反常性 (只有2s,2p轨道)
配位数: 第二周期元素形成配合物时，配位数最多 不超过4，NH4+；较重元素可以有更高的配位数化合 物，[PCl6]-