无机化学下册第十六章硼族
第十六部分硼族元素教学-精选
TI(Ⅲ)化合物有较强氧化性。TI(Ⅰ)化合 物稳定，具有较强的离子键特征。
3.电离能反常： I1(Ga)>I1(AI),Ga有3d10；
硼酸盐比硼酸稳定，除碱金属盐外， 多数金属的硼酸盐难溶于水。
硼砂（Na2B4O7·10H2O） 结构
2OH
O BO
HO B
O
B OH
OB O
OH
2个BO3原子团和2个BO4原子团通过公用 角顶氧原子而联结成 Na2B4O5(OH)4·8H2O
硼砂水溶液显碱性，具有缓冲作用。
B4O5(OH)42+5H2O=2H3BO3+2B(OH)4-
一、自然界分布 二、硼族元素的单质 三、硼的氢化物 四、卤化物 五、含氧化合物
硼：硼酸盐，如硼砂Na2B4O7·10H2O， 硼镁矿Mg2B2O5·H2O.
铝：铝矾土矿，主AI2O3·XH2O
镓、铟、铊：均无单独矿物，以杂质形 式共生于其它矿中。
1.硼
无定形硼：棕色粉末，性质活泼 晶态硼：原子晶体,黑灰色,熔沸点高,硬度大, 不活泼.导电率随温度升高而增高.以B12正二十 面体为基本结构单元形成许多变体.
③与多羟基化合物的反应-生成强酸
CH2-OH
CH2-O
O-CH2
B(OH)3+2CH-OH
HO-CH
B CH-OH+H++3H2O
CH2-OH
CH2-O
0-CH2
H3BO3的鉴 定
2024年化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素-(含多场合)
化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素-(含多场合)化学竞赛无机化学绝密课件硼族元素摘要：本文主要介绍了化学竞赛中无机化学部分的重要知识点——硼族元素。
通过对硼族元素的概述、性质、化合物以及应用等方面的详细讲解，旨在帮助参赛者更好地掌握这一部分内容，提高化学竞赛成绩。
一、硼族元素概述硼族元素位于元素周期表的第二族，包括硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、铟（In）和铍（Tl）等元素。
硼族元素在自然界中分布广泛，其中硼和铝是地壳中含量较多的元素。
硼族元素在化学性质上具有一定的相似性，但在物理性质和应用方面存在较大差异。
二、硼族元素的性质1.电子结构：硼族元素的原子结构中，最外层电子数为3个，因此它们在化学反应中容易失去3个电子，形成+3价离子。
2.金属性和非金属性：从上到下，硼族元素的金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
硼和铝具有较强的非金属性，而铟和铍的金属性较强。
3.离子半径：硼族元素的离子半径随着原子序数的增加而增大，这是因为原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
4.电负性：硼族元素的电负性随着原子序数的增加而减小，这是因为原子核对最外层电子的吸引力逐渐减弱。
三、硼族元素的化合物1.氧化物：硼族元素与氧元素形成的氧化物具有多种类型，如硼酸、氧化铝、氧化镓等。
这些氧化物在工业、医药等领域具有广泛的应用。
2.硼化物：硼族元素与金属元素形成的硼化物具有高熔点、高硬度和良好的导电性等特点，如碳化硼、氮化硼等。
3.氢化物：硼族元素与氢元素形成的氢化物在有机合成中具有重要应用，如硼氢化钠、硼氢化铝等。
4.硼酸盐：硼酸盐是一类重要的无机化合物，如硼砂、硼酸铝等。
它们在玻璃、陶瓷、洗涤剂等领域具有广泛应用。
四、硼族元素的应用1.金属铝：铝是硼族元素中应用最广泛的元素，广泛应用于建筑、交通、包装、电力等领域。
铝具有良好的导电性、导热性和轻质等特点，是国民经济的重要支柱产业。
2.硼化合物：硼化合物在农业、医药、化工等领域具有重要应用。
16 硼族元素
1. 乙硼烷的分子结构
有传统的价键理论无法解释乙硼烷的分子结构， 它的结构问题直到60年代初,利普斯科姆(Lipscomb， W· N· )提出多中心键的理论以后才解决。人们不仅对 B2H6的分子结构有了认识，而且补充了价键理论的不 足，使硼化学研究成为近三十年内取得进展最大的领 域之一。利普斯科姆因为这一成就荣获了1976年的诺 贝尔化学奖。
用分了轨道来说明。
成 键 MO H 在硼烷分子中常见的键型共有五种。 B B(3c-2e ) 键 中 分 子 轨 道 能 级 图
还有一些特殊的硼烷。 -
硼烷中的部分B 被碳 原子取代——碳硼烷
2017年3月14日 8时7分
B2H6与LiH反应，将得到一种比B2H6的还原性更 强的还原剂硼氢化理LiBH4。让过量的NaH与BF3反 应，可得到硼氢化钠NaBH4。 2LiH+B2H6＝2LiBH4 4NaH+BF3==NaBH4+3NaF NaBH4、LiBH4都是白色盐型化合物晶体，能溶 于水或乙醇，无毒，化学性质稳定。由于其分子中有 BH4-离子（即H-离子），它们是极强的还原剂。 在还原反应中，它们各有选择性（例如NaBH4只 还原醛、酮和酰氯类）且用量少，操作简单，并且产 品质量好。它在制药、染料和精细化工制品（作为制 氢化物的起始原料）的生产中已得到越来越广泛的应 用。LiBH4的燃烧热很高，可作火箭燃料。
2017年3月14日 8时7分
2-3 硼族的含氧化合物
2017年3月14日 8时7分
H 构成B2O3、硼酸和多硼酸的基本结构单元是平面 H O O H H B H 三角形的BO 和四面体的 BO 。 H O O O 3 4 3BO 3的晶体中，硼原 O O 子以sp2杂化，每个氧原子除以共价键与硼原子、氢原 。 B H H B H H 114 O O B B 子相结合，还能通过氢键连成片状结构，层与层之间 O O O O O O H H 则以范德华力相吸引。硼酸晶体是片状的，有滑腻感， H H 可作润滑剂。 O H O O O H H B H B O BO3 O H3BO 硼酸为白色片状晶体，在冷水中的溶解度很小 ( 硼 3 O H H O B O H 酸的缔合结构)，加热时由于晶体中的部分氢键被破坏， 其溶解度增大 H H3BO3 片层结构
无机化学总结硼族元素
无机化学总结硼族元素无机化学总结硼族元素无机化学总结硼族元素一硼单质及其化合物制作成员：摆宫泽贾震韦仕富硼单质硼单质可以分为晶体与无定形两大类。
晶体硼呈灰黑色硬度极高,导电性差但它的电导率却随着温度的升高而增大从而显示出与金属导体的不同。
不太纯的无定形硼为棕色粉末。
晶体硼单质的化学反应活性较低无定形硼相对活泼。
硼单质的晶体结构晶体硼单质基本结构单元为正二十面体,12个硼原子占据着多面体的顶点。
a—菱形硼:B12结构单元间的硼硼化学键属于三中心二电子键。
由片层间B12结构单元按面心立方最密堆积方式形成晶体其中所以硼原子间均形成共价键使单质硬度大导热能力强,导电能力弱。
B—菱形硼:结构更复杂其中含B84结构单元。
硼单质的化学性质常温下与F2化合：2B+3F2=2BF3在空气中燃烧放出大量热：4B+3O2=2B2O33由于硼氢键的键能很大所以硼能从许多稳定的氧化物如SiO2,P2O5中夺取氧。
硼在炼钢过程中可以作为去氧剂。
4赤热下无定形硼与水蒸气反应：2B+6H2O(g)=2B(OH)3+2H2 5在高温下硼能同N2,S,_2等非金属单质反应2B+N2=2BN2B+3CI2=2BCI22B+3S=B2S36在高温下硼也能同金属反应生成金属硼化物如NbB4,ZrB2,LaB6等。
硼化物一般具有咼硬度咼熔点。
7无定形硼不与非氧化性酸作用但可以与热浓H2SO4,热的HN03反应：B+3HN03(浓)=B(OH)3+3NO2f2B+3H2SO4(浓)=2B(0H)3+3SO2f8有氧化剂存在时硼与强碱共熔可得到偏硼酸盐：2B+2NaOH+3KNO3=2NaBO2+3KNO2+H2O硼单质的制备工业上用碱法分解硼镁矿制取单质硼。
Mg2B2O5?H2O+2NaBO2=2NaBO2+2Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O=NaB4O7?10H2O+Na2CO3NaB4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO42H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+Mg=2B+3MgO用硫酸与硼镁矿反应一步制得硼酸：Mg2B2O5?H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4硼氢化合物称为硼烷已知的有:B2HqB4Hio,B5H9,B8Hi6,B8Hi8等,BnHn+4与BnHn+6共20多种。
大学无机化学—硼族元素备课笔记
共熔
高温下下有氧化剂存在时，与碱反应； 2B + 2NaOH + 3KNO3
2NaBO2 + 3KNO2 + H2O
14.2.2.3 镓、铟、铊
镓、铟、铊都是比铅还要软的金属。液态镓的熔沸点差别是所有单质中最大的（m.p=29.78，b.p=2403）.将液态镓充填在石英管中做成
的温度计，测量温区大。液态镓中有 Ga2 存在，所以其密度大于固态镓。镓和 As、Sb 作用形成的 GaAs、GaSb 是优良的半导体材料。稀散元素， 不存在独立的矿石，而与其它矿共生。这三种元素都由各自的光谱发现。
硼的熔沸点很高﹙m.p=2300℃﹚,晶体硼的硬度为 9.5，在单质中仅次于金刚石，a-菱形硼的结构单元为 B12， 为正十二面体，每个硼原子与五个硼原子相连，键长为 177pm 常温下，B 和 F2 反应，加热时和反应。除及稀有气体外，B 能与所有的非金属直接反应，也能于许多金属反应形成 硼化物， 如 MB6﹙M 为 Ca、Sr、Ba、Li
可以 看出，硼族元 素的性质大都 是呈现出规律 性的变化，但 也有些异常现 象。电子亲和 能的异常变化 与卤素、氮族 元素以及碳族 元素类似，这
硼族元素原子的价电子层结构为 ns2np1，常见氧化态为+3 和+1，随原子序数的递增，ns2 电子对趋于稳定，特别是 6s 上的 2 个电子稳定性特别 强。使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依次增强，其还原性依次减弱。例如：Tl(Ⅲ)是很强的 氧化剂，而 Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。
（2）硼烷的制备 自然界中没有天然的硼烷，也不能通过硼和氢直接化合制的，而要通过间接途径制备。B2H6 的制备方法有如下几种
《硼族元素教学》PPT课件
36
⑵ 硼珠实验
熔融态的B2O3溶解金属氧化物 得到有特征 颜色的偏硼酸盐玻璃。
B2O3+CuO=Cu（BO2）（蓝色） B2O3+NiO=Ni（BO2）（绿色） ⑶ 与NH3反应
1/2xB2O3+XNH3→（BN）x+H2O（873K）
B
B
N
N
N
B
B
B
N
N
氮化硼，结构 与石墨相同 37
38
补充：无机苯(环硼氮烷）
3NH4CI+3LiBH4=B3N3H6+3LiCI+9H2
环硼氮烷的电子结构式和几何形状都与苯相似，化学
性质也相似，但更活泼，易加成、取代。
H
H CI
H N B N H HCI
HBH HN N H
H B BH N
CI B B H
HN
CI 39
H
HH
硼酸H3BO3
偏硼酸 (正)硼酸 多硼酸 HBO2 H3BO3 xB2O3·yH2O
蒸气的单分子构型
O 136pm
B
B 120pm
O
90-125°
O
35
制法
2H3BO3 △ B2O3+3H2O
4B(s)+3O2(g) 高温 2B2O3(s)
性质
⑴ 易溶于水
B2O3(晶状)+H2O(g)→2HBO2(g)（易挥发）
B2O3(无定形)+3H2O(l)→2HBO3(aq)
白色粉末状B2O3可用作吸水剂。
CI
AI
AI
CI
CI
CI
32
氯桥
AICI3：路易士酸，有机催化剂。易水解放 热，潮湿空气中冒烟。干法制。
第16章 硼族元素-1
后一种用途基于硼吸收中子的能力.
(2)酸法制备单质硼
Mg2B2O5•H2O + 2H2SO4 == 2H3BO3 + 2MgSO4 (3)热还原法 BBr3(g) + 3/2 H2(g)_1373~1573K B(s) + 3HBr(g)
16 － 1 － 2 硼的氢-2 硼的氢化物 物(硅烷)相似，所以硼的氢化物称为硼烷
有时称为土族元素，其中Al2O3为黏土的主 要成分，既难溶又难熔
0、+3 0、+3 0、+1 0、+1 0、+1 自然界没有游离硼， 在自然界没有独立的矿物，分散在 主要以铝矾土矿 (Al2O3· x H O) 存在 主要氧化数 熔点比人的体温还低 (30℃左右 2 +3 +3 (+3) ) 主要矿有 : 其它矿物中 , 都是软金属, 可用于生 原子半径 铝是银白色、有光泽的轻金属 液态镓的熔点、沸点相差大， 88 143 122 163 170 硼砂矿 (Na B O · 10H O) 、 /pm 产新型半导体材料 2 4 7 2 具有良好的导电性和延展性 可作高温温度计，与其它金属 离子半径 Tl 及其化合物均有毒 硼镁矿 (Mg B O · H O) 、 与其它金属可制低熔合金 27 50 80 88.6 3+ 2 2 5 2 r(M 广泛用来作导线、结构材料和器皿 )/pm 可制低熔合金62 方硼矿 (2Mg B O · MgCl ) 误食少量铊盐可使毛发脱落 -1 3 8 15 2 如含 25%In 的 合金 589 铝合金质轻又硬，用于飞机制造 I1/(kJ · mol ) 801 578 579 Ga 558 1.5 1.6 1.7 1.8 电负性( p ) 2.0 可用于自动灭火装置
无机化学-硼族、碳族元素-单质的反应性
9
铅的反应性
Pb + 4HNO3 Pb(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O Pb + 2HAc Pb(Ac)2 + H2 Pb + OH- + 2H2O Pb (OH)3- + H2 2Pb + O2 + CO2 + H2O Pb2(OH)2CO3
Ga + 2GaX3 3 GaX2 (X= Cl, Br,or I but not F)
3
Ga / In的反应性
Ga / In + S +
有机胺
100-200 C
Zheng, NF et al J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1138-1139
4
碳的反应性
C (diamond) + O2 (excess) CO2 700oC
6
硅的反应性
硅在常温下不活泼，高温下硅的反应活性增强，它与氧、卤素、 N、C、S等非金属作用，生成相应的二元化合物。
Si ＋ 2NaOH ＋ H2O = Na2SiO3 ＋ 2H2(g) Si ＋ 2F2(g) = SiF4(g) Si (s) + 2Cl2 (g) = SiCl4 (l) Si + O2 = SiO2 3Si ＋ 2Cr2O72－ ＋ 16H＋ = 3SiO2(s) ＋ 4Cr3＋ ＋ 8H2O