无机化学下册：硼族省名师优质课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,第十六章 硼族元素,无机化学,第1页,1,IIIA族,硼,5,B,B,oron,铝,13,Al,Al,uminum,镓,31,Ga,Ga,llium,铟,49,In,In,dium,铊,81,Tl,T,ha,l,lium,第2页,2,2.经过硼及其化合物结构和性质，熟悉硼缺电子性以及它成键特征。,1.掌握硼 单质、氢化物、卤化物、氧化物、含氧酸及其盐结构和性质。,3.掌握铝、单质及其主要化合物性质和用途。,教学要求：,第3页,3,本章讲解内容,第一节 引 言,第二节 硼及其化合物,第三节 铝族元素,第4页,4,一、硼族元素概述,第一节 硼族元素通性,IIIA,硼(B),铝(Al),镓(Ga),铟(In),铊(Tl),原子序数,5,13,31,49,81,价层电子构型,2s,2,2p,1,3s,2,3p,1,4s,2,4p,1,5s,2,5p,1,6s,2,6p,1,主要氧化数,+3,+3,+1,+3,+1,+3,+1,+3,原子半径/pm,82,118,126,144,148,I,1,/(kJmol,-1,),801,578,579,558,589,电负性(,p,),2.04,1.61,1.81,1.78,1.62,第5页,5,IIIA,硼(B),铝(Al),镓(Ga),铟(In),铊(Tl),原子序数,5,13,31,49,81,价层电子构型,2s,2,2p,1,3s,2,3p,1,4s,2,4p,1,5s,2,5p,1,6s,2,6p,1,主要氧化数,+3,+3,+1,+3,+1,+3,+1,+3,原子半径/pm,82,118,126,144,148,I,1,/(kJmol,-1,),801,578,579,558,589,电负性(,p,),2.04,1.61,1.81,1.78,1.62,周期表中，镓熔点、沸点,相差最大,，可作高温温度计，与其它金属可制低熔合金。,硼族中以铝密度最小，铊最大,第6页,6,IIIA,硼(B),铝(Al),镓(Ga),铟(In),铊(Tl),原子序数,5,13,31,49,81,价层电子构型,2s,2,2p,1,3s,2,3p,1,4s,2,4p,1,5s,2,5p,1,6s,2,6p,1,主要氧化数,+3,+3,+1,+3,+1,+3,+1,+3,原子半径/pm,82,118,126,144,148,I,1,/(kJmol,-1,),801,578,579,558,589,电负性(,p,),2.04,1.61,1.81,1.78,1.62,价电子数,价层电子轨道数,为缺电子原子，可形成缺电子化合物,3,4,N、O、X,C、Si,B、Al,举 例,有孤对电子,有空轨道,特 点,多电子原子,价层,电子,轨道数,价电子数,等电子原子,缺电子原子,原 子,第7页,7,IIIA,硼(B),铝(Al),镓(Ga),铟(In),铊(Tl),原子序数,5,13,31,49,81,价层电子构型,2s,2,2p,1,3s,2,3p,1,4s,2,4p,1,5s,2,5p,1,6s,2,6p,1,主要氧化数,+3,+3,+1,+3,+1,+3,+1,+3,原子半径/pm,82,118,126,144,148,I,1,/(kJmol,-1,),801,578,579,558,589,电负性(,p,),2.04,1.61,1.81,1.78,1.62,氧化数+3化合物稳定性降低氧化数+1化合物稳定性增加,即,惰性电子对效应,显著,Ga半径较小，电负性比Al大，,所以铝金属性要比镓强。,第8页,8,第二节 硼及其化合物,一、多中心键,1.成键特征,2.多中心键,B：2s,2,2p,1,B,原子价电子数3少于价层轨道数4，这种原子称,缺电子原子,。,多中心键就是指较多原子靠较少电子结合起来一个离域共价键。,1960年由Lipscomb提出来，为此取得了1976年诺贝尔化学奖,第9页,9,1 BH,键,键,BH,2c2e,H,2,桥式BHB键,B B,3c2e,3 BB,键,键,BB,2c2e,B,4 开式BBB硼桥键,B B,3c2e,B,5 闭式BBB硼桥键,B B,3c2e,B,原子五中成键情况。,第10页,10,1.基本结构单元是,B,12,正二十面体。,2.基本结构单元间以三中心二电子键和,键相互连接而成硼晶体。,二、单质,1.结构,第11页,11,973K,4B(s)+3O,2,(g)=2B,2,O,3,(s),r,H-2887KJmol,-1,硼可用于炼钢中用作去氧剂,2B3X,2,2BX,3,2BN,2,2BN,2B3SB,2,S,3,B3HNO,3,H,3,BO,3,3NO,2,2B3H,2,SO,4,2H,3,BO,3,3SO,2,熔融,2B2NaOH+2H,2,O=2NaBO,2,3H,2,I.燃烧反应,II.与非金属反应,III.与酸反应,IV.与强碱反应,2.性质,高温下硼几乎与全部金属反应生成硼化物。含有硬度大，耐高温，抗腐蚀等特点。,V.与金属反应,第12页,12,BX,3,B,2,O,3,B,2,S,3,BN,B,NaOH,熔融,NaBO,2,H,2,HNO,3,H,2,SO,4,H,3,BO,3,NO,2,H,3,BO,3,SO,2,X,2,，O,2,，S，N,2,H,2,O(g),H,3,BO,3,H,2,B,反应关系图,第13页,13,B,4,O,7,2-,+2H,+,+5H,2,O4H,3,BO,3,2H,3,BO,3,=B,2,O,3,+3H,2,O,B,2,O,3,+3Mg=3MgO+2B,a.在,硼砂,溶液中加酸沉淀出硼酸,b.硼酸加热脱水得氧化硼,c.高温还原氧化硼，还原剂可用活泼金属Na，Mg，Al等。,3.制备,1373-1573K,2BBr,3,3H,2,=2B6HBr,Ta 丝,硼烷或碘化硼能够直接热分解得到硼。,2BI,3,=2B+3I,2,晶态硼可用氢还原卤化硼得到,第14页,14,硼烷组成,硼烷多数有毒、有气味、不稳定,三、硼烷,硼氢化合物性质与碳氢化物(烷烃)、硅氢化物(硅烷)相同，所以硼氢化物称为,硼烷,通式：,B,n,H,n+4,：,B,2,H,6,B,5,H,9,B,n,H,n+6,：,B,4,H,10,B,5,H,11,因为硼烷及其衍生物特殊结构、性质和用途，使硼烷及其相关,碳硼烷,化学成为当前无机化学主要研究领域之一！,第15页,15,1.B,2,H,6,结构,四个,B-H 2c-2e,键在同一水平面上,两个,3c-2e,键位于水平面上下与水平面垂直,第16页,16,c.,B,2,H,6,易水解,(与硅烷相同),生成硼酸；,B,2,H,6,6H,2,O2H,3,BO,3,6H,2,a.,B,2,H,6,暴露于空气中易燃烧或爆炸，并放出大量热；,b.是强还原剂，能与强氧化剂反应；,B,2,H,6,6X,2,2BX,3,6HX,2.B,2,H,6,性质,B,2,H,6,(g)3O,2,(g)B,2,O,3,(s)3H,2,O(g),r,H,-2166KJmol,-1,d.,B,2,H,6,在373K以下稳定,高于此温度则分解放出,H,2,，转变为高硼烷。,加压,2B,2,H,6,=B,4,H,10,H,2,第17页,17,B,2,H,6,是制备其它一系列硼烷原料，并用于合成化学中，它对结构化学发展起了很大作用。,乙醚,4BCl,3,+3LiAlH,4,2B,2,H,6,+3LiCl+3AlCl,3,乙醚,4BF,3,+3NaBH,4,2B,2,H,6,+3NaBF,4,3.B,2,H,6,制备,第18页,18,2LiHB,2,H,6,2LiBH,4,4NaHBF,3,NaBH,4,3NaF,在硼氢化物中，,H,氧化数为-1，,BH,4,-,离子半径大，所以它是比硼烷还原性更强还原剂，尤其是在有机反应中含有选择性，且用量少，操作简单，对温度无特殊要求，副反应少等优点。,BH,3,是不存在，因为B空轨道轻易接收电子对，它与H,-,离子结合形成BH,4,-,盐称为硼氢配合物,硼氢配合物,制备,性质,第19页,19,BCl,3,3H,2,OH,3,BO,3,3HCl,SiCl,4,4H,2,OH,4,SiO,4,4HCl,想一想：卤化硼和卤化硅都轻易水解而碳卤化物不水解？,中心原子都有可利用空轨道：,B,是缺电子原子，在,BX,3,分子中，,B,原子还有空p轨道；卤化硅中硅有可利用,3d,空轨道。所以它们都轻易接收水进攻而发生水解。,与卤化硅相同，卤化,硼极易水解生成硼酸,2B+3Cl,2,2BCl,3,B,2,O,3,+C+X,2,2BX,3,+CO,四、卤化物,1.制备,2.水解,第20页,20,BF,3,BCl,3,BBr,3,BI,3,（形成P-P,键能力）,4BF,3,+3H,2,O=3H,BF,4,+H,3,BO,3,三卤化硼在潮,湿空气中冒,烟水解,BBr,3,+3H,2,O=H,3,BO,3,+3HBr,BCl,3,+3H,2,O=H,3,BO,3,+3HCl,第21页,21,偏硼酸,HBO,2,正硼酸,H,3,BO,3,多硼酸,xB,2,O,3,yH,2,O,1.硼酸,五、氧化物,在多硼酸及其盐中有两种基本结构单元，一个是平面三角形,BO,3,结构，另一个是硼原子以sp,3,杂化,BO,4,四面体结构。,H,3,BO,3,H,2,O(l),HBO,2,B,2,O,3,H,2,O(g),第22页,22,分子间经过氢键形成靠近六角形对称层状结构，层与层之间借助微弱范德华力联在一起所以硼酸晶体为鳞片状,I.结构,第23页,23,B(OH),3,H,2,O=(OH),3,BOH,-,H,+,K,a,=5.8,10,-10,硼酸是,一元,路易斯酸，它酸性不是电离出,H,+,，而是从水中夺取了,OH,-,，使水电离出,H,+,，假如在溶液中加入多羟基化合物（如甘油），可使酸性增强。,（空轨道性质）,II.酸性,H,3,BO,3,NaOHNaBO,2,2H,2,O,2H,3,BO,3,2NaOHNa,2,B,4,O,7,7H,2,O,硼酸与强碱反应生成,偏硼酸盐，碱性较弱,时生成四硼酸盐,第24页,24,4,H,3,BO,3,4HBO,2,H,2,B,4,O,7,B,2,O,3,-4H,2,O -H,2,O,-H,2,O,III.热稳定性,H,2,SO,4,H,3,BO,3,3C,2,H,5,OH,=,B(OC,2,H,5,),3,3H,2,O,硼酸酯含有挥发性，与乙醇一起燃烧时产生绿色火焰，据此能够判别硼酸根,。,IV.与醇生成硼酸醇酯,硼酸与乙醇燃烧时绿色火焰,第25页,25,与硅酸相同，硼酸也轻易缩合成链状或环状多硼酸,xB,2,O,3,yH,2,O,，如四硼酸根结构，它化学式应是,B,4,O,5,(OH),4,2-,。,V.缩合反应,第26页,26,用浓碱分解硼镁矿，再通CO,2,酸化，结晶得到：,Mg,2,B,2,O,5,+2NaOH+H,2,O2NaBO,2,+2Mg(OH),2,4NaBO,2,CO,2,10H,2,ONa,2,B,4,O,5,(OH),4,8H,2,ONa,2,CO,3,多数金属硼酸盐是不溶于水，,最惯用可溶性硼酸盐是四硼酸,钠，俗称硼砂，化学式为,Na,2,B,4,O,5,(OH),4,8H,2,O,硼砂为白色晶体，在干燥空气中轻易风化，加热失水,加热,Na,2,B,4,O,5,(OH),4,8H,2,O=Na,2,B,4,O,7,+10H,2,O,2.硼酸盐,I.硼砂制备,II.硼砂性质,第27页,27,用途：,用做制B其它化合物原料。,H,+,多硼酸盐,H,3,BO,3,OH,-,H,+,加热,Na,2,B,4,O,7,10H,2,O H,3,BO,3,B,2,O,3,B和Si有很多相同之处，同学们能够自己将他们比较一下。,硼砂珠试验,熔融硼砂或B,2,O,3,能够溶解许多金属氧化物，而生成有特征颜色偏硼酸盐,灼烧,硼砂+MO 不一样颜色,CoO蓝色(,Co(BO,2,),2,),CuO蓝色(,Cu(BO,2,),2,),Cr,2,O,3,绿色(,Cr(BO,2,),3,),MnO紫色(,Mn(BO,2,),3,),第28页,28,第三节 铝族元素,一、单质概述,1.成键特征,共价特点,缺电子特点,最高氧化数+3,少数表现离子性,铝族元素原子为缺电子原子，与硼类似，在铝和镓化合物中一样表现出缺电子特点。而随原子半径增大，铟铊逐步过渡为金属性质。,Cl,Al,Cl,Cl,Cl,Al,Cl,Cl,Al,2,Cl,6,中氯桥键,第29页,29,铝金属性比镓强，是优良导电体，镓和铟是制半导体主要材料。,2.化学性质,2Al(s)3X,2,2AlX,3,(s),4Al(s)3O,2,(g)2Al,2,O,3,(s),2Al(s)3S(l)2Al,2,S,3,(s),想一想：,Ga、In、Tl,均能发生上述反应，它们反应活性应怎样改变呢？,I.与非金属单质反应,2Al6H,2,O2Al(OH),3,3H,2,通常情况下，因为铝表面被一层牢靠氧化膜所覆盖，所以不易与水或空气反应。,II.与水反应,第30页,30,2M6H,+,2M,3+,3H,2,(M=Al、Ga、In、,Tl,),2M2OH,-,6H,2,O2M(OH),4,-,3H,2,(MAl、Ga),III.与酸碱反应,铝比镓更易溶于酸，表现出它碱性比镓强。,在浓、冷硝酸或硫酸中，铝发生钝化，Ga和In也有钝化作用。,第31页,31,铝是丰度最大金属，含有延展性强，导电性能优良，密度轻，应用最广泛金属，,金属铝用于制电缆、电线,镓、铟多用于电子工业，如作半导体材料,铝用于制日惯用具,3.金属用途,第32页,32,1.Al,2,O,3,二、氧化铝和氢氧化铝,两种主要变体,-Al,2,O,3,(刚玉),硬度大，密度大，熔点高，不溶于酸，化学性质稳定，,可作高硬质材料,耐磨材料和耐火材料,-Al,2,O,3,(活性氧化铝),硬度小，质轻,不溶于水,溶于酸和碱,表面积大,有强,吸附能力和催化活性,可作吸附剂和催化剂,刚玉,中含微量,Cr()红宝石,Fe()、Fe()、Ti()蓝宝石,刚玉,中含少许Fe,3,O,4,刚玉粉,第33页,33,-Al,2,O,3,含有离子传导能力，用于作钠硫蓄电池电解质，这种电池蓄电量大，含有辽阔应用前景。,1273k,-Al,2,O,3,-Al,2,O,3,2.Al(OH),3,三种变体：正氢氧化铝,Al(OH),3,偏氢氧化铝,AlOOH,水合氧化铝,Al,2,O,3,xH,2,O,在铝盐中加入,氨水,或在铝酸盐中通入,CO,2,，都可得到,Al(OH),3,沉淀,Al,3+,+3NH,3,+H,2,O=Al(OH),3,+3NH,4,+,2Al(OH),4,-,+CO,2,=2Al(OH),3,+CO,3,2-,+H,2,O,第34页,34,铝、氧化铝、氢氧化铝,都表现出经典两性,金属铝Al,酸,+,铝盐,Al,2,Cl,6,Al,2,(SO,4,),3,Al(NO,3,),3,HCl,H,2,SO,4,HNO,3,金属铝或,氧化铝,碱,+,Al(OH),4,-,Al(OH),3,H,+,OH,-,OH,-,H,+,第35页,35,三、铝盐,1.AlCl,3,氟化物熔点最高，其它较低，这是因为氟化物为离子晶体，其它是以共价键为主卤化物,无水三氯化铝制备,水溶液中析出来氯化铝是,AlCl,3,6H,2,O,，因为,Al,3+,极化能力很强，不能用加热方法使它脱水，无水盐是以下反应制备：,高温,Al,2,O,3,3C3Cl,2,2AlCl,3,3CO,第36页,36,2.硫酸铝和明矾,2Al(OH),3,+3H,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,+3H,2,O,K,2,SO,4,Al,2,(SO,4,),3,24H,2,O,铝钾矾俗称明矾，是无色晶体。硫酸铝或明矾易溶于水，,Al,3+,在水中水解形成碱式盐到,Al(OH),3,胶状沉淀都有吸附和凝聚作用，所以硫酸铝和明矾被用做净水剂或絮凝剂。,硫酸铝,明矾,第37页,37,Tl,Tl强氧化性（只能制得TlF,3,而无TlCl,3,等）,Tl,2,O,3,+6HI2TlI+I,2,+3H,2,O,2TlCl,3,+Na,2,STl,2,S+6NaCl+3S,Tl,+,形成共价化合物与Ag,+,相同,第38页,38,