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化学竞赛 高中化学竞赛讲座幻灯(硼族元素)


高中化学竞赛辅导讲座
硼族元素

§1、B 存在:黄晶CaO?B2O3 ?2SiO2 硼砂Na2B4O7 ?5H2O 方硼石2Mg3B8O15 ?MgCl2

1、制备: (1)金属还原: B2O3(s)+ 3Mg(s) == 2B(s) + 3MgO(s) ΔG = -526.4kJ (然后用酸处理) 思考:B2O3 + 2A

l = Al2O3 + 2B ΔG = -784.6kJ 为什么不用铝来还原制备B? (i)Al2O3难溶于酸;(ii)有杂质黑色的AlB12生成。

BCl3 + 3Na == B + 3NaCl
800~900? C

ΔG = -771.8kJ

2BCl3 + 3Zn ===== 3ZnCl2 + 2B

(2)电解还原:碳作电极,电解熔融的硼酸盐或氟硼酸盐。 (3)挥发性硼的化合物与氢反应: BX3(g) + 3/2H2(g) == B(s) + 3HX(g) (X=Cl Br) (4)硼的化合物热分解:1000~1300? C,钽丝 2BBr3 ========== 2B + 3Br2 2、B的性质 B12结构: 问题思考:晶体硼的基本结构单元是由硼原子组 成的正二十面体(如图所示),每个 三角形均为正三角形,每个顶点为一 硼原子。则每一个此基本单元由 个 原子组成;该单元中有2个原子为10B (其余为11B),那么该结构单元有 几 种不同类型。

(1)与O2燃烧: 973K 4B + 3O2 ===== 2B2O3

ΔG = -2887kJ

应用:炼钢时的去氧剂,可还原金属Cu、Fe、 Sn、Pb、Co etc. (2)与非金属反应: 可以生成BCl3、BBr3、B2S3、BN),但不与H2反应。 (3)与氧化性酸作用: B + 3HNO3 = H3BO3 + 3NO2 2B + 3H2SO4(浓) = 2H3BO3 + 3SO2

(4)与碱作用: 2B + 2NaOH + 2H2O = 2NaBO2 + 3H2 (氧化剂存在时才可以发生)

B的基态:2s22p1 sp2杂化:BCl3、BF3、BO33- sp3杂化:BF4-、BH4-

平面三角形 正四面体形

三大特性?(1)共价性 (2)缺电子,σ配键,独特的多中心键。(B2H6) (3)多面体习性。 (HO)3B OH ; F3B NH3

3、B2H6

(3C-2e氢桥键) 成键类型: (1)B -H 正常; (2)B-B 正常 (3)B-H-B 3c-2e (4)B -B-B 3c-2e

思考:请写出B4H10的分子结构: 4、硼酸(盐)

H3BO3:Ka =6×10-10

硼砂:Na2B4O5(OH)4?8H2O

Mg2B2O5?H2O + 2NaOH == 2NaBO2 + 2Mg(OH)2
4NaBO2 + CO2 + 10H2O == Na2B4O5(OH)4 ?8H2O + Na2CO3 Na2B4O7 + CaO == 2NaBO2 ?Co(BO2)2 (蓝宝石色) B4O5(OH)42- + 5H2O == 2H3BO3 + 2B(OH)4- (水解) 制备BN: Na2B4O7 + 2NH4Cl == 2NaCl + B2O3 + 2BN + 4H2O

§2、铝 1、提取: Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2NaAl(OH)4 2NaAl(OH)4 + 2CO2 = 2Al(OH)3 + 2NaHCO3 Al2O3(电解得单质) 2、性质: 与B比较: (1)B 只有共价(半径小,电离能高), 而铝既有共价,也有离子 (2)最大配位数分别为4、6 如:BF4- 、B(OH)4-; AlF63- 、Al(OH)63(3)金属、非金属;H3BO3为弱酸 Al(OH)3两性 思考:为什么能用铝罐储存合运输浓硫酸?

(钝化) 4Al + 3C = Al4C3 Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4
铝热反应

3、Al(OH)3
Al(OH)3(s) == Al3+(aq) + 3OH-(aq) Ksp(b) = 2×10-33 Al(OH)3(s) + H2O(l) = H+(aq) + Al(OH)4- Ksp(a) = 2×10-11 4、卤化铝 AlF3 (Ksp = 1.0×10-15) AlF3 + 6F- = AlF63β6 = 7.0×1019 气态AlCl3为二聚分子,高温为单分子


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