无机化学总结硼族元素x
时间：2020-10-19 07:23:40 来源：小苹果范文网 本文已影响 人 
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=2B2O3
3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,X2等非金属单质反应
2B+N2=2BN
2B+3CI2=2BCI2
2B+3S=B2S3
6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+3HN0 3(浓)=B(OH) 3+3NO2 f
2B+3H 2SO4(浓)=2B(0H) 3+3SO2 f
8有氧化剂存在时，硼与强碱共熔可得到偏硼酸盐：
2B+2NaOH+3KNO 3=2NaBO2+3KNO 2+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) 2
4NaBO2+CO2+10H2O=NaB4O7?10H2O+Na2CO3
NaB4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO4
2H3BO3=B2O3+3H2O
B2O3+Mg=2B+3MgO
用硫酸与硼镁矿反应一步制得硼酸：
Mg 2B 2O5?H2O+2H 2SO4=2H 3BO 3+2MgSO 4
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。硼烷中常出现五种类型的化学键，其中有包括氢桥键，硼桥键与闭合式硼键 的三种缺电子的三中心二电子键与两种一般的化学键 硼氢键 B-H、硼硼
键 B-B。
①乙硼烷
B2H6就是最简单的硼烷。BH3不存在就是由于B的价轨道没有被充分利用, 且配位数未达到饱与，又不能形成稳定sp2杂化态的离域n键。
乙硼烷的结构：
每个硼原子均采取sp3杂化,4个杂化轨道中有3个单电子轨道与一个空轨道。
上方氢原子的有1个电子的1s轨道与两个硼原子的共含1个电子的两个sp3杂化 轨道三者互相成键。这种键称为三中心二电子键，同时由于其类似一座桥，故称为 氢桥键。
1976年,威廉?利普斯科姆因为硼烷结构的研究得到诺贝尔化学奖。
乙硼烷的性质
自燃性：乙硼烷就是一种还原性极强的物质，在空气中可以自燃
B2H6(g)+3O2(g)=B 2O3(s)+3H2O(l)
水解:B2H6+6H2O=2B(OH) 3j +6H2T
从上述的反应我们知道，硼烷类化合物遇水、遇氧气极不稳定，容易失效，因此在硼 烷化合物的储存与运输过程要在无水无氧条件下进行。
被氯气氧化：B2H6(g)+6CI2(g)=2BCI3(|)+6HCI(g)
乙硼烷的制备：
(1)质子置换法:Mg 3B2+6H+ t B2H6+3Mg 2+
(2 )氢还原发:2BCI+6H 2t B2H6+6HCI
(3)负氢离子：3LiAIH 4 +4BCI 3 t 2B2H6 + 3LiCI+ 3AICI 3
硼的含氧化合物
①三氧化二硼(又称氧化硼、硼酸酐)
无色玻璃状晶体或粉末，熔点450C。具有强烈吸水性而转变为硼酸，故应于 干燥环境下密闭保存，防止吸水变质导致含量下降。微溶于冷水，易溶于热水中。
B2O3(s) + 3 H 2O(I) = 2 H 3BO3
B2O3(s) + H2O(g) = 2 HBO 2
3B2O3+3H 2O=B 3O3(OH) 3
在熔融条件下B2O3与金属氧化物化合，能得到有特征颜色的片硼酸盐熔珠，例 如
CuO+B2O3=Cu(BO2)2 蓝色
FdO3+3B2O3=2Fe(BO2)3 黄色
②硼酸
B(OH)3化学性质
1?一元Lewis弱酸:不就是三元质子酸
B（OH）3+ H2O=B（OH）4 - +H + Ka = 5 、8 X 10-10,很弱
与多元顺式羟基化合物反应，酸性增强
3、与单元醇反应
H2SO4
H3BO3+3CH3OH====== B(OCH 3)3+3H2O
4、与强酸时,显碱性
PTCI.C1RNaB02HH-I 311
PTCI.C1R
NaB02
HH-I 31120
Mg2B2
Mg2B2O5 ? H2O
四硼酸钠（硼砂,Borax）（重点）
（一）硼砂晶体结构
1?四硼酸根[B4O5（OH）4]2-
2 个 B: sp2 BO3
另 2 个 B: sp3 BO4
氢键
2.各 [B4O5（OH）4]2- > 成链
（二）T升高,硼砂溶解度
偏硼酸T/C 10 50 100S /g/100g H2O 1、
偏硼酸
T/C 10 50 100
S /g/100g H2O 1、6 10、6 52、5 可用重结晶法提纯
(三)硼砂化学性质
1.标准缓冲溶液 (重点) 缓冲原理 :
[B4O5(OH)4]2- + 5H2O = 2H3BO3 + 2B(OH) 4-
+OH - +H+
1:1 摩尔比
外加少量H+或OH-,本身pH变化小。20C pH=9、24
2、 制备 (BN)x
Na2B4O7+10 H2O + 2 NH 4Cl= 2NaCl +B 2O3(g) + 4H2O+ 2BN
(四)硼砂珠试验——鉴定金属离子
硼砂与B2O3、B(OH)3 —样，与一些金属氧化物共熔一带特征颜色的 盐。
例 Na2B4O7+CoO
Co(BO2)2 ? 2NaBO2 蓝色
3Na2B4O7+Cr2O3 ——2Cr(BO2)3 ? 6NaBO2 绿色
TOC \o "1-5" \h \z Cu(BO 2)2 蓝
CuBO 2 红
Fe(BO2)2 绿
Fe(BO2)3 棕
Ni(BO 2)2 黄棕
Mn02 ? 2B2O3 紫色
硼的卤化物 BX 3(X=Cl Br I):
?BX3的结构:B采取sp2杂化。分子构型为三角形，硼原子周围有6个电子，属于 缺电子结构。
?键能/kJ?mol-1结构:
BF3
BF3 BCl3 BBr3
BI3
室温下聚集态： g g
熔点/C
-127、1
沸点/C
-100、4
键级
3 + 1
键长/pm
B-F 132
结构 平面三角形
l s
-107 -46 49、9
12、7 91、3 210
46
(正常B-F单键150)
B-X 键能
B-X 键能 613、3 456 377
263、6 (F I )
BCI3、BBr3 II 64较弱,BI3可忽略U 64
卤化物的水解：BX3+3H2O=B(OH)3+3HX (Cl Br I) 4BF3+3H2O=B(OH)3+3H[BF4]
BF3+HF=HF BF3
亲核机理BX3(g) + 3H2O(l) = B(OH) 3(s) + 3HX (g)
亲核机理
X = Cl , △ rG = -157、07 kJ mol-1 < 0
X = F , △ rG = +29、59 kJ mol-1 > 0 S、S、, 298K, BF3 水解非自发
Lewis 酸性：
BX3就是缺电子化合物，可与Lewis碱加合
BF3 + :NH3 = F3BJ NH3
BF3 + HF
BF3 + HF
HBF4 氟硼酸,
强酸（似H2SiF6）
BX3 + X
BX4
sp2 sp3
2、 Lewis 酸性强弱顺序 : BF3 < BCl3 < BBr3 > BI3
若只考虑电负性 :
BF3 > BCl3 > BBr3 > BI3
若只考虑46强度\ :
BF3 BCl3 BBr3 BI3
二:铝单质及其化合物
2、1:铝的物理性质
铝就是银白色金属，熔点就是660、32C,沸点在2519C,密度2、699g/cm3;因 为铝的密度较小 ,所以被广泛用于制造轻合金 ,作为飞机与航天器的材料。而且铝 具有良好的延展性 ,能代替铜用来制作电线 ,尽管其导电性能不如铜 ,但却有资源 丰富与密度小的优势。
2、 2:铝的化学性质
首先要明确铝的最重要的化学性质在于它具有两性 ,即:铝不仅可以与酸 反应生成对应的盐与氢气(铝属于一种活泼的金属)，铝还可以与强碱(如NaOH)生 成偏铝酸盐以及氢气 )
反应的方程式为：铝与酸反应，2AI +6 HCl =2AICI 3+3H2 T
铝与碱反应，2AI +2NaOH+2H2O=2NaAIO2+3H2 T
铝在空气中易于中的氧气发生反应 ,生成一种致密的氧化膜 ,可以保护内部 的铝不再与氧气与水发生作用 ,甚至遇到浓硝酸或浓硫酸时也可以不发生作用 ,所 以铝可以用来做日用器皿的材料。
但就是 NaCI 可以腐蚀致密的铝的氧化膜 ,所以 长期盛放在铝制器皿中的菜肴容易败坏就就是这样的原因。
工业上铝的制备方法及流程
因为铝在自然界中大多以氧化物存在于它的矿物里面 ,所以工业上通 常采取化学法来制备单质铝。
而铝矾土就是提取与冶炼铝的主要原料。
制备流程 如下:
首先用碱浸取铝矾土 ,并加压煮沸 ,使其中的铝元素以铝酸盐形式存在
Al 2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH) 4]
再过滤将铝酸钠溶液与一些不溶性杂质分开。
之后通入CO2调节pH,使AI(OH) 3 沉淀,析出;
2Na[AI(OH) 4]+CO 2=2AI(OH) 3 J +Na2CO3+H2O
经分离,焙烧得到符合电解需要的较纯净的 AI2O3:
2AI(OH)3=AI2O3+3H2O
将Al 203溶解在熔融的冰晶石(Na3[AIF 6],主要目的在于降低 Al 2O3的熔点)，在
1223K 下进行电解。在阴极上得到金属铝。电解反应可以表示为 :
2Al2O3=4AI+3O2f
电解出来的铝定时的放出 ,冷却制成铝锭。即可得到工业用 AI
铝与硼相似 ,都就是亲氧元素 ,可以与氧气化合并且放出大量的热 ,工业生产中 也可以用该反应来从其她金属氧化物置换出金属。
我们通常称其为铝热反应。
例 如铝粉与氧化物粉末的混合物 ,点燃镁条引发反应 :
2AI+Fe2O3=2Fe+AI2O3
反应放出来的热量可以使体系升温至 3000C以上，产物中的Fe将被熔化。
这个反应可以用来焊接损坏的铁轨。
在高温下,铝容易同 P, S , Si 等非金属反应 ,例如:
2AI+3S=AI 2O3
铝就是不可以直接与氢化合的，但就是铝的氢化物(AIH 3)n就是存在的。制 备需要在乙醚的环境中进行 ,3n LiH+ n AICI = (AIH 3)n+3nLiCI
但就是当混合物中中的 LiH 过量时,将有氢化锂铝 (LiAIH4) 生成、氢化锂铝就 是重要的还原剂 ,尤其在有机反应中十分重要。
2、 3:铝的含氧化合物
AI2O3主要有两种晶型，a — AI2O3与 丫 一 AI2O3。a — AI2O3就是由铝在 氧气中燃烧或者高温灼烧就是 AI(OH) 3脱水而得°a— Al 2O3俗称刚玉，物理性质 就是硬度非常高 ,仅次于金刚石 ;化学性质就是其不溶于水 ,也不溶于酸或碱中。
丫一 AI2O3就是在较低的温度下加热使 AI(OH) 3脱水得到。它的化学性质较为活 泼，较易溶于酸或碱中。并且当丫一 Al 2O3强热时，可以转变成a— AI2O3。
⑵Al3+可以与氨水反应，生成AI(0H)3,且产物不溶于过量的氨水中；与之相对应的
Al3+与NaOH反应生成 AI(OH) 3,而其可以溶于过量的 NaOH中,生成铝酸钠
Na[AI(OH)4],说明AI(OH)3也就是一种两性物质，即为两性氢氧化物。
AI(OH) 3 + NaOH = Na[AI(OH)4]
2、4:铝的三卤化物
(1)化合物类型:离子化合物有：AIF3(气体分子为单分子形式存在)
共价化合物有:AICI 3 ,AIBr3 ,AII 3 (气体分子均就是二聚的)
二聚分子的结构示意图(如AICI 3)
CICI
CI
CI
在如图所示的AIC3分子中，每个AI原子均为sp3杂化，各有一个空出的轨道。氯原 子处于以AI为中心的四面体的4个顶点位置。分子中有桥式氯原子，可以理解为, 桥式氯原子在与左边的铝成 c键的同时，与右边的铝的空轨道发生配位。也可以 认为氯桥键就是一个三中心四电子键 晶,左边的铝提供一个电子，桥式氯原子提
供3个电子。
AIC3二聚分子的形成原因就是铝原子缺电子结构的原因 ;AI:1s22S22p63s23p1
AIC3在水中可以与水剧烈反应，原理即为水解反应，因此在水溶液中不能结晶出 它的无水盐。无水三氯化铝可用干燥的氯气做氧化剂在高温下制备 ：
加热
2AI + 3C2 ====2AIC3
AIC3易溶于乙醚等有机溶剂，因为根据相似相容原理，共价化合物易溶于共价化合 溶剂中。
2、5铍与铝的相似性
(1)铍与铝都就是钝化金属,与冷的浓硝酸作用时表面会形成致密的氧化膜而 钝化。其她碱土金属均非钝化金属。
而且铍与铝都就是两性金属 ,即可溶于酸 ,又可溶于碱。其她的碱土金属均非两 性。
(2) 卤化物
BeC2 ? 4H2O 二加热)=Be(OH)CI+ 3HO +HCI
AIC3 ? 6H2O =(加热)=AI(OH》CI+ 4H2O + 2 HCI
无水卤化物BeC2与AIC3都就是共价化合物,熔沸点低,易升华。这就是其 物理性质
BeC2与AIC3均就是桥连的二聚体，可就是BeC2中Be就是sp2杂化,AIC3中AI 就是sp3杂化。她们的水合卤化物受热脱水时均发生水解，方程式如上。
氢氧化物
Be(OH)2 与 AI(OH)3 均为两性氢氧化物 ,均难溶于水 ,但就是既可以溶于酸 ,也可
以溶于强碱 ,其她的金属的氢氧化物均不就是两性 ,不溶于强碱
三,镓铟铊
物理性质 :
1. 镓,铟,铊就是典型的稀有分散元素 ,很难形成独立的矿物 ,在地壳中更倾向于 以硫化物的形式存在 ,而不就是与氧结合在一起。
1875 年法国人布瓦博德朗发 现了镓 ,并测定了它的一系列物理化学性质。
门捷列夫认为镓正就是她在 1869 年所预言的“类铝”元素，并对当时测定的金属密度为4、7g ? cm-3提出了质 疑，指出其数值应为5、9~6、0g ?cm-3。事后进一步的测定表明镓的密度为 5、 94g - cm-3。傢就是银白色的软金属，熔点为29、76°C,在人手中就能熔化，而其 沸点为2204C ,它的熔沸点之差在所有的金属中最大。由于这一特点 ，傢被用
来制造测量高温的温度计。镓的发现证实了元素周期的重要性与正确性。铟 与铊的物理性质就是相似的。
化学性质 :
镓的化学性质与铝的很相似 ,但没有铝活泼 ,其原因也就是镓的表面有氧化 膜,常温下有些迟钝。镓 ,铟,铊中只有镓能与苛性碱溶液反应放出氢气。
镓,铟,铊都能与非氧化性酸反应 ,例如与稀硫酸的反应为 :
2Ga+3H2SO4=Ga2（SO4）3+3H2 T
2ln+3H2SO4=In2(SO4)3+3H2 T
2TI+H2SO4=Tl2SO4+H2f
2、 镓铟铊也都能溶于稀盐酸，但只有加热时反应速率才比较快。它们可
以与氧化性酸反应，例如与浓HNO3反应：
Ga+6HNO3=Ga(NO3)3+3NO2f +3H2O
In+6HNO3=| n(N O3)3+3NO2f +3H2O
TI+2HNO 3=TINO 3+NO2 T +H2O
Ga,ln被氧化到+3价，而铊只能被氧化到+1价。
傢铟铊与氯气及溴的化合在常温下就可以进行 ，在高温下，它们都可以与
O2,S,P,As等非金属单质直接化合。
3傢铟铊的化合物：
氧化性增强
GsbO2 (白色) In 2O3(黄色) Tl2O3(棕色)
Ga(OH)3 (白色)In (OH)3 (白色)Tl(OH) 3 (红棕色)
两性偏碱 两性 弱碱性
碱性增强 . >
稳定性的比较：Ga(OH)3>In(OH)3,,Tl(OH)3不存在。
不仅+3价的氢氧化物的稳定性从镓到铊依次降低，其氧化物的稳定性也就 是依次降低。镓铟除了有稳定的+3价外，其+1价的化合物有时也可以存在，而由 于惰性电子对效应，铊的+3价没有+1价稳定。
Tl很难被氧化到+3价,说明其6s轨道中的两个电子很难失去,所以称这对电 子为“惰性电子”。由于惰性电子对应,Tl的+3价有较强的氧化性，其电极电势为;
Tl3+/Tl+ E=1、25V
Tl3+就是很强的氧化剂，例如
Tl 2(SO4)3+4FeSC4=TI 2SO4+2Fe2(SO4)3
Tl(NO 3)3+SO2+2H2O=TlNO3+H2SO4+2HNO3
当S2-遇到Tl3+时,将被氧化成单质硫，还原产物Tl+将以蓝黑色TI2S形 式沉淀出来 :
2TI3++3&=Tl2S J +2SJ
Tl+类似于K+与Ag+:
TIAI(SO4)2、12H2O 与 KAI(SO4)2、12出0 相似
TI2CO3与K2CO3同晶体
TIOH 与 KOH 都就是强碱
TII 黄红色沉淀
TIBr 黄色沉淀
而Ga+与ln+的还原性很强，极易被氧化成+3价。
