化学

硼族元素思维导图，硼族(ⅢA)：硼(B)、铝(AI)、镓(Ga)、铟(In)、铊(TI) 价电子构型：ns2np1 常见氧化态：+1，+3 最大配位数： B： 4 例：HBF4 其它：6 例：Na3AlF6 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 例如：BF3，H3BO3。

硼族元素

• 硼族(ⅢA)：硼(B)、铝(AI)、镓(Ga)、铟(In)、铊(TI) 价电子构型：ns2np1 常见氧化态：+1，+3 最大配位数： B： 4 例：HBF4 其它：6 例：Na3AlF6 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 例如：BF3，H3BO3。
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  • 硼族元素概述
• 硼单质及其化合物
  • 1. 硼的同素异形体：
    • 无定形硼 晶形硼 棕色粉末 黑灰色 化学活性高 硬度大 熔点，沸点都很高 α-菱形硼(B12)结构: 正二十面体
  • 2.单质硼的化学性质
    • 2 B ＋ 3F2 ==2 BF3 (常温) 4 B ＋ 3O2 ==2 B2O3 (燃烧) 2 B ＋ 6 H2O(g) ==2 B(OH)3 ＋ 3 H2↑ 2 B ＋ N2 ==2 BN (高温) 2 B ＋ 3 Cl2 ==2 BCl3 (高温) 2 B ＋ 3 S ==B2S3 (高温) B ＋ 3 HNO3(浓)== B(OH)3 ＋ 3 NO2↑ 2 B ＋ 3 H2SO4(浓)== 2 B(OH)3 ＋ 3 SO2↑ 2 B ＋ 2 NaOH＋3 KNO3== 2 NaBO2＋3 KNO2＋H2O
  • 3. 硼单质的制备
    • Mg2B2O5 ⋅ H2O + 2NaOH = 2NaBO2 + 2Mg(OH)2 4NaBO2 + CO2 + 10H2O = Na2B4O7 ⋅ 10H2O + Na2CO3 Na2B4O7 + H2SO4 + 5H2O = 4H3BO3 + Na2SO4 2H3BO3 = B2O3 + 3H2O B2O3 + 3Mg = 2B + 3MgO 工业上用硼砂或硼镁矿制备硼单质
  • 硼的化合物
    • 硼的氢化物
      • 硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6 例： B2H6乙硼烷 B4H10丁硼烷 有CH4，但无BH3 最简单的硼烷：B2H6
        • 1. 乙硼烷的制备与性质 1) 硼烷的制备 (1)Mg3B2+H3PO4 → 硼烷混合物⎯⎯加热⎯→ B2H6 (2)BCl3+3H2=1/2B2H6+3HCl (3)3LiAlH4+4BCl3--乙醚介质->2B2H6+3LiCl+3AlCl3
    • 乙硼烷的性质 剧毒（甚至比HCN和碳酰氯 COCl2还危险）
      • ① 自燃
        • B2H6(g) +3O2(g) ⎯⎯→B2O3(s) +3H2O(g) △ rHm= −2167.3 kJ ⋅ mol−1用作高能燃料 含硼化合物燃烧火焰呈现绿色
      • ② 水解
        • B2H6(g) +3H2O(l)⎯⎯→2H3BO3(s) + 6H2(g) △ rHm= −509.3kJ mol−1 △ rHm= −2167.3 kJ ⋅ mol−1 水下火箭燃料
      • ③ 被氯氯化
        • B2H6(g) + 6Cl2(g) ⎯⎯→2BCl3(l)+ 6HCl △ rHm= −1376 kJ ⋅ mol−1
      • ④ 加合反应
        • B2H6+CO⎯⎯→2[H3B<—— CO] B2H6+2NH3⎯⎯→[BH2(NH3)2]++[BH4]- 2LiH+B2H6⎯→2LiBH4 2NaH+B2H6⎯⎯→2NaBH4
      • ⑤ 与氨反应
        • B2H6与NH3在600℃反应，可生成BNBN与C2是等电子体： BN有三种晶型： 无定形(类似于无定型碳) 六方晶型(类似于石墨) 作润滑剂 立方晶型(类似于金刚石) 作磨料、坩埚材料
    • 硼的含氧化合物
      • 1. B2O3 和 H3BO3
        • B2O3 是最难结晶的物质之一。在红热条件下硼酸脱水只能得到玻璃态 的 B2O3，只有在较低温度下、极其缓慢地脱水才能得到 B2O3 晶体。 若水量不充足，如遇到热的水蒸气或潮气时: B2O3 ＋ H2O ( g ) ==2 HBO2( g ) B2O3易溶于水生成硼酸，粉末状的B2O3可用作吸水剂 B2O3＋ 3 H2O== 2 H3BO3(aq)
      • 2. 硼砂及其它硼酸盐: Na2B4O5(OH)4·8H2O
        • 水解呈碱性[B4O5(OH)4]2−+5H2O==4H3BO3+ 2OH- 4H3BO3+ 2OH-==2H3BO3+ 2B(OH)4 构成缓冲溶液 pH = 9.24 (20 ℃ ) 制H3BO3:Na 2B4O7+ H2SO4+5H2O ⎯⎯→4H3BO3+ Na 2SO4 脱水 Na2B4O7.10H2O ⎯⎯ 878⎯ ℃→B2O3+2NaBO2+10H2O 硼砂珠实验： Na 2B4O7+CoO⎯⎯→Co(BO2)22NaBO2 (蓝色) Na 2B4O7+ NiO⎯⎯→Ni(BO2)22NaBO2(棕色)
    • 硼的卤化物
      • 硼的 三卤化物，都属于共价化合物三卤化硼的熔、沸点随相对分子质量的增大高。 BF3 BCl3 BBr3 BI3 气体 气体 液体 固体 这 4 种三卤化物均无色
• 铝单质及其化合物
  • 铝单质
    • 铝可以从其它金属氧化物中置换出金属 2 Al ＋ Fe2O3== 2 Fe ＋ Al2O3 (铝热反应) 铝不能同 H2 直接化合， (AlH3)n 要在乙醚中制备 3n LiH ＋ n AlCl3(AlH3)n＋ 3n LiCl (AlH3)n是白色的聚合物，当反应混合物中LiH过量时，将有Li[AlH4]生成。 在高温下，铝容易同 P、S、Si 等非金属反应 2 Al＋3 S ==Al2S3 铝为活泼金属，EΘ = -1.676 eV, 表面形成致密的氧化膜。
  • 铝的卤化物
    • AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3 离子键 共价键 离子晶体 分子晶体 分子晶体：熔点低，易挥发，易溶于有机 溶剂，易形成双聚物。 水解激烈：AlCl3+3H2O→Al(OH)3+3HCl
      • 无水BeCl2 和 AlCl3都是共价化合物，熔沸点低，易升华。气态时都是桥连的二聚体。 BeCl2·4H2O 和 AlCl3·6H2O 受热脱水时发生水解： BeCl2·4H2O== Be(OH)Cl ＋ 3 H2O ＋ HCl(加热) AlCl3·6H2O ==Al(OH)2Cl ＋ 4 H2O ＋ 2 HCl (加热)
  • 铝的含氧化合物
    • 1. 氧化铝：Al2O3
      • α- Al2O3：六方紧密堆积晶体 ，刚玉, 硬度大，不溶于水、酸、碱。 γ- Al2O3：立方紧密堆积晶体, 活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体。 刚玉(Al2O3)的结构：Al3+为变形八面体配位： 同晶取代
    • 2. 氢氧化铝
      • 酸性的Al3+溶液中加碱或者氨水，生成Al(OH)3 (两性) ，可溶于强 酸和强碱：Al(OH)3 ＋ 3 HCl ==AlCl3 ＋ 3 H2O Al(OH)3 ＋ NaOH ==NaAl(OH)4
• 镓、铟、铊
  • 镓的化学性质和铝很相似，但没有铝活泼。只有镓能与苛性碱溶液反应放出氢气。镓、铟和铊三种金属都能溶于稀盐酸，但只有加热时反应速率才快。镓、铟和铊三种金属与氯气及溴的化合，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。 镓、铟、铊正三价化合物越来越不稳定，正一价化合物越来越稳定： 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
  • 铊(Ⅲ)的特殊性
    • Tl(III) 是很强的氧化剂，例如： Tl2( SO4)3 ＋ 4 FeSO4 = Tl2SO4 ＋ 2 Fe2(SO4)3 Tl (NO3)3 ＋ SO2 ＋ 2 H2O = TlNO3 ＋ H2SO4 ＋ 2 HNO3 2 Tl 3＋ ＋ 3 S2－ = Tl2S (蓝黑色) ＋ 2 S