1、IIIA B Al Ga In Tlns2np1B 為非金屬，Al、Ga、In、Tl 是金屬。常見氧化態：B、Al、Ga 3 In 1，3 Tl 1最大配位數：B： 4 HBF4 其它：6 Na3AlF6 硼族元素的最大特征是缺電子元素，可形成缺電子化合物。16 - 1 硼族元素通性第1頁/共62頁硼 B 硼砂 Na2B4O7 10H2O 硼鎂礦 Mg2B2O5 H2O 等 在地殼中的質量分數為 1.0 103 % A B，Al，Ga，In，Tl硼、鋁、鎵、銦、鉈第2頁/共62頁鋁 Al 鋁礬土 Al2O3 在地殼中的質量分數為 8.2 % 第 3 位鎵 Ga 與 Zn，Fe，Al，Cr 等礦

2、共生 在地殼中的質量分數為 1.8 103 % 第3頁/共62頁銦 In 與閃鋅礦、方鉛礦共生 在地殼中的質量分數為 4.9 106 % 鉈 Tl 與閃鋅礦共生 在地殼中的質量分數為 6 105 % 第4頁/共62頁 硼族元素特征缺電子缺電子原子缺電子原子B Al BeB Al Be價電子數價電子數 價層軌道數價層軌道數第5頁/共62頁 缺電子的特征表現：(1) 可形成多中心缺電子鍵，如B2H6中有3c-2e鍵。(2) 缺電子化合物是典型的Lewis酸。 a. 易形成配位化合物，例如：HF+BF3HBF4 b.易形成雙聚物，例如：Al2Cl6中有配位鍵。第6頁/共62頁16 2 硼族元素單質及

3、其化合物無定形硼無定形硼晶形硼晶形硼棕色粉末棕色粉末黑灰色黑灰色化學活性高化學活性高硬度大硬度大熔點，沸點都很高熔點，沸點都很高16 2 1 硼單質1 硼的同素異形體第7頁/共62頁 晶體硼單質的基本結構單元為正二十面體，12 個硼原子占據多面體的頂點。 這種基本結構單元稱為 B12 B12 單元中，前面 3 個硼原子構成的三角形，其所在的平面與后面 3 個硼原子構成的三角形所在的平面互相平行。中層 6 個硼原子不在同一平面內。第8頁/共62頁 B12 單元在空間采取不同的排布方式，則形成晶體硼單質的不同晶型。 上圖即為 B12 單元的一種最普通的空間排布 ， 菱形硼。第9頁/共62頁2 單質

4、硼的化學性質 硼常溫下可以與 F2 化合： 2 B + 3 F2 2 BF3 硼在空氣中燃燒，放出大量的熱： 4 B + 3 O2 2 B2O3 赤熱下，無定形硼可以同水蒸氣作用生成硼酸： 2 B 6 H2O g 2 B OH 3 3 H2（ ） （ ）第10頁/共62頁 在高溫下硼能同 N2，S，X2 等非金屬單質反應：2 B + 3 Cl2 2 BCl32 B + N2 2 BN2 B + 3 S B2S3第11頁/共62頁 B + 3 HNO3（濃） H3BO3 + 3 NO2 無定形硼不與非氧化性酸作用，但可以和熱濃硫酸、熱濃硝酸起反應： 2 B + 3 H2SO4（濃） 2 H3BO

5、3 + 3 SO2第12頁/共62頁 但是，有氧化劑存在時，硼就可以和熔融的強堿起反應: 2 B + 2 NaOH + 3 KNO3 2 NaBO2 + 3 KNO2 + H2O 硼單質可以抵御沸騰的 NaOH 溶液和 500 熔融的 NaOH 的作用。第13頁/共62頁3 硼單質的制備 （1）工業用堿法分解硼鎂礦制取單質硼；主要涉及以下五步反應： Mg2B2O5H2O + 2 NaOH 2 NaBO2 + 2 Mg OH 2 （1）（ ） 4 NaBO2 + CO2 + 10 H2O Na2B4O7 10 H2O + Na2CO3（2） Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O 4 H

6、3BO3 + Na2SO4 （3）第14頁/共62頁 2 H3BO3 B2O3 + 3 H2O （4） B2O3 + 3 Mg 3 MgO + 2 B（5） Mg2B2O5 H2O + 2 H2SO4 2 H3BO3 + 2 MgSO4 （2） 工業上也有酸法生成硼單質的工藝，即用硫酸與硼鎂礦反應一步制得硼酸：第15頁/共62頁16 2 2 鋁單質 1 鋁的提取和冶煉鋁礬土Al2O3 NaOHNaAl(OH)4溶液通入CO2 Al(OH)3沉淀 分離、焙燒 較純凈的Al2O3 電解 熔融Na3AlF6鋁第16頁/共62頁 2 鋁單質的性質 （1）鋁可以從其它金屬氧化物中置換出金屬 2 Al F

7、e2O3 2 Fe Al2O3 （2）在高溫下，鋁容易同 P、S、Si 等非金屬反應 2 Al3 S Al2S3 鋁為銀白色金屬，熔點為 660 ，機械性能好，是重要的結構材料和良好的導電材料。第17頁/共62頁 鋁與鹽酸和氫氧化鈉反應均可以放出氫氣。 2 Al + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O 2 NaAl OH 4 + 3 H2（ ） （3）鋁最重要的性質是兩性。 鋁不能同 H2 直接化合， (AlH3)n 要在乙醚中制備3n LiH n AlCl3 (AlH3)n 3n LiCl (AlH3)n是白色的聚合物，當反應混合物中LiH過

8、量時，將有Li(AlH4)生成。第18頁/共62頁 Ga，In 都是銀白色的金屬，Tl 呈銀灰色。16 2 - 3 鎵、銦、鉈 Ga 的熔點 29.78 ，在手中即可以熔化。但 Ga 的沸點為 2434 k，鎵以液相存在的溫度跨度最大。 Ga 可制成測量高溫的溫度計。 1、物理性質第19頁/共62頁 鎵的化學性質和鋁很相似，但沒有鋁活潑。只有鎵能與苛性堿溶液反應放出氫氣。 鎵、銦和鉈三種金屬都能溶于稀鹽酸，但只有加熱時反應速率才比較快。 鎵、銦和鉈三種金屬與氯氣及溴的化合，在常溫下就可以進行，在高溫下，它們都可以與 O2、S、P、As 等非金屬單質直接化合。2、化學性質第20頁/共62頁 鎵、

9、銦、鉈正三價化合物越來越不穩定，正一價化合物越來越穩定： 2 Ga 3 H2SO4 Ga2(SO4)3 3 H2 2 In 3 H2SO4 In 2(SO4)3 3 H2 2 Tl H2SO4 Tl2SO4 H2 Ga 6 HNO3 Ga (NO3)3 3 NO2 3 H2O 2 Tl 2 HNO3 TlNO3 NO2 H2O 第21頁/共62頁 Tl(III) 是很強的氧化劑，例如： Tl2 ( SO4)3 4 FeSO4 Tl2SO4 2 Fe2(SO4)3Tl (NO3)3 SO2 2 H2O TlNO3 H2SO4 2 HNO3 2 Tl 3 3 S2 Tl2S (藍黑色) 2 S第2

10、2頁/共62頁16 2 4 硼的重要化合物 1、 最簡單的硼烷是 B2H6 2 BH3(g) B2H6(g) rH 148 kJmol1sp3一、硼的氫化物（硼烷） 硼氫化合物的物理性質相似于烷烴，故稱之為硼烷。第23頁/共62頁三中心兩電子氫橋鍵BBHHHHHH119pmHBBHHHHH133pm第24頁/共62頁2、性質 （1）乙硼烷是一種還原性極強的物質，在空氣中自燃： B2H6 + 3 O2 B2O3 + 3 H2O自燃 （2）乙硼烷也能被氯氣氧化： B2H6（g）+ 6 Cl2（g） 2 BCl3（l）+ 6 HCl（g） 第25頁/共62頁（3）乙硼烷極易水解： B2H6 + 6

11、H2O 2 B OH 3 + 6 H2 （ ） (4) B2H6 和 NH3 反應，高溫下可制得被稱為“無機苯環”的氮硼烷 B3N3H6 它與苯是等電子體，具有平面六邊形結構，如圖所示：第26頁/共62頁3、制備 （2）氫化法 2 BCl3 + 6 H2 B2H6 + 6 HCl 4 BCl3 + 3 LiAlH4 2 B2H6 + 3 LiCl + 3 AlCl3 （3）在乙醚介質中，使用氫化鋁鋰還原 BCl3 可以得純度較高的乙硼烷。 （1） 質子置換法 2BMn + 6H B2H6 Mn3第27頁/共62頁硼烷中有五種鍵型 硼氫鍵 BH 硼硼鍵 BB 氫橋鍵BBH閉合的3中心2電子硼橋鍵

12、BBB開放的3中心2電子硼橋鍵*BB B*量子化學研究認為此種鍵可以不予考慮第28頁/共62頁癸硼烷-14(B10H14)的鍵聯關系示意圖五種鍵型第29頁/共62頁 BH10 個 硼氫化合物中有 5 種常見鍵型 B5H1H2B8B7H3H4B10B2B3B4B6B9HHHHHHHHHHB1第30頁/共62頁BB2 個 硼氫化合物中有 5 種常見鍵型 B5H1H2B8B7H3H4B10B2B3B4B1B6B9HHHHHHHHHH第31頁/共62頁BBH氫橋鍵4 個 硼氫化合物中有 5 種常見鍵型 HHB5H1H2B8B7H3H4B10B2B3B4B1B6B9HHHHHHHH第32頁/共62頁2

13、個BBB開式硼橋鍵 硼氫化合物中有 5 種常見鍵型 B5H1H2B8B7H3H4B10B2B3B4B1B6B9HHHHHHHHHH第33頁/共62頁閉式硼橋鍵 BBB4 個 硼氫化合物中有 5 種常見鍵型 B5H1H2B8B7H3H4B10B2B3B4B1B6B9HHHHHHHHHH第34頁/共62頁二、硼的含氧化合物 硼氧鍵鍵能很大，所以在自然界中不僅沒有游離態單質硼存在，而且也沒有不含氧元素的化合態硼存在。 硼被稱為親氧元素，能形成含氧化合物是硼的最顯著的特征之一。第35頁/共62頁1B2O3 結構 氣體 B2O3 分子的構型為 “V ” 字形 OOBOB B 采取sp雜化 晶體狀B2O3

14、是畸變四面體BO4組成的六方晶格無定形B2O3是三角形BO3單元構成第36頁/共62頁2 B2O3 和 H3BO3 B2O3 是最難結晶的物質之一。在紅熱條件下硼酸脫水只能得到玻璃態的 B2O3，只有在較低的溫度下、極其緩慢地脫水才能得到 B2O3 晶體。 若水量不充足，如遇到熱的水蒸氣或潮氣時生成揮發性的偏硼酸 B2O3 H2O ( g ) 2 HBO2 ( g ) B2O3易溶于水生成硼酸，粉末狀的B2O3可用作吸水劑 B2O3 3 H2O 2 H3BO3 (aq)第37頁/共62頁 B2O3 和金屬氧化物共熔融時，生成有特征顏色的偏硼酸鹽熔珠，可用于鑒定金屬氧化物，稱之為硼珠試驗。 Cu

15、O + B2O3 Cu BO2 2（ ）藍色 Fe2O3 + 3 B2O3 2 Fe BO2 3（ ）黃色第38頁/共62頁B：SP2雜化，還有一個沒參加雜化的空的 p 軌道存在； 硼酸具有片層狀結構，層與層之間以分子間力聯系在一起。因此，硼酸晶體有解離性，可作為潤滑劑。 第39頁/共62頁H3BO3是Lewis酸，是一元酸。OHOHOHB 2OOHBOHOHOH H 硼酸的缺電子結構，使其顯酸性的機理與一般的弱酸有所不同。 Ka 5.8 1010第40頁/共62頁 硼酸酸性很弱，Ka5.81010，加入多羥基化合物可增加酸性。 因為加入的物質可以與B(OH)4結合成很穩定的物質，如在硼酸中加

16、入甘油：OHOCHCH2CH2OBOHOCHCH2CH2O第41頁/共62頁 H3BO3 + H2O B OH 4 + H+（ ） 結構單元 B C3H6O3 2 ，消耗了B OH 4 ，使硼酸解離平衡右移。（ ）（ ） 于是 H+ 增加。第42頁/共62頁 這個反應類似于酸堿中和反應。 H3BO3 遇到某種比它強的酸時，可以顯堿性，如： B OH 3 + H3PO4 BPO4 + 3 H2O（ ）第43頁/共62頁H3BO3 3 CH3OH B(OCH3)3 3 H2OH2SO4燃燒綠色火焰可鑒別硼酸及鹽第44頁/共62頁 硼砂 Na2 B4O5 OH 4 8 H2O 是硼的最主要的含氧酸鹽

17、，白色，玻璃光澤。（ ）3 硼砂及其它硼酸鹽第45頁/共62頁B4O5(OH)42B: sp2 雜化 sp3 雜化第46頁/共62頁 硼砂晶體在空氣中易失去水而風化。受熱到400 C左右，將失去 8 個結晶水和 2 個羥基水，形成化學式為 Na2B4O7 的無水鹽。 第47頁/共62頁 硼砂屬于弱酸強堿鹽，其水解反應為： B4O5 OH 42 + 5 H2O 2 H3BO3 + 2 B OH 4 （ ）（ ） 生成等物質的量的弱酸和弱酸鹽，形成緩沖溶液。 0.01 moldm3 的硼砂溶液 pH = 9.24。第48頁/共62頁 硼砂珠實驗可用于除氧化物，定性分析，玻璃、陶瓷上釉、制造人造寶石

18、等。 硼砂珠實驗: Na2B4O7 B2O3 2 NaBO2 Co B2O3 Co (BO2)2 Na2B4O7 CoO 2 NaBO2Co(BO2)2CoO 為綠色 , Fe2O3 為黃色.第49頁/共62頁 偏硼酸鈉與過氧化氫作用，可以生成過硼酸鈉： 該反應的實質，是偏硼酸根中與硼相連的一個氧原子被過氧化氫鏈 OO取代，大量的過硼酸鈉被用于洗衣粉中作增白劑。NaBO2 H2O2 NaBO3 H2O 第50頁/共62頁化學鍵 三角形和四面體的輪廓線 硼酸鹽的種類很多，結構也很復雜，但都是由最基本的結構單元三角形的BO3和四面體的BO4聯結而成的。 (a) (b)第51頁/共62頁三、 硼的鹵

19、化物 BX3的中心硼原子的軌道采用sp2雜化，構型為三角形，為缺電子結構。 XBX X BF3 BCl3 BBr3 BI3 氣體 氣體 液體 固體第52頁/共62頁 將 BF3 通入水中: BF3 3 H2O B(OH)3 3 HF 進一步反應: BF3 HF H BF4 BX3水中發生強烈水解：BCl33 H2O B(OH)33 HCl BX3 是典型的強的路易斯酸，如：BF3(g) NH3 H3NBF3第53頁/共62頁16 2 5 鋁的重要化合物 -Al2O3 化學性質活潑，既可溶于酸也可溶于堿； 具有強的吸附能力與催化能力 -Al2O3 剛玉 一、鋁的氧化物第54頁/共62頁鋁的含氧化合物最重要的性質是兩性： Al(OH)3 3 HCl AlCl3 3 H2OAl(OH)3 NaOH NaAl(OH)4第55頁/共62頁二、 鋁的三鹵化物 A族除 B 的鹵化物及A族元素的氟化物以外，均為二聚形式，如：(GaCl3)2，(InCl3)2，(AlBr3)2，(AlI3)2， (GaBr3)2等。 AlCl3 中鋁為 sp3 雜化第56頁/共62頁 AlCl3 在水中強烈水解，因此制備無水AlCl3 可用干燥的氯氣作氧化劑在高溫下制備：2 Al + 3 Cl