化学竞赛无机化学绝密课件 硼族元素资料
【高中化学奥赛课件】硼族元素
B11以上：十一 ……, 例如: B16H20 十六硼烷
若原子数目相同，而H原子数目不同：
3. 结构
以B2H6的结构为例
B5H9 戊硼烷-9 B5H11 戊硼烷-11
14个价轨道 2个B原子:2×4 = 8个价轨道 6个H原子:6×1 = 6个价轨道
12个价电子数
2个B原子: 2 ×3=6个价电子 6个H原子: 6 ×1=6个价电子
B2O3
e.与碱反应：
2NaOH + 4H3BO3 = Na2B4O7 + 7H2O
过量NaOH使Na2B4O7变成NaBO2
Na2B4O7 + 2NaOH = 4NaBO2 + H2O
f. 偏硼酸HBO2
片状结构、锯齿链状或环状、三维网格结构
3 硼酸盐
(1) 硼酸盐基本
结构单元
BΦ3 平面三角形 BΦ 4 四面体(Φ = O, OH)
§16-5 惰性电子对效应和周期表中的斜线关系
§16-1 硼族元素的通性
1.硼族元素的基本性质
性质
元素
元素符号
原子序数
相对原子质量
价层电子构型
主要氧化数
共价半径/pm 离子半径(M +)/pm 离子半径(M3+)/pm 电离能I1/kJ.mol-1 电离能I2/kJ.mol-1 电离能I3/kJ.mol-1 电子亲合能E1/kJ.mol-1 电负性(Pauling)
实验测定
3c-2e bond (3 center-2 electron bond) B2H6分子 逆磁性（电子均已成对）
1H NMR → 2种H，比例4：2（4个H和2个H）
2个B与4个H共平面
在其他较高级硼烷中, 其结构还可能涉及另外三种成键要素: (2C-2e)的B-B键, 闭式(3C-2e)硼键, 开式(3C-2e)硼桥键。
化学竞赛无机化学绝密课件-硼族元素
H B8
B10 H
H H B1
H
H B9 H
B2
B3
H
B6 H
H
两
B4 H
图
H
中
H B5
B7 H
序
号
是
对
应
的
硼骨架相当 于缺少 2个顶点 的正 20 面体。
H
H
H BH
H
B
B
H
H BH
H
H
如图是丁硼烷－10（B4H10） 的键联关系
H
H
H BH
H
B
B
H
H BH
H
H
B－H 键 6 个 B－B 键 1 个 氢桥键 4个
12. 1 硼单质
无定形硼为黄棕色粉末。 晶体硼黑灰色，高硬度， 高熔点。
12. 1. 1 晶体硼的结构 晶体硼单质的基本结构单元为 正二十面体，十二个硼原子占据多 面体的顶点。
正二十面体共 20 个面，每个面 都是正三角形； 每个面角都是五面角；共 12 个顶点。
我们称这种基本结构单元为 B12
B2H6 和 LiH 两者在乙醚介质 中发生如下反应生成 LiBH4
乙醚
B2H6 + 2 LiH ———— 2 LiBH4
乙醚
B2H6 + 2 LiH ———— 2 LiBH4 该反应的关键环节是
H H B + HLi ———
H HBH
－
Li +
H
H
LiBH4 是白色固体，火箭推进剂。
B2H6 和 NH3 以 1：2 混合，高 温下可制得硼氮六环 B3N3H6 ：
四个端基 H 和两个 B 形成 分子平面。
硼族元素.ppt
N a 2 B 4 O 7 1 0 H 2 O 8 7 8 ℃ B 2 O 3 + 2 N a B O 2 + 1 0 H 2 O
硼砂
• 硼砂珠试验——鉴定金属离子
硼砂与B2O3、B(OH)3一样，与一些金属氧化物共熔 →带特征颜色的偏硼酸盐。
Na2B4O7+CoO=2NaBO2.Co(BO2)2 蓝宝石色
2.04
Al 3s23p1
+3 118 1.61
Ga In Tl 4s24p1 5s25p1 6s26p1 +3(+1) +3,+1 +1(+3) 126 144 148
1.81 1.78 1.8
硼族元素基本性质
◆ 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
2Cr(BO2)3·6NaBO2 Cu(BO2)2 CuBO2 Fe(BO2)2 Fe(BO2)3 Ni(BO2)2 MnO2·2B2O3
绿色 蓝色 红色 绿色 棕色 黄棕 紫色
三氧化二铝 2. 铝的含氧化合物
多种变体, -Al2O3 , -Al2O3 (I) -Al2O3 自然界存在刚玉:熔点高,硬度大 (II) -Al2O3 吸附剂和催化剂 天然宝石: 透明氧化铝晶体含不同杂质而呈现鲜明颜色
本章主要内容
● (一) 硼、铝单质、氢化物、卤化物、含 氧化合物的结构和性质
● (二) 了解硼、铝化合物的缺电子性 ● (三) 硼族元素性质递变规律
§16.1 硼族元素通性
● 硼(B) 铝(Al) 镓(Ga) 铟(In) 铊(Tl)
B
价电子结构 2s22p1
高中化学竞赛辅导无机化学15.1硼及其化合物知识点素材
第十五章 硼族元素Chapter 15 The Boron Family ElementsBoron (B) Aluminum (Al) Gallium (Ga) Indium (In)Thallium (Tl)Electron configuration ：n s 2n p 1§15-1 硼及其化合物 Boron and its Compounds一、General Properties1．硼的化学性质与Si 有某些相似之处（对角线相似原则）,通常硼呈现+3氧化态,负氧化态的情况很少。
硼与金属形成非化学计量的化合物（nonstoichiometric compounds ）,M 4B 、M 2B 、MB 、M 3B 4、MB 2、MB 6等。
(1) B 2O 3与SiO 2都是固态酸性氧化物,Al 2O 3是两性,CO 2是气态酸性; (2) H 3BO 3与H 4SiO 4都是很好的酸； (3) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似；(4) 硼烷、硅烷可形成多种可燃性气态物质,而AlH 3是固态。
2．在自然界中,硼以硼砂（borax ）：Na 2B 4O 7·10H 2O,四水硼砂（kernite ）：Na 2B 4O 7·4H 2O,天然硼酸 ( sassolite ）：H 3BO 3存在。
3．硼在自然界中丰度之所以低,是因为Li He B 734210105+→+n ,所以硼材料可作为核反应堆的减速剂和生物防护。
二、The Simple Substance1．Boron has several allotropic forms. 无定形硼为棕色粉末, The crystals ofboron are black. 高熔沸点（m.p. 2300℃,b.p. 2550℃）单质硼有多种复杂的晶体结构,其中最普通的一种是α - 菱形硼,其基本结构单元为正二十面体的对称几何构型,然后由B 12的这种二十面体的布起来组成六方晶系的α - 菱形硼。
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℃)
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。
无机化学教学13章硼族元素PPT课件
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
《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。
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这种新类型的化学键，是由于 B
的缺电子结构造成的。 下面以 B10H14，癸硼烷 － 14 为
例说明硼氢化合物中的常见键型。
B10H14，癸硼烷－14 的键联关系
H B
H H B B H HB BH B H H
H B
B H
H
HB
H
B H
硼氢化合物中有 5 种常见键型
H B B H HB H H B
结。见图中虚线。
虚线三角形角顶位置的 3 个 B 原子之间共用 2 个电子成键。 即所谓 “三中心二电子键”。
三中心二电子键所用的 B 原子，
为 B12 单元中层的 B 原子。
关于三中心二电子键这类新的化 学键后面将要详细介绍。
前后片层之间，通过 B－B 键结合。
这些 B 原子是 B12 结构单元中，前
晶体硼黑灰色，高硬度，
高熔点。
12. 1. 1 晶体硼的结构
晶体硼单质的基本结构单元为
正二十面体，十二个硼原子占据多
面体的顶点。
正二十面体共 20 个面，每个面
都是正三角形； 每个面角都是五面角；共 12 个顶点。
我们称这种基本结构单元为 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
这个硼原子在形成硼桥键时提供
一个原子轨道及其中的一个电子。
H B
B H
H H B
H HB B H
HB
BH
H H B
B H
H B H
闭合式硼键
B B B
4个
闭合式硼键中成键的 3 个硼原 子彼此等价
没有哪一个属于桥上的原子。
这 3 个硼一共提供 2 个电子。
成键 中心数 电子数 B－H B－B 氢桥键 2 2 3 2 2 2
第十二章硼 B硼族源自素硼砂Na2B4O7•10 H2O
硼镁矿 Mg2B2O5•H2O 等
硼在地壳中的质量含量
为 1.0 10－3 %
铝 Al 铝硅酸盐矿物
铝土矿 Al2O3·n H2O
铝在地壳中的质量含量为 8.2 %
列第 3 位
镓、铟、铊在地壳中含量很低，且分散无 富矿，属于典型的稀散元素。 它们在地壳中经常以硫化物形式存在，而 不是与氧结合在一起。
在 900℃ 以上，硼与金刚石反应。 2000℃ 以上硼可以与碳反应生成一 系列产物。
赤热下，无定形硼可以与水蒸气作用 生成硼酸
2 B + 6 H2O（g）——— 2 H3BO3 + 3 H2
在高温下硼也能与金属反应生成金 属硼化物，如 Nb3B4，ZrB2，LaB6 等。
还有许多金属与硼反应生成的化合
H H B
H HB
B H
B H
H B H
BH
B－H
10 个
B－B
2个
H B
B H HB H H B
H H B
H HB
B H
B H
H B H
BH
氢桥键
B
H
B
4 个
H B H H B H HB B H HB H B
B H
H B H H B H
BH
硼桥键
B
B
B
2个
硼桥键与氢桥键不同的是，处于 桥上的是硼原子而不是氢原子。
镓 Ga
与 Zn，Fe，Al，Cr 等矿共生。
工业上镓主要来源于铝土矿
和闪锌矿的冶炼残渣。
铟 In 与闪锌矿（ZnS）， 方铅矿（PbS）共生。 铊 Tl
与闪锌矿共生。
铟和铊则主要是从冶炼锌和铅的
残留物中回收。
此外焙烧黄铁矿生产硫酸过程中，
铊也作为一种副产物被回收。
12. 1 硼单质
无定形硼为黄棕色粉末。
碳氢化合物种类多。 硼烷的结构比烷烃复杂得多。
12. 2. 1 硼烷的结构
从 B 的氧化数考虑，最简单的
硼烷理应是 BH3。 但结构研究表明，它的分子式 是 B2H6。
B2H6 分子内键联关系，如图
所示
B sp3 不等性杂化
端基 H 和 B 之间形成 键 （s －sp3 ） 四个端基 H 和两个 B 形成 分子平面。
硼与其他非金属反应的产物及
所需温度条件列在下表中
非金属单质
Cl2
Br2
I2
S
S
反应温度/℃ 400 600 700 600 1600 产物 BCl3 BBr3 BI3 B2S3 B12S
单质
P
N2
As
Si
Si
温度/℃ 1000 1050 产物
800 < 1370 >1370 B4Si B6Si
（c）BAs BP BN
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。 B12 单元在空间采取不同的排布方 式，则形成晶体硼单质的不同晶型。
B12 单元在空间如图所示排布，
即为最普通的一种， －菱形硼。 在这种晶体中， B12 单元按层排布。
每个 B12 单元，与同一层中的 6 个 B12 单元以三中心二电子键联
部和后部的硼原子。
12. 1. 2
硼的化学性质
硼常温下不活泼，只能与 F2 反应 2 B + 3 F2 —— 2 BF3 硼的化学是高温化学 450℃ 硼与氧气反应 4 B + 3 O2 —— 2 B2O3
但生成的三氧化二硼覆盖层阻碍
进一步氧化，所以反应会逐渐停止下
来。 只有 1000 ℃ 以上覆盖层蒸发， 反应才得以持续进行。
见左侧一个 B 中的另 2 个 电子的成键情况。
H B
H
0
B H HB B H BH H H B B H
H B1
1
H
HB
H
B H
H B1
1
0 1
中间两个 H 不在分子平面内，上 下各一个，其连线垂直于分子平面。
上面的 H 和下面的 H，分别
与 B 形成氢桥键。 氢桥键属于三中心二电子键。
左边 B sp3 轨道 1个e
上面 H s 轨道 1个e
右边 B sp3 空轨道 0个e
左边 B
sp3 空轨道 0个e
下面 H
s 轨道 1个e
右边 B
物，其化学式尚未确定。
硼可以与氧化性的酸起反应 B + 3 HNO3（浓）—— H3BO3 + 3 NO2↑ 有氧化剂存在时，硼才可以与
熔融的强碱起反应 2 B + 2 NaOH + 3 KNO3 ——— 2 NaBO2 + 3 KNO2 + H2O
熔融
12. 2
硼烷
硼氢化合物称硼烷，硼烷远没有
键数 10 2 4
电子 总数 20 4 8
硼桥键
闭合式 硼键
3
3
2
2
2
4
4
8 44
成键电子共
每个 B 有 3 个价电子 每个 H 有 1 个价电子 B10H14 共有 44 个价电子 每个 B 的电子怎样用在
化学键中?
激发杂化后，每个 B 有 3 个单电子。
每个 B－H 键都用掉 B 的 1 个电子。 另外 2 个价电子呢 ？