无机化学教学课件 13章 硼族元素.ppt
《无机化学教学课件 13章 硼族元素.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无机化学教学课件 13章 硼族元素.ppt(44页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第13章 硼族元素,Chapter 13 Boron family elements,1了解硼族元素的特点; 2了解硼族元素的存在、制备及用途; 3掌握元素硼、铝的单质及其化合物的性质,会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象; 4从正硼烷的结构了解缺电子键和硼烷结构; 5了解惰性电子对效应概念及其应用。,13-1 硼单质及其化合物 Boron and its compounds 13-2 铝单质及其化合物 Aluminum and its compounds 13-3 镓、铟、铊 Gallium, Indium and Thallium,p区及硼族元素在周期表中的位置,13-0 概述, 唯
2、一同时包括金属和非金属元素的一个区 包括 “不活泼的单原子气体稀有气体” 无机非金属材料库:CC复合材料,人造金刚石,半导体硅,分 子筛(铝硅酸盐),高能燃料(N2H4)(见下页图) 有毒的小元素群 多有同素异形体 成键的多样性:如乙硼烷的 3c-2e 键等 周期表中的规律性:惰性电子对效应,对角线规则等,P区元素的化学以其多样性为特点:,分子筛,碳-碳复合材料,高能燃料,人造金刚石,C, N, P是生物体的重要元素,Si、O 形成的化合物构成地壳岩石圈的 主体,C 与 O、H 形成的化合物构成生物圈的主体 . N,P 不但存在于动 植物体中的蛋白质,也存在于细胞、骨骼和牙齿中,C,N 以单质
3、存在, 其余大多以矿物形式存在,甚或是 “稀散元素”.,13-0-1 天然资源,13-0-2 单质的提取和用途,硼元素和铝元素在原子半径、电离能、电负性、单质的熔点等性质上有比较大的差异。 硼族元素的价层电子组态为 ns2np1,一般形成氧化值为 +3 的化合物。随着原子序数增加,硼族元素形成较低正氧化值(+1)化合物的趋势逐渐增大。硼的原子半径较小,电负性较大,所以硼的化合物都是共价型化合物。而其他硼族元素与活泼非金属可形成离子型化合物,但由于 M3+ 具有较强的极化作用,这些化合物中的化学键也表现出一定的共价性。在硼族元素的化合物中,形成共价键的趋势自上而下依次减弱。,硼族元素原子有四个价
4、层轨道和三个价电子。这种价电子数小于价层轨道数的原子称为缺电子原子,它们所形成的化合物为缺电子化合物。在缺电子化合物中,由于有空的价层轨道存在,所以它们具有很强的接受电子对的能力,容易形成聚合分子和配合物。 在硼的化合物中,B 的最高配位数为 4,而在硼族其他元素的化合物中,中心原子的配位数可以是 6。,(2) 性质:无定形硼比较活泼,室 温下与 F2 反应,与Cl2,Br2,O2, S 等反应需加热,高温下与 C,N2 反应生成碳化物和氮化物,以 下几 个反应较重要:,(1) 结构:单质硼有多种同素异形体,基本结构单元为 B12二十面体, 二十面体连接的方式不同导致至少三 种晶体. 左图为
5、a-菱形硼中 B12 二十面体透视图.,13-1-1 硼的单质,13-1 硼单质及其化合物 Boron and its compounds,(3) 制备:分酸法和碱法两种, 酸法:Mg2B2O5H2O(硼镁矿) + 2H2SO4 2 H3BO3 + 2 MgSO4,虽一步可得到 H3BO3,但需耐酸设备等苛刻条件.,(4) 用途:无定形硼可用于生产硼钢. 硼钢主要用于制造喷气发动机 和核反应堆的控制棒. 前一种用途基于其优良的抗冲击性, 后一种用途基于硼吸收中子的能力.,13-1-2 硼的氢化物硼烷,(1) 分类:按组成可分为 BnHn+4 和 BnHn+6 两类,(2) 结构:B:利用 sp
6、3 杂化轨道,与氢形成三中心两电子键(氢桥),美国物理化学家 Lipscomb W 关于硼烷和碳硼烷的研究获1976年诺贝尔化学奖,氢键和氢桥键有什么不同?,Question 1,Question 2,为什么硼的最简单氢化物是 B2H6 而不是 BH3 ?但硼的卤化物能以BX3形式存在?,如果 BH3 分子存在的话,则其结构为 B 还有一个空的 2p 轨道没有参与成键,如果该轨道能用来能键,将会使体系的能量进一步降低,故从能量来说 BH3 是不稳定体系. B2H6 中由于所有的价轨道都用来成键,分子的总键能比两个 BH3 的总键能大,故 B2H6 比 BH3 稳定(二聚体的稳定常数为106).
7、 BX 中 B 以 sp2 杂化,每个杂化轨道与X 形成 键后,垂直于分子平面 B 有一个空的 p 轨道,3 个 F 原子各有一个充满电子的 p 轨道,它们互相平行,形成了p46 大 p 键,使 BX3 获得额外的稳定性. 但 BH 中 H 原子没有像 F 原子那样的 p 轨道,故不能生成大 p 键 .,(4) 制备:不能由 B 和 H2 直接化合制得:,(3) 性质,质子置换法:BMn + 3 H+ B2H6 + 3 HCl,氢化法: BCl3 + 3 H2 B2H6 + 3 HCl,加合反应 B2H6 + CO 2 H3BCO B2H6 + 2 NH3 BH2(NH3)2+ + BH4-
8、2 LiH + B2H6 2 LiBH4 2 NaH + B2H6 2 NaBH4,被氯氯化 B2H6(g) + 6 Cl2(g) 2 BCl3(l) + 6 HCl DrHm= -1376 kJmol-1,自燃 B2H6(g) + 3 O2(g) B2O3(s) + 3 H2O(g) 高能燃料,剧毒,水解 B2H6(g) + 3 H2O(l) 2 H3BO3(s) + 6 H2(g) 水下火箭燃料,硼氢簇及威德规则-一个非常重要的现象!,威德规则: 适用于各种三角形围成的多面体,计算骨架电子对数的规则如下:,(1) 硼氢化合物的分类, BH单元看作多面体的基本单元,BH 键的两个电子不算入骨
9、架电子; 其余电子都算入骨架电子; 如果 B 原子上键合两个 H 原子,只能将两个 BH 键中的一个算作多 面 体的基本单元; 每个 BH 单元有 4 个键电子(3+1),向骨架提供的电子数为 2.,(3) 实例,巢式和蛛式分别相当于闭合式削去 1 个和 2 个顶角;就化学性质而言,闭合式最稳定,蛛式最不稳定而巢式的稳定性居中;上图只表示3个化合物的结构关系,并不表示其化学转化方式.,Question 3,从化学式和电子数结果推断 B5H52- 的结构.,B5H52- 的组成属于 BnHn2- 型. 具有这种通式的硼烷以闭合式结构为特征. 也可根据骨架电子对的数目作推断:假定每个硼原子形成一个
10、 BH 键,这样的 BH 单元共 5 个;考虑到它们提供的 5 对电子和两个负电荷, 骨架电子对的总数应为 5 + 1 = 6 (或 n+ 1). 这正是闭合式簇 化物的特征. 这种闭合多面体 只能是 5 个顶点的 多面体, 因而无疑为三角双锥体.,(1) B2O3:通过 B 与 O2 反应或 H3BO3 加热脱水得到. 加热脱水红热时得玻璃态 B2O3 ,减压历时二周加热到 670 K 得晶体状B2O. 1273 K 以上得蒸气.,B2O3 主要显酸性,有时又像碱性氧化物: B2O3 + CoO=Co(BO2)2 B2O3 + P2O5=2BPO2,无定形B2O3 蒸气分子,13-1-3 硼
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无机化学教学课件 13章 硼族元素 无机化学 教学 课件 13 元素
链接地址:https://www.31doc.com/p-3057852.html