《無(wú)機(jī)化學(xué)簡(jiǎn)明教程》課件-第11章-3 氮族元素

碳族元素

碳、硅、鍺、錫、鉛

5-1通性

5-2單質(zhì)

5-3化合物125-1通性

(1)價(jià)電子構(gòu)型：ns2np2

氧化數(shù):+2、+4

同族自上而下，隨半徑增大，+2穩(wěn)定性增大，+4穩(wěn)定性減小，氧化性增大5PbO2+2Mn2++4H+=5Pb2++2MnO4－+2H2O(Ag+)

C、Si與電負(fù)性小的元素形成碳化物、硅化物，熔點(diǎn)高、硬度大、高溫時(shí)強(qiáng)度好、耐化學(xué)腐蝕。例如：Al4C3

，CaC2,Mg2Si,FeSi2.3金屬有機(jī)化合物Organometalliccompoundscontainingmetal-carbonbondsareformedbynearlyallmetals,andarediscussedundertherelevantelements,especiallytransitionmetals.SomeanalogousSiandGecompoundsareknown.2）自然界存在形式C：?jiǎn)钨|(zhì)、化合物（coal,oil）Si：SiO2SiO32－

Ge：鍺石礦Gu2S·FeS·GeS2、硫銀鍺礦4Ag2S·GeS2Sn：錫石SnO2

Pb：方鉛礦PbS、白鉛礦PbCO352）自然界存在形式C：?jiǎn)钨|(zhì)、化合物（coal,oil）Si：SiO2

SiO32-

Ge：鍺石礦Gu2S·FeS·GeS2、硫銀鍺礦4Ag2S·GeS2Sn：錫石SnO2

Pb：方鉛礦PbS、白鉛礦PbCO363)配位數(shù)：C為4，其余為6或4SiF62-,SnCl62-,PbCl42-,PbCl62-4)從非金屬過(guò)渡到金屬H2CO3

弱酸H4SiO4

弱酸GeO2·H2O酸性H4SnO4

酸性Pb(OH)2

兩性75-2單質(zhì)5-2-1碳同素異形體金剛石,sp3雜化，正四面體，原子晶體。透明、折光，是單質(zhì)中熔點(diǎn)最高、硬度最大的。石墨,sp2雜化，六角平面，層狀：同層，可導(dǎo)電，層向?qū)щ妼?dǎo)熱；不同層，色散力結(jié)合，易滑動(dòng)，作潤(rùn)滑劑。富勒烯C60，sp2雜化，

60個(gè)C構(gòu)成近似于球形的32面體（12個(gè)正五邊形，20個(gè)正六邊形）。剩余軌道在C60的外圍和腔內(nèi)形成大鍵。5-2單質(zhì)5-2-1碳同素異形體9

金剛石

石墨

富勒烯C60C原子構(gòu)型C-C-C鍵角/(°)雜化軌道形式密度/g·cm-3C-C鍵長(zhǎng)/pm四面體109.5sp33.514154.4

平面三角形120sp22.266141.8近似球面116(平均)sp2.281.678139.1(6/6);145.5(6/5)碳的同素異形體石墨烯的發(fā)現(xiàn)石墨烯在實(shí)驗(yàn)室中是在2004年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來(lái)越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開(kāi)膠帶，就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來(lái)越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。在隨后三年內(nèi),安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在發(fā)現(xiàn)石墨烯以前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限溫度下存在。所以，它的發(fā)現(xiàn)立即震撼了凝聚體物理學(xué)學(xué)術(shù)界。雖然理論和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維結(jié)構(gòu)無(wú)法在非絕對(duì)零度穩(wěn)定存在，但是單層石墨烯在實(shí)驗(yàn)中被制備出來(lái)。石墨烯的結(jié)構(gòu)石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維(2D)周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),它可以翹曲成零維(0D)的富勒烯(fullerene),卷成一維(1D)的碳納米管(carbonnano-tube,CNT)或者堆垛成三維(3D)的石墨(graphite),因此石墨烯是構(gòu)成其他石墨材料的基本單元。石墨烯的基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán),是目前最理想的二維納米材料。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點(diǎn)陣，可以看作是一層被剝離的石墨分子，每個(gè)碳原子均為sp2雜化，并貢獻(xiàn)剩余一個(gè)p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動(dòng)，賦予石墨烯良好的導(dǎo)電性。二維石墨烯結(jié)構(gòu)可以看是形成所有sp2雜化碳質(zhì)材料的基本組成單元。14焦炭在冶金工業(yè)中用于還原礦物3FeS2+12C+8O2=Fe3O4+12CO+6S(燃燒)2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C=6CaSiO3+10CO↑+P4↑(1373-1713K/電弧爐)2As2S3+9O2=2As2O3+6SO2As2O3+3C=2As+3CO↑SiO2+2C=Si+2CO↑

（電爐）SiO2+2C+2Cl2=SiCl4+2COSnO2+2C=Sn+2CO↑2PbS+3O2=2PbO+2SO2PbO+C=Pb+CO↑155-2-2Si(Ge)Secondmostabundantelementinearth.Foundinclay,granite,quartz,sand.5-2-2-1硅的形態(tài)①無(wú)定形：深灰色粉末②晶形硅：銀灰色，具金屬光澤，能導(dǎo)電；導(dǎo)電率不及金屬，且隨溫度升高而增大。＊微電子產(chǎn)業(yè)的核心——集成電路，就是以半導(dǎo)體Si和GaAs為基礎(chǔ)材料。＊導(dǎo)電性：半導(dǎo)體Si、Ge一般情況下，完整的晶體不導(dǎo)電；但當(dāng)光照或外加電場(chǎng)時(shí)，導(dǎo)電。165-2-2-2應(yīng)用①半導(dǎo)體單晶硅:我國(guó)生產(chǎn)Φ50-200mm,以100mm為主，能力200t/y，產(chǎn)量180t/y；拋光片Φ50-150mm，以100mm為主，200mm有樣片，產(chǎn)量0.2億in2，占世界拋光片硅片產(chǎn)量0.5%。非晶態(tài)硅薄膜半導(dǎo)體，主要用于太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換和信息技術(shù)方面，在開(kāi)發(fā)能源方面是一種很前途的材料。②玻璃,硅酸鹽③過(guò)渡金屬硅化物硅有可能用做一種熱電材料17熱電子材料，能夠?qū)⒁粋€(gè)熱梯度轉(zhuǎn)變成一個(gè)電場(chǎng)，反之亦然，因此可用于發(fā)電和制冷。納米結(jié)構(gòu)法已被證明是改進(jìn)一些材料熱電能力的有效方法。然而，現(xiàn)有高性能熱電材料的制造并不容易達(dá)到大規(guī)模熱能利用所需的那種規(guī)模，而制造具有納米結(jié)構(gòu)的這種材料更為困難。這時(shí)，可以進(jìn)行大規(guī)模處理的硅材料進(jìn)入科學(xué)家的視野，但硅的熱電性能較差。1月10日Nature上兩篇論文表明，通過(guò)將硅的結(jié)構(gòu)做成納米線(xiàn)陣列，通過(guò)仔細(xì)控制納米線(xiàn)的形態(tài)和摻雜，可大大提高硅的熱電性能。我們也許可以認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)是向?qū)⒐栌米鲆环N熱電材料的新應(yīng)用方向邁出的第一步。

185-2-2-3性質(zhì)①加熱與非金屬反應(yīng)Si+2X2=SiX4

（加熱）(F2

常溫瞬間反應(yīng))Si+O2=SiO2

（加熱）3Si+2N2=Si3N4(耐高溫，有高強(qiáng)度，耐磨，耐熱沖擊，用作陶瓷引擎)（1573K）Si+C=SiC（2273K）②在含氧酸中被鈍化3Si+4HNO3+18HF=3H2SiF6+4NO↑

+8H2OCrO3、KMnO4、H2O2等氧化劑19③OH－Si+2NaOH+H2O

=Na2SiO3+2H2↑④與金屬M(fèi)g+Si=Mg2Si（離子型）Mg2Si+4H+=2Mg2++SiH4

↑過(guò)渡金屬的硅化物：FeSi2FeSiFe3Si2Mo3SiTi5Si3V5Si3MoSi2WSi2，屬于非整比化合物，其組成與元素的化合價(jià)無(wú)關(guān)。具有硬度大、熔點(diǎn)高、耐腐蝕、抗氧化、耐磨損等特點(diǎn)，主要用作耐火材料，制耐酸合金。

205-2-3Sn和Pb灰錫（α錫）白錫（β錫）脆錫①與O2反應(yīng)Pb+O2=PbO→Pb2(OH)2CO3

（H2O，CO2）Sn+O2→×②與X2、S反應(yīng)Sn+2Cl2=SnCl4Pb+Cl2=PbCl2Sn+S=SnSPb+S=PbS③與H2O反應(yīng)2Pb+O2+2H2O=2Pb(OH)2Sn+H2O→×?rHm°=?fHm°(Sngray)-?fHm°

(Snwhite)=-2.09(kJ·mol-1)?rSm°=Sm°(Sngray)-Sm°(Snwhite)=44.14-51.55=-7.41(J·mol-1·K-1)?rGm°=?rHm°-T?rSm°＜0T?rSm°>?rHm°T°＜?rHm°/?rSm°=-2.09×103/（-7.41）=282.0(K)轉(zhuǎn)折溫度為282K。即溫度低于282K白錫將轉(zhuǎn)化為灰錫。21

白Sn(s)?灰Sn(s)?fHm°(kJ·mol-1)0-2.09Sm°(J·mol-1·K-1)51.5544.1422④與酸反應(yīng)

Sn+2HCl(濃)=SnCl2+H2

↑

（加熱）Sn+H2SO4(濃)=Sn(SO4)2+SO2↑

+H2O（加熱）4Sn+10HNO3(極稀，冷)=4Sn(NO3)2+NH4NO3+3H2OSn+HNO3(稀，冷)=Sn(NO3)2+NO↑

+4H2OSn+4HNO3(濃)=H2SnO3↓+4NO2

↑H2SnO3:SnO2·H2O,β-錫酸SnCl4+6H2O=H2[Sn(OH)6]+4HCl

H2[Sn(OH)6]：SnO2·4H2O,α-錫酸（活性大）PbO+2HAc=Pb(Ac)2+H2OPb+O2+HAc=Pb(Ac)2Pb+2HCl=PbCl2↓+H2

↑(中止)Pb+4HCl(濃)=H2[PbCl4](微溶)+H2

↑

（加熱）Pb+H2SO4(稀)=PbSO4↓+H2

↑

（反應(yīng)中止）Pb+3H2SO4(濃)=Pb(HSO4)2+SO2↑+2H2O（加熱）Pb+4HNO3(濃)=Pb(NO3)2+NO2↑+H2O3Pb+8HNO3(稀)=3Pb(NO3)2+2NO↑

+4H2O23應(yīng)用Sn:①制合金：焊錫67%Sn/33%Pb低溶點(diǎn)合金青銅78%Cu/22%Sn日用電器、工具90%Cu/8%Sn/2%Zn牙膏管Al或Sn②制錫、作金屬鍍層：罐頭盒的馬口鐵（鍍錫薄鐵）Pb:①鉛蓄電池;②化耐蝕設(shè)備;③射線(xiàn)防護(hù)材料245-3化合物5-3-1CO(1)還原劑FeO+CO=Fe+CO2（加熱）PdCl2+CO+H2O=Pd+2HCl+CO2(2)配體CuCl+CO+2H2O=Cu(CO)Cl·2H2OCu(NH3)2Ac+NH3+CO=Cu(NH3)3·CO·AcNi(s)+4CO(g)=Ni(CO)4(l)Ni(CO)4、Fe(CO)5

和Co2(CO)8

劇毒255-3-2H2CO3/碳酸鹽(1)溶解性：正鹽中NH4+、ⅠA(除Li外)易溶，其余難溶；酸式鹽均易溶。反常：SNaHCO3<SNa2CO3

，SKHCO3

<SK2CO3(2)熱穩(wěn)定性MCO3=MO+CO2↑

（加熱）MHCO3=M2CO3+CO2

↑

+H2O（加熱）H2CO3=CO2

↑

+H2O（加熱）熱穩(wěn)定性H2CO3<酸式鹽<正鹽(18e<ⅡA<ⅠA)。正離子極化作用大，加熱易奪取CO32-中的O而使之分解∴熱穩(wěn)定性BeCO3<MgCO3<CaCO3<SrCO3<BaCO3Na2CO3<K2CO3<Rb2CO3<Cs2CO3隨半徑增大，M極化作用減小，穩(wěn)定性增

26(3)水解CO32－+H2O=HCO3－+OH－Mn++CO32－得以下三種產(chǎn)物:MCO3

例如:Li+Ca2+Sr2+Ba2+Ag+SMCO3<SM(OH)n氫氧化物堿性較強(qiáng)堿式碳酸鹽例如:Ni2+,Cu2+,Zn2+,Pb2+,Mg2+,氫氧化物堿性較弱M(OH)n例如:Al3+,Fe3+,Cr3+

等高價(jià)陽(yáng)離子，易水解27

5-3-3硅的化合物5-3-3-1SiO2硅石無(wú)定形：石英玻璃，燧石,硅藻土，硅藻細(xì)胞壁（硅質(zhì)殼）晶體：天然為石英(原子晶體)

純石英：水晶含有雜質(zhì)的有色石英：紫水晶、瑪瑙、碧玉瑪瑙水晶282930Scanningelectronmicroscopyimagesofcellwallsfromdifferentdiatomspecies.Imagesintopandmiddlerowsshowoverviewsofsinglesilicacellwalls,andimagesinbottomrowshowdetailsofdiatomsilicacellwalls.31（1）結(jié)構(gòu)：原子晶體ESi—O=452kJ?mol-1>EC—O=357.7kJ?mol-1ESi=O=640.2kJ?mol-1<EC=O=798.9kJ?mol-1ESi—Si=222kJ?mol-1<EC—C=345.6kJ?mol-1ESi=Si<EC=C

（2）不活潑性SiO2+2Mg=2MgO+Si(高溫)(Al、B)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O（加熱）SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑(熔融)

32（3）應(yīng)用＊

熱膨脹系數(shù)小，可用于制造耐高溫的儀器＊

能透過(guò)紫外線(xiàn)，可制作紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)、比色皿＊

光導(dǎo)纖維，代替金屬導(dǎo)線(xiàn)、微波＊

制玻璃①普通玻璃SiO2+CaCO3+Na2CO3=Na2SiO3·CaSiO3·4SiO2（加熱）②加入不同氧化物，可得不同顏色的玻璃③將部分用代替的硼硅酸玻璃，硬質(zhì)玻璃，熱膨脹系數(shù)小，不因溫度改變太快而斷裂④以Pb代Ca的鉛玻璃335-3-3-2硅酸SiO2+H2O→×SiO2+4H+→H4SiO4↓→H2SiO32H4SiO4?H2O

→H6Si2O7（1）H2SiO3二元弱酸Ka1=10－1010－12（2）硅酸溶膠/凝膠：凝膠的多酸骨架中包含著大量的水，軟而透明且有彈性（3）硅膠：多孔性固體，對(duì)①水②工業(yè)中回收廢氣③石油業(yè)中除去油中硫化物等極性物質(zhì)有較強(qiáng)的作用吸附作用：硅膠的內(nèi)表面很大，800-900m2/g，而且其中小孔甚多，是極好的吸附劑催化劑載體345-3-3-3硅酸鹽（1）分類(lèi)：Na2SiO3可溶;其余天然物,均不溶。SiO2+Na2CO3=Na2SiO3+CO2↑

(熔融)Solubleglass/waterglass：是多種多硅酸鹽的混合（2）用途：①建筑工業(yè)、造紙工業(yè)“粘合劑”：溶膠強(qiáng)的粘合力②木材、織物用之浸泡后防腐、防火③雞蛋用之浸泡后，可長(zhǎng)期保存④軟水劑：CaSiO3MgSiO3，洗滌劑、肥皂的填料⑤制硅膠、分子篩——具有多孔穴結(jié)構(gòu)，起篩選分子作用的物質(zhì)。5-3-3-4

沸石35天然和人工沸石,有籠狀空穴和通道，易可逆地吸收或失去小分子，如H2O、CO2、NH3、CH3OH,EtOH,金屬離子等.根據(jù)結(jié)構(gòu)、孔徑的不同，分不同型號(hào)：X型、Y型、A型36

zeoliticimidazolateframeworks，簡(jiǎn)稱(chēng)ZIFs“沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料”把傳統(tǒng)沸石中的鋁和硅元素用鋅離子和鈷離子等取代，而橋氧則被咪唑酯取代。這是一類(lèi)具有可調(diào)整孔洞大小及化學(xué)性質(zhì)的金屬-有機(jī)配位子結(jié)構(gòu)（metalorganicframeworks，簡(jiǎn)稱(chēng)MOFs）。ZIFs的表面積很大，而且在高溫下不會(huì)分解，在沸水和有機(jī)溶劑中浸泡一周也仍然穩(wěn)定,吸收CO2。

RahulBanerjee,AnhPhan,OmarM.Yaghi.Science，2008,319(5865):939–943375-3-3-5硅的氫化物(1)SinH2n+2

SiH4(g.無(wú)色無(wú)味)，Si3H8（l.高級(jí)硅烷）(2)制備SiO2+4Mg=Mg2Si+2MgO(灼燒)Mg2Si+4H+=SiH4↑+2Mg2+SiCl4+LiAlH4=SiH4

↑

+LiCl

+AlCl3(3)性質(zhì)①活潑，強(qiáng)還原性SiH4+2O2=SiO2+H2OSiH4+2MnO4-=2MnO2

↓

+SiO32-+H2O+H2②熱不穩(wěn)定性：SiH4=Si+2H2(773K)

③

水解：SiH4+(n+2)H2O=SiO2·nH2O+4H2

(OH-)385-3-4Sn和Pb的化合物5-3-4-1氧化還原性（1）Sn(Ⅳ)穩(wěn)定，Sn(Ⅱ)強(qiáng)還原性2Sn2++O2+4H+=2Sn4++2H2OSnS

+S22－=SnS32－SnS32－

+2H+=SnS2+H2S↑Sn2++4Cl-+2HgCl2=Hg2Cl2↓+[SnCl6]2-Sn2++4Cl-

+Hg2Cl2=2Hg↓+[SnCl6]2-392）Pb(Ⅱ)穩(wěn)定，Pb(Ⅳ)強(qiáng)氧化性PbO2+6HCl（濃）=H2[PbCl4]+Cl2↑

+2H2O5PbO2+2Mn2++4H+=5Pb2++2MnO4－+2H2O(Ag+催化)Pb2++ClO－+2OH－

=PbO2+Cl－+H2O405-3-4-2鹽（1）錫鹽的強(qiáng)水解性SnCl2+H2O=Sn(OH)Cl↓+HClSnCl4+6H2O=H2Sn(OH)6↓+4HCl412）Pb的鹽Pb(Ⅱ)Pb(NO3)2、Pb(Ac)2：易溶.PbCl2：溶于熱水.PbCO3：白色→Pb2(OH)2CO3

鉛石PbSO4：白色，用作顏料PbSiO3：白色PbS：黑色PbCrO4

黃色→Pb(OH)3－

Pb2++H2O=PbOH++H+PbCl4+2H2O=PbO2↓+4HClPbCl4=PbCl2+Cl2無(wú)PbBr4

或PbI4

423）兩性氫氧化物Sn(OH)2+2H+=Sn2++2H2OSn(OH)2+2OH－

=SnO22－+2H2OSn(OH)4+4H+=Sn4++4H2OSn(OH)4+2OH－=SnO32－+3H2OPb(OH)2+2H+=Pb2++2H2OPb(OH)2+OH－=Pb(OH)3－4）硫化物43

SnSSnS2PbSColorbrownyellowblackInsolubilityinsolubleinH2O

insolubleinH2O

nordiluteacid

Acidic/BasicbasicacidicbasicHCl（conc.）SnCl42－SnCl62－PbCl42－NaOH/SnO32-+SnS32-/Na2S/SnS32－/Na2S2SnS32－SnS32－/44Al、Ga(mp.=30°C)、InandTlareallsilver-colored,soft,lightmetalswhichhavegoodtractability(易加工).Theyareactiveandusuallybepreparedbyelectrolysis.

6硼族元素硼、鋁、鎵、銦、鉈6-1通性6-2硼及其化合物6-3鋁及其化合物456-1通性1)價(jià)電子構(gòu)型：ns2np1

價(jià)電子數(shù)<價(jià)軌道數(shù)，缺電子結(jié)構(gòu)，即缺電子原子缺電子化合物：成鍵電子對(duì)數(shù)<價(jià)電子軌道數(shù)特點(diǎn)：接受電子對(duì)能力很強(qiáng)，是強(qiáng)的路易斯酸。

2)氧化數(shù)：+3、+1

BAlTl+3共價(jià)鍵共價(jià)鍵離子鍵離子鍵+1--TlCl+1化合物穩(wěn)定性增3)配位數(shù)B為4,BF4－；其余為6,例：AlF63－

464)存在形式B與Si相似，EB-O=561kJ?mol-1(ESi-O=452kJ?mol-1)

硼在地殼中含量為10ppm，是唯一能以富集礦存在的稀有元素。世界上硼礦資源以美國(guó)最多，我國(guó)的硼礦資源十分稀散。我國(guó)是最早使用汾砂的國(guó)家，明代《本草綱目》中就有使用硼砂入藥制作“冰硼散”的記載。硼以化合物存在于海洋中，為常量元素。Al:鋁礬土，aluminosilicateminerals，AlO(OH)Al(OH)3Ga,In,Tl稀少，Ga存在于鋁礬土、煤中，In、Tl存在于閃鋅礦ZnS中,有工業(yè)回收價(jià)值的閃鋅礦大部分集中在中國(guó)。In是鉛鋅冶煉廠的副產(chǎn)品。銦的全球儲(chǔ)量為1.6-1.9萬(wàn)噸，中國(guó)儲(chǔ)量1.3萬(wàn)噸，約占75%——未來(lái)全球原生銦的產(chǎn)量增速將繼續(xù)依賴(lài)中國(guó)產(chǎn)量的增長(zhǎng)。In的光滲透性和導(dǎo)電性強(qiáng)，應(yīng)用于ITO(氧化銦錫)靶材、CIGS（銅銦鎵硒）薄膜太陽(yáng)能電池和LED。銦產(chǎn)量持續(xù)下降需求暴增。475)周期表中的斜線(xiàn)關(guān)系（對(duì)角線(xiàn)規(guī)則）有三對(duì)處于相鄰兩個(gè)族對(duì)角線(xiàn)上的元素，其性質(zhì)相似，稱(chēng)為周期表中的斜線(xiàn)關(guān)系。

主要存在于:LiBeBC

NaMgAlSiLi＋—Mg2+、Be2+—Al3+、B(III)—Si(Ⅳ)的離子勢(shì)（電荷/半徑）數(shù)值相近，離子極化作用接近，其化合物的化學(xué)鍵性質(zhì)相近。6-2硼及其化合物

4849506-2-1硼6-2-1-1工業(yè)制備用濃堿液浸取硼鐵礦NaBO2Na2B4O7

H3BO3B2O3B

Mg2B2O5?H2O+2NaOH=2NaBO2+Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O7?10H2O↓+Na2CO3Na2B4O7+5H2O+H2SO4=4H3BO3+Na2SO4

2H3BO3=B2O3+3H2O(加熱)B2O3+3Mg=2B+3MgO酸法：Mg2B2O5?H2O+2H2SO4=2H3BO3+2MgSO4

(需耐酸設(shè)備)堿法：51將粗粉狀B與少量I2加到容器中，此容器裝有可通電加熱的鉭絲，將容器抽空，加熱形成的BI3擴(kuò)散到高溫的鉭絲被分解。2B+3I2=2BI3(加熱)2BI3=2B+3I2↑(1000-1300K，Ta)純化52536-2-1-2性質(zhì)1）與硅相似無(wú)定形：棕色粉末，活潑;晶形：黑灰色，不活潑，原子晶體,α-菱形硼硬度僅次于金剛石.高電阻，導(dǎo)電率隨溫度升高而下降.B與Si不同的一點(diǎn)：B能與H2O(g)反應(yīng),2B+6H2O(g)=2B(OH)3+3H2

（赤熱）

542）高溫時(shí)與非金屬、金屬反應(yīng)2B+3X2=2BX3（加熱）(F2常溫可反應(yīng))4B+3O2=2B2O3

（加熱）△fG°m=-1184kJ?mol-12B+3S=B2S3（加熱）△fG°m=-1237kJ?mol-12B+N2=2BN（T>1473K）4B+C=B4C（高溫）＊碳化硼，共價(jià)型化合物。同SiC（金剛砂）一樣，硬度大、熔點(diǎn)高、具化學(xué)惰性，用作優(yōu)良的磨料和制切削工具，B4C還用于制原子反應(yīng)堆中的控制棒。55特點(diǎn)：B與O的親合力大，B可用作還原劑，還原氧化物3SiO2+4B(可替代C、Zn、Mg)=2B2O3+3Si3P2O5+10B=5B2O3+6P3CO2+4B=2B2O3+3CMO+B=B2O3+MM=Cu、Fe、Co、Sn、Pb、Sb、Bi幾乎與所有金屬生成金屬型化合物，M4B、M2B、MB、M3B4、MB2、MB6，其硬度高、耐高溫、抗化學(xué)腐蝕,mp.比相應(yīng)金屬高100KZrB2導(dǎo)電性=10ZrTiB2導(dǎo)電性=10Ti563)與熱濃H2SO4、熱濃HNO3反應(yīng)2B+3H2SO4(濃)=2H3BO3+3SO2

↑

（加熱）B+3HNO3(濃)=H3BO3+3NO2↑

（加熱）

4)有氧化劑存在時(shí)，與強(qiáng)堿共熔2B+2NaOH(s)+3KNO3(s)=2NaBO2+3KNO2+H2O576-2-2硼的化合物無(wú)機(jī)硼：H3BO3,Na2B4O7?10H2O,KBH4,NaBH4等40余種產(chǎn)品有機(jī)硼：硼烷（BnHn+4、BnHn+6）20多種；硼酸酯（硼酸+多元醇）

586-2-2-1H3BO3

（1）制備：BB2O3H3BO3(s)（2）結(jié)構(gòu)

B：2s22p1，sp2等性雜化，與三個(gè)O形成三個(gè)σ鍵，分子間氫鍵；硼酸晶體的片層結(jié)構(gòu)層與層之間以微弱的分子力相連59①冷水中溶解度小，熱水中增大（部分氫鍵斷開(kāi)）②極弱的一元酸，Ka=10－10,不是自身電離出H＋，而是結(jié)合中的OH－，而剩余H+

H3BO3+H2O=B(OH)4-+H+H3BO3+3CH3OH=B(OCH3)3+3H2O（濃H2SO4）與多元醇酯化，可增加酸性③有極微弱的堿性B(OH)3+H3PO4=BPO4+3H2O（沸騰）④受熱分解、脫水H3BO3

→HBO2→H2B4O7→B2O33）性質(zhì)604)用途硼玻璃耐高溫，硬質(zhì)玻璃；Li、Be、B氧化物制成的玻璃，可用作射線(xiàn)的窗口；熔融態(tài)可溶解MO,有色硼玻璃CoO+B2O3=Co(BO2)2

藍(lán)色NiO+B2O3=Ni(BO2)2

綠色Cr2O3+3B2O3=2Cr(BO2)3

綠色

616-2-2-2硼砂Na2B4O7?10H2O(無(wú)色透明晶體)=Na2B4O5(OH)4?8H2O（1）結(jié)構(gòu)：[B4O5(OH)4]2-B:sp3雜化,sp2雜化4H3BO3+2NaOH=Na2B4O7+7H2O(pH<9.6)H3BO3+NaOH=NaBO2+H2O(pH=11-12)622）性質(zhì)①冷水中難溶，T↑，s↑?？山Y(jié)晶提純②水解，呈堿性B4O72－+3H2O=2BO2－+H3BO3BO2－+2H2O=OH－+H3BO3③Na2B4O7

玻璃態(tài)（無(wú)色透明），可溶解MONa2B4O7+CoONaBO2?Co(BO2)2

藍(lán)色（1150K）Na2B4O7+Cr2O3NaBO2?Cr(BO2)3

翠綠色（加熱）633）用途①陶瓷、搪瓷、玻璃工業(yè)的重要原料②洗滌劑填料（水解呈堿性）③配制緩沖溶液，作基準(zhǔn)物④H3BO3、Na2B4O7?10H2O常用在消毒劑、防腐劑的配方中作主藥成分的緩沖液，或作片劑中的潤(rùn)滑劑（H3BO3層狀結(jié)構(gòu)），以輔助主藥發(fā)揮良好的藥效。例：在氯霉素滴眼藥配方中加入H3BO3。硼砂可起到調(diào)節(jié)滲透壓以減輕藥液對(duì)眼粘膜的刺激作用；在冰硼散、吹喉散等口腔藥粉劑中加入硼砂可起到消毒、防潰、輔助其它藥物中和酸堿的作用。

646-2-2-3BX3（1）性質(zhì)：強(qiáng)的Lewis酸，有強(qiáng)烈接受電子對(duì)的傾向。與SiX4一樣強(qiáng)烈水解，但機(jī)理不同：BX3缺電子；SiX4有空的軌道。2BF3+3H2O=H3BO3+BF4－+2F-+3H+2SiF4+4H2O=H4SiO4+SiF62－+2F-+4H+BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl(BBr3和BI3有類(lèi)似反應(yīng))＊氟硼酸，強(qiáng)酸，僅以離子狀態(tài)存在于水溶液

Sn、Pb、Cu、Cd、Fe、Co、Ni等金屬的硼酸鹽用于電鍍（電解池），具速度快、鍍層質(zhì)量好、省電的優(yōu)點(diǎn)。＊BX3

有機(jī)合成中常用作催化劑

65（2）制備2B+3X2=2BX3（加熱）B2O3+6HF=2BF3+3H2O666-2-2-4NaBH4（1）性質(zhì)白色離子型化合物，能溶于H2O、EtOH，無(wú)毒;具有選擇性的極強(qiáng)的還原劑,例NaBH4只還原醛、酮、酰氯類(lèi)成醇（2）制備4NaH+BF3=NaBH4+3NaF4NaH+B(OCH3)3=NaBH4+3CH3ONa2LiH+B2H6=2LiBH4(燃燒熱高，可做火箭原料)676-2-2-5B2H6乙硼烷結(jié)構(gòu)Bsp3雜化，與端基H形成正常σ鍵,兩個(gè)B與一個(gè)H，形成三中心兩電子鍵（橋鍵）B2H6空間構(gòu)型WilliamNunnLipscomb利普斯科姆（1919～2011）”In1976“對(duì)硼烷結(jié)構(gòu)的研究，解釋了化學(xué)成鍵問(wèn)題68（2）性質(zhì)：易溶于Et2O；易燃、易水解；劇毒氣體；T低于373K穩(wěn)定B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)

+3H2O(l)△rH°m=-2149kJ?mol-1（3）制備①質(zhì)子置換法:2MnB+6H+=B2H6

↑

+2Mn3+②氫化法:2BCl3+6H2=B2H6+6HCl③H－置換法3LiAlH4+4BF3=2B2H6

↑

+3LiF+3AlF3（乙醚）3NaBH4+4BF3=2B2H6

↑

+3NaBF4

（乙醚）（4）用途——制純硼和硼化物的原料，P型半導(dǎo)體的摻雜劑（BF3）6-2-3生物功能植物必需，以H3BO3、B(OH)4－形式吸收,土壤中可溶性B含量小于0.5ppm，缺硼696-3鋁及其化合物6-3-1鋁銀白色，輕金屬（2.7g/cm3），具延展、韌性、導(dǎo)電性；鋁合金，輕、美觀鋁表面有一層致密的薄膜，使鋁穩(wěn)定，不與H2O反應(yīng)；不與HNO3、濃H2SO4作用，故可用鋁桶盛之

706-3-1-1化學(xué)性質(zhì)①活潑金屬,強(qiáng)還原劑2Al+3X2=2AlX3(s)2Al+3/2O2(g)=Al2O3(s)鋁毛，離子型△fH°m=-1668kJ?mol-12Al+3S(l)=Al2S3(s)2Al+N2=2AlN(高溫)AlN+3H2O=Al(OH)3+NH34Al+3C=Al4C3(高溫)Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4↑71②親氧元素——鋁熱還原法提煉金屬(冶金上常用的還原劑為焦炭和鋁)3SiO2+4Al=2Al2O3+3Si（加熱）Cr2O3+2Al=Al2O3+2Cr（加熱）Fe2O3+2Al=Al2O3+2Fe（加熱）3MnO2+4Al=2Al2O3+3Mn(Ni、V)（加熱）

＊3273K,使Fe熔化，3Fe3O4+8Al=4Al2O3+9Fe，用來(lái)焊接損壞的鐵軌＊煉鋼的脫氧劑：在鋼水中投入Al72③兩性金屬2Al+6H+=2Al3++3H2↑2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑2Al+6H2SO4=Al2(SO4)3+3SO2

↑

+6H2O＊高純度鋁99.95%不與一般的酸作用，只溶于王水

736-3-1-3鋁的制備1886年，22歲美國(guó)青年化學(xué)家霍爾（Hall.C.M）找到了從Al2O3制Al的方法；1885年，法國(guó)青年冶金家厄魯爾（Heroult,P）大學(xué)畢業(yè)后，實(shí)驗(yàn)獲得了成功。Ha