第 15 章 硼族元素

15.1 概述 硼族 (ⅢA) ： B, Al, Ga, In, Tl

价电子构型： ns2np1

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 ， HBF4

特点： a. 易形成配位化合物 HBF4

HF BF3

b. 易形成双聚物 Al2Cl6Cl

ClAl

Cl

Cl Cl

ClAl

硼族元素的一般性质 B 为非金属单质， Al ， Ga ， In ， Tl 是

金属 氧化态： B ， Al ， Ga （ +3 ）

In （ +1 ， +3 ） Tl （ +1 ）

最大配位数 B ： 4 例： HBF4

其它： 6 例： Na3AlF6

15.2 硼族元素的单质

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 ）

15.3 硼族元素的化合物15.3.1 硼的氢化物 ------ 硼烷 分类： BnHn+4 和 BnHn+6

例： B2H6 B4H10

乙硼烷 丁硼烷

有 CH4 ，但无 BH4

最简单的硼烷： B2H6

H

HBBH

H

H H

1. 硼烷的结构 利用 sp3 杂化轨道，与氢形成三中心两电子键。 （氢桥）

记作：H

H

B B

H

H H

H

要点： B 的杂化方式，三中心两电子键、氢桥。

2. 硼烷的性质(1) 自燃

1-mr

232262

mol-2026KJ

O(g)3H(s)OB(g)3O(g)HB

HΔ

高能燃料，剧毒

(2) 水解

水下火箭燃料 mol-504.6kJ

(g)H6(s)BO2HO(l)3H(g)HB1-

mr

233262

HΔ

含硼化合物燃

烧

火焰呈现绿色

(3) 加合反应

462

462

4232362

362

2NaBHHB2NaH

2LiBHHB2LiH

][BH])(NH[BH2NHHB

CO]B2[HCOHB

(4) 被氯氯化

1-mr

3262

mol-1376kJ

6HCl(l)2BCl(g)6Cl(g)HB

HΔ

15.3.2 三氧化二硼

1. 分类

B( 无定形 )

B2O3H3BO3

O2

Mg 或 Al

+H2O

-H2O

2. 制备：

O3HOBBO2H

(s)O2B(g)3O4B(s)

23233

322

原子晶体：熔点 460C

无定形体：软化

3. 性质：3MgO2B3MgOB 32

B2O32HBO2 2H3BO3

偏硼酸 ( 原 ) 硼酸

xB2O3·yH2O 多硼酸

+H2O+H2O

-H2O-H2O

15.3.3 卤化物(1) BX3 结构： B ： sp2 杂化

(2) BX3 性质： BF3 BCl3 BBr3 BI3

室温下聚集态

g g l s

熔点/℃ -127.1 -107 146 49.9

沸点/℃ -99 12.5 91.3 210

水解：

33

43323

3323

BFHFHFBF

]3H[BFBOHO3H4BF

I)Br,Cl,(X 3HXBOHO3HBX

BX3 是以形成大 π 键来满足对电子的要求

由于有空轨道 , 可接受外来电子 , 均为 Lewis 酸

C5H5N(l)+BX3(g)

C5H6N: BX3

△rH(kJ·mol － 1)

BF3(g) = － 143

BCl3(g) = － 189

BBr3(g) = － 217

BF3+NH3 == F3B:NH3

BF3+ HF == H+[BF4] －

酸性强 :BF3<BCl3<BBr3<BI3

π46

15.3.4 硼酸及其盐

B ： SP2 杂化；存在分子间氢键；

层与层之间的分子作用力结合。

1. 硼酸

硼酸的性质(1) 一元弱酸 ( 固体酸 )

-10a

-4233 105.8 HB(OH) OHBOH K

(2) 与多羟基化合物加合

OH

C

H2BOH 33

OH

C

H

R -O

C

H

O

C

H

R

R'

BH

C

O

H

C

O

R

R'

O3HH 2

R'

H

O

C

H

H

O

C

H

R

R'

HO

HOB

OH H

C

O

H

H

C

O

H

R

R'(3) 受热易分解)(OBHBOBOH 32

O-H2

O-H33

22 玻璃态

2. 硼砂 (Na2B4O7·10H2O)

[B4O5(OH)4]2 －

B: SP2 杂化

SP3 杂化Na2B4O5(OH)4·8H2O

1. 性质 :-433

-332

2454 2B(OH)BO2H 2OHBO4H O5H](OH)OB[

构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ℃ )

(1) 水解呈碱性

(2) 与酸反应制 H3BO3

4233242742 SONaBOH4O5HSOHOBNa

(3) 脱水成无水盐

（ 4 ）硼砂珠试验

)( 2NaBO)Ni(BONiOOBNa

)( 2NaBO)Co(BOCoOOBNa

232742

232742

棕色

蓝色

2. 硼 砂 珠 实 验

硼砂珠实验 : △

Na2B4O7 == B2O3+2NaBO2

+) CoO +B2O3 == Co (BO2)2

除氧化物定性分析

陶瓷、玻璃上釉制造人造宝石

Na2B4O7+7H2O == 4H3BO3+2NaOH

H3BO3+OH － == B(OH)4－

PH=9.24

Na2B4O7+CoO=2NaBO2·Co(BO2)2

Cr2O3为绿色 Fe2O3为黄色 .

缓冲溶液

洗衣粉填料

1. 氧化铝： Al2O3

α- Al2O3 ：刚玉，硬度大，不溶于水、酸、碱

γ- Al2O3 ：活性氧化铝，可溶于酸、碱，可作为催化剂载体 ,

有些氧化铝晶体透明，

因含有杂质而呈现鲜

明颜色 红宝石 (Cr3+) 蓝宝石 (Fe3+,Cr3+) 黄玉 / 黄晶 (Fe3+)

15.3.5 铝的化合物

2. 氢氧化铝： Al(OH)3

两性：既能跟酸反应，又能跟碱反应。

在碱性溶液中存在 [Al(OH)4]- 或 [Al(OH)6]3-

简便书写为 AlO2- 或 AlO3

3-

3. 铝的卤化物 AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3

离子键 共价键

共价分子：熔点低 , 易挥发 , 易溶于有机溶剂。

易形成双聚物水解激烈：

HCl3Al(OH)O3HAlCl 323

潮湿空气中的 AlCl3 ，白烟为NH4Cl

(GaCl3)2 (InCl3)2 (AlBr3)2 (AlI3)2 (GaBr3)2

除 B 的卤化物及Ⅲ A 的氟化物以外 , 均为二聚形式。

AlCl3 的成键特征

用干法合成 AlCl3

CO32AlCl3Cl3COAl

(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al

2AlCl(g)3ClAl2

3232

23

32

4 . 铝的其它重要化合物

Al3+ 的鉴定：在氨碱性条件下，加入茜素

硫酸铝：

铝钾矾 ( 明矾 ) ：342 )(SOAl

OH12)KAl(SO 224 -5.03

a2

523

62 10 H]O)[Al(OH)(H ]O)[Al(H K

(g)3CO(s)2Al(OH)OH3CO32Al

S(g)3H(s)2Al(OH)O6H2S2Al

232-2

33

232-23

O3H)()OHAl(C(OH)OHC3Al(OH)

3NH(s)Al(OH)OH3NHAl

234714226143

43233

红色茜素