(推荐)硼族元素
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高中化学竞赛-硼族元素
高中化学奥林匹克竞赛辅导硼族元素一、硼族元素简介硼族元素包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)，在周期表中处于第Ⅲ A族。
硼族元素的价电子构型为n s2n p1，除硼外其余元素均为金属元素，金属性随原子序数的增加而增强。
B的半径较小，失去三个电子非常困难，因此硼不能形成简单阳离子B3+，只能通过共用电子对形成共价化合物。
Al、Ga、In、Tl在水溶液中可以形成M3+。
因为惰性电子对效应，Tl3+具有强氧化性。
在硼族元素形成的共价分子中，中心原子最外层只有6个电子，未达到8电子的外层结构，属于缺电子化合物，它们具有一个空p轨道，可以接受孤对电子形成配位键，是强的路易斯酸。
硼族元素的性质二、硼及其化合物1.硼的单质硼的非金属单质以原子晶体形式存在。
单质硼有无定形硼和晶体硼两种，无定形硼为棕色粉末，晶体硼为黑灰色原子晶体。
晶体硼结构较为复杂，其晶体结构单元为12个硼原子组成的正二十面体。
它有20个等边三角形面，12个顶点，硼二十面体通过不同的连接方式形成各种硼的同素异形体。
晶体硼的化学活性较低，无定形硼较活泼。
常温下，硼能与F 2反应，高温下能与N 2、O 2、S 等非金属单质反应。
无定形硼可被热的浓硝酸、浓硫酸氧化成硼酸，也能与强碱作用放出氢气。
2B+N 22BN(与金刚石C 2互为等电子体，是原子晶体) B+3HNO 3(浓)B(OH)3+3NO 2↑2B+2NaOH+2H 2O2NaBO 2+3H 2↑(与Al 的性质相似)2.硼的氧化物及含氧酸硼最重要的氧化物是B 2O 3，熔融B 2O 3能溶解许多金属氧化物，形成具有特征颜色的偏硼酸盐，这个反应用于定性分析，称为硼珠实验：CuO+B 2O 3Cu(BO 2)2(蓝色) NiO+B 2O 3Ni(BO 2)2(绿色) B 2O 3的水化物为硼酸H 3BO 3或B(OH)3。
H 3BO 3是白色的片状晶体，具有片层结构，层和层 之间存在范德华力，容易发生滑动，其中氢键对其结构的形成具有支配的作用。
元素化学——硼族
的偏硼酸： B2O3 + 3H2O == H3BO3 B2O3 + 3H2O(水蒸气) == 2HBO2
32
硼酸
罕见的固体酸。 H3BO3 在水中是一元酸。 其质子转移平衡与B原子的缺电子性 质密切相关：
θ B(OH)3(aq) + 2 H2O(l) == H3O+(aq) + [B(OH)4]-(aq) pK a 9.2
③ 氧化物的熔点和硬度都很高（Al2O3刚玉）； ④ 卤化物均有共价型； ⑤ 盐都易水解，高价阴离子的盐难溶，如 AlPO4；
12
硼与硅的相似性
① B-O、Si-O键能很大，自然界均以含氧化合物形式存
在； ② 单质易与强碱反应； ③ 由于B-B和Si-Si键能较小，烷的数目比碳烷烃少得多， 且易水解、容易自燃； ④ 卤化物易水解，均为Lewis酸； ⑤ 易形成多酸：如：Na2B4O7、Si6O1812-。
pKaq 值表明 H3BO3 的酸性极弱，不能直接用 NaOH 滴定。甘 露醇、甘油等与 H3BO3 反应生成稳定的配合物并使显示强酸 性，从而可用滴定法测定硼含量
33
硼酸
OH HO—B + HO—CH2 HO—CH HO—CH2 O—CH2 B C(OH)H + H3O+ + H2O O—CH2
以杂质形式与其它矿物共生，镓存在于铝矾土矿、煤矿中，铟 和铊存在于闪锌矿中。
25
单质的制备方法
酸法 Mg2B2O5· H2O(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。
26
单质的制备方法
碱法
Mg2B2O5· H2O + 2 NaOH == 2 NaBO2 + 2 Mg(OH)2 (浓) ↓ 浓的水溶液 ↓通CO2调碱度
32
硼酸
罕见的固体酸。 H3BO3 在水中是一元酸。 其质子转移平衡与B原子的缺电子性 质密切相关：
θ B(OH)3(aq) + 2 H2O(l) == H3O+(aq) + [B(OH)4]-(aq) pK a 9.2
③ 氧化物的熔点和硬度都很高（Al2O3刚玉）； ④ 卤化物均有共价型； ⑤ 盐都易水解，高价阴离子的盐难溶，如 AlPO4；
12
硼与硅的相似性
① B-O、Si-O键能很大，自然界均以含氧化合物形式存
在； ② 单质易与强碱反应； ③ 由于B-B和Si-Si键能较小，烷的数目比碳烷烃少得多， 且易水解、容易自燃； ④ 卤化物易水解，均为Lewis酸； ⑤ 易形成多酸：如：Na2B4O7、Si6O1812-。
pKaq 值表明 H3BO3 的酸性极弱，不能直接用 NaOH 滴定。甘 露醇、甘油等与 H3BO3 反应生成稳定的配合物并使显示强酸 性，从而可用滴定法测定硼含量
33
硼酸
OH HO—B + HO—CH2 HO—CH HO—CH2 O—CH2 B C(OH)H + H3O+ + H2O O—CH2
以杂质形式与其它矿物共生，镓存在于铝矾土矿、煤矿中，铟 和铊存在于闪锌矿中。
25
单质的制备方法
酸法 Mg2B2O5· H2O(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。
26
单质的制备方法
碱法
Mg2B2O5· H2O + 2 NaOH == 2 NaBO2 + 2 Mg(OH)2 (浓) ↓ 浓的水溶液 ↓通CO2调碱度
硼族元素及其化合物
硼族元素及其化合物
一、硼的性质
硼（Boron）是一种族IIIb的元素，在化学元素周期表中第五位，原子序数为5，原子质量为10.81、硼元素是一种半金属元素，具有金属质地，保持着类似硅的结构。
硼具有极强的抗氧化、加热稳定性、腐蚀性，使其有着优良的电性能，适用于电子设备中的导电成份，还拥有稳定的介电性能，是线路板制作的上佳材料。
二、硼的化合物
（1）氢氧化硼
氢氧化硼（H₂BO₃）是硼元素的最常见的化合物。
它是一种无色粉末状的晶体，熔点为350℃，有特殊的稀酸味，非常溶于水，但在碳酸钠、碳酸氢钠水溶液中极难溶解。
氢氧化硼是一种电解质，是用作电缆、电池和电磁浮动的主要材料。
（2）硼酸
硼酸（HBO₂）是硼的重要的化合物之一，其有机半氧化物的形式为
H₃BO₃，通常以白色粉末的形式存在，溶于水，不溶于二氯甲烷，拥有特殊的稀酸性味道。
硼酸有着广泛的应用，主要用作农药、洗涤剂、轻工业中制作消光剂、染料、防腐剂和焊条等。
（3）硼酸钠
硼酸钠（Na₂B₂O₄·2H₂O）是一种水溶性的硼酸盐，主要用作染料、洗涤剂、消光剂、增塑剂、绝缘剂、涂料等。
硼族元素及其化合物
无机化学
硼族元素及其化合物
氢氧化铝（Al（OH）3）是两性物质，既溶于酸又溶于碱： Al(OH)3+NaOH → NaAlO2+2H2O 2Al(OH)3+6HCl → 2AlCl3+3H2O 氢氧化铝的碱性比酸性略强，故铝盐都易水解。
硼族元素及其化合物
铝的卤化物从氟化物到碘化物，键型由离子键过渡 到共价键，这是因为F-、Cl-、Br-、I-的变形性依次增强， 其中最重要的是AlCl3。无水氯化铝是无色晶体，常温下 有挥发性，经测定其蒸发密度知它的分子式相当于Al2Cl6， 是共价化合物，为双聚分子。AlCl3溶于所有的有机溶剂， 在水中也易溶，因水解作用，其溶液显较强酸性，水解 过程中有碱式盐生成，其水解过程如下：
3. 铝的重要化合物
铝的重要化合物有氧化物、氢氧化物及卤化物。
氧化铝（Al2O3）是一种难熔的且不溶于水的白色粉末， 经灼烧后的氧化铝也不溶于酸。刚玉是存在于自然界中的 结晶氧化铝，其硬度仅次于金刚砂（碳化硅），是很好的 磨料。经特殊处理的氧化铝粉末，疏松多孔，具有很大的 相对表面积，有很强的吸附性能，叫做活性氧化铝，广泛 用作层析工作中的吸附剂。
无机化学
硼族元素及其化合物
硼族元素位于周期表中第ⅢA族，主 要包括硼（B）、铝（Al）、镓（Ga）、 铟（In）、铊（Tl）五种元素。
硼族元素及其化合物
一、 硼族元素通性
硼族元素的价电子层结构为ns2np1，其氧化数为+3 和+1，以+3为主要特征，在+3氧化态时完全是共价化合 物。由于它们价电子层的四个轨道中只有三个电子，价电 子数少于价电子层轨道数，故称为缺电子原子，所形成的 化合物被称为缺电子化合物。因此硼族元素有极强的接受 电子的能力，易形成聚合型分子（如Al2Cl6）和配位键化 合物。表8-19是硼族元素的一些基本性质。
《硼族元素教学》课件
结语
在《硼族元素教学》的PPT课件中，我们通过介绍硼族元素的共性与特性、 物理性质、化学性质及应用领域，希望增加大家对硼族元素的了解和兴趣。 感谢您的参与与探索！
硼族元素在自然界中的分布
硼族元素在地壳中广泛存在，并在矿物、土壤和化石中得以发现。
硼族元素的共性与特性
1 电子结构和周期表
位置
2 原子半径和离子半径 3 电负性和金属性
硼族元素的原子半径较
硼族元素的电负性较低，
硼族元素的电子结构决
小，并且与离子半径、
而金属性较强，具有一
定了它们的化学性质，
电荷密度有关。
硼族元素的化学性质
1
化合价和化合物类型
硼族元素的化合价各不相同，形成了多种不同类型的化合物，如氧化物、氢化物 等。
2
饱和度和极性
硼族元素的饱和度和极性影响了它们的化学反应和与其他元素的相互作用。
3
化学反应和反应机理ห้องสมุดไป่ตู้
硼族元素在化学反应中表现出特定的反应机理和行为，为化学合成和反应设计提 供了重要基础。
《硼族元素教学》PPT课 件
欢迎来到《硼族元素教学》课件！在这个课程中，我们将深入了解硼族元素 的共性与特性、物理性质、化学性质以及应用领域。让我们开始探索吧！
介绍
硼族元素的定义
从化学角度来看，硼族元素是周期表中第13族元素，具有特定的电子结构和化学性质。
硼族元素的历史和发现
硼族元素的发现与历史悠久，包括对硼，铝和镓等元素的研究与探索。
应用与展望
硼族元素在材料科学中 的应用
硼族元素及其化合物在材料科 学领域中有着广泛的应用，如 硼氮化物在高温材料和涂层中 的应用。
硼族元素在生命科学中 的应用
第2章硼族元素
共价半径之和(pm) 153
键能(kJ· mol-1)
646
BX3是以形成大π键来满足 其对电子的要求
由于有空轨道,可接受外来
电子,均为路易斯酸
∏ 46
BF3+NH3=F3B:NH3
BF3+ HF =H+[BF4]-
2.3 硼的氢化物和卤化物
1、硼的氢化物---硼烷的性质 ① 自燃 B2H6 (g) 3O2 (g) B2O3 (s) 3H2O(g)
H
B O
层状结构
层内：B sp2杂化 有氢键 层间：范德华力
H3BO3 片 层 结 构
每个氧原子除以共价键与硼原子、氢原子相结合，还能通过氢 键连成片状结构。
∴似石墨，有解离性，做润滑剂
（1）H3BO3能溶于水。
硼酸在冷水中的溶解度很低，在热水中溶解度增大（为什么？）
因部分氢键断裂而溶解度增大。
（2）H3BO3的缺电子特性
2. AlCl3的成键特征
AlCl3中铝为不等性sp3杂化
(GaCl3)2
(InCl3)2
(AlBr3)2 (AlI3)2
(GaBr3)2
除B的卤化物及ⅢA的氟化物以外,均为二聚形式。
3. BX3的成键特征及路易斯酸性
BF3 (g) 熔点(K) 沸点(K) 键长(pm)(实测) 146 172 131 BCl3 (l) 166 285 174 180 444 BBr3(l) 227 364 189 195 368 BI3(s) 316 483 210 214 267
-1 △ rHm -2034kJ mol
高能燃料，剧毒
② 水解
-1 -509.3kJ mol △ rHm
硼族元素
硼族元素第ⅢA族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。
其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。
硼族元素的一些基本性质列于下表中。
本族元素原子的价电子层结构为ns2np1，常见氧化态为+3和+1，随原子序数的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。
使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依次增强，其还原性依次减弱。
例如：Tl(Ⅲ)是很强的氧化剂，而Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。
+Ⅲ氧化态的硼族元素具有相当强的形成共价键的倾向。
硼因原子半径较小，电负性较大，使其共价倾向最强，其它的硼族元素成键时表现为极性共价键。
硼族元素的价电子层有4条轨道（ns、np x、np y、np z），而只有3个价电子，这种价电子层中价轨道数超过价电子数的原子称为缺电子原子，中心原子价轨道数超过成键电子对数的化合物称为缺电子化合物。
如本族+Ⅲ价单分子化合物BF3、AlCl3等。
缺电子原子在形成共价键时，往往采用接受电子形成双聚分子或稳定化合物和形成多中心键（即较多中心原子靠较少电子结合起来的一种离域共价键）的方式来弥补成键电子的不足。
下面列出了硼族元素的标准电极电势图。
硼原子的价电子构型是2s22p1,它能提供成键的电子是2s12p1x2p1y,还有一个空轨道。
硼在化合物的分子中配位数为4还是3，取决于sp3或sp2杂化轨道中σ键的数目。
同硅一样，它不能形成多重键，而倾向于形成聚合体，例如通过B-O-B 链形成B2O3或H3BO3或硼酸盐的庞大“分子”。
硼原子成键有三大特性：（1）共价性—以形成共价化合物为特征；（2）缺电子性—除了作为电子对受体易与电子对供体形成σ配键以外，还有形成多中心键的特征；（3）多面体习性—晶态硼和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片而成笼状或巢状等结构。
这种多面体习性同它能形成多种类型的键有关。
第十六章-硼族元素PPT课件
-0.34
Tl3+ 1.25 Tl+ -0.336 Tl 1.36 TlCl -0.557
Tl(OH)3 -0.05 TlOH -0.344 Tl
Tl3+的化合物具有强氧化性
Tl+.的化合物特别稳定
8
§16-2 硼及其化合物
2-1 硼在自然界的存在
——以硼酸盐的形式存在
主要矿有：
硼砂—— Na2B4O7·10H2O
27
B2H6的结构由美国化学家—— 利普斯科姆（Lipscomb,W.N.）提出：
1949年后，利普斯科姆开始对硼烷、碳硼烷及其一系列 衍生物进行系统研究。关于硼烷的结构，早在半个世纪前
曾有人做过研究，但都未能真正解释明白硼烷及其衍生物 组分的多样化结构的复杂性。
利普斯科姆利用低温X 射线衍射方法等测定了多种硼烷 结构。根据他测定的结果，硼烷分子具有代表性的结构是
BF3 + F- BF4-
B(OH)3 + OH- [B(OH)4]单质硼和B化合物中还能形成多中心键
3c-2e 键 、 sp2杂化的硼化合物中的大键。
.
11
③ 多面体习性
——晶态B和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片， 形似笼状或巢状等结构。 这种多面体的习性同它能形成多种类型的键有关。
巢图状16硼-3 烷-结菱形构硼的结构
中除外向B—H键以外的其它类型的化学键。
键型
所用轨道数 所用电子数 键数
B—B
2
2
y
B—H—B
3
2
s
开口B—B—B
3
2
闭合B—B—B
3
t 2
B—H
2
2
第16章-硼族元素
第16章硼族元素16.1 硼族元素的通性16.1.1 硼族元素的通性包括硼、铝、镓、铟、铊五种元素。
硼在自然界中有硼镁矿、硼砂等；铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，占第三位，主要以长石、云母、高岭土等硅酸盐形式存在。
镓、铟、铊比较分散，没有单独矿藏，与其他矿物共生。
硼的原子半径最小，核电荷对外层电子的吸引较强，为非金属，其余四种元素为金属，从硼到铝是由非金属突变到金属，不是逐渐过渡的。
●硼族元素氧化物的酸碱性递变规律：硼的氧化物呈酸性，铝和镓的氧化物为两性，铟和铊的氧化物是碱性的。
●硼族元素的价电子构型为ns2np1，一般氧化态为+III。
“惰性电子对效应”，随着原子序数的递增，生成低氧化态的(+I)的倾向增强。
镓、铟、铊在一定的条件下能显示出+I氧化态，特别是Tl ，其+I氧化态常见，Tl(+I)的化合物具有较强的离子健特征。
●硼、铝两元素亲氧特性表现得突出。
●硼族元素价电子轨道（ns和np）数为4，而价电子仅为3，为缺电子原子，它们所形成的化合物有些为缺电子化合物。
有空的价键轨道，这些化合物有很强的接受电子的趋势，容易形成聚合分子（如：Al2Cl6）和配合物（如：HBF4）。
在此过程中，中心原子价轨道由sp2杂化过渡到sp3杂化，相应分子从平面结构过渡到立体结构。
硼原子最高配位数为4，而其它元素外层d轨道可参与成键，最高配位数可以为6。
16.2 硼族元素的单质及其化合物硼在自然界主要以含氧化合物的形式存在。
硼的重要矿石有硼砂Na2B4O7·10H2O，方硼石2Mg3B8O15•MgCl2，硼镁矿Mg2B2O5•H2O等。
铝在自然界分布很广，主要以铝矾土矿形式存在，它是一种含有杂质的水合氧化铝矿。
镓、铟、铊在自然界单独矿物，以杂质的形式分散在其它矿物中。
16.2.1 硼族元素的单质1. 单质硼(1) 单质硼的结构单质硼有多种同素异形体，包括无定形硼和晶体硼。
无定形硼为棕色粉末，晶体硼呈黑灰色。
元素化学——硼族
为什么不用铝来还原制备单质硼？
高温生成的 Al2O3难溶于酸，难以除去； Al 与 B 可以形成黑色的 AlB12 ，难以除去。
30
氧化物
硼是亲氧元素，硼氧化物具有很高的稳定性。 通过 B 与 O2 反应或 H3BO3 加热脱水可得到氧化物。加热脱 水红热时得玻璃态 B2O3 ，减压历时二周逐渐加热到 670 K 得 晶体状 B2O3。
1
盐溶解的热力学解释
溶解过程：G=H-TS，通常H较大，因而可以近似忽略TS,
H包括两部分：破坏晶格能吸热、离子水合过程放热
晶格能
水合焓
U f1 ( H 水合 1 ) rM rX -
rM rX 时, 对U有利 rM rX 或 rM rX 时, 对H 水合 有利
18
物理性质
铝
银白色金属，有良好的延展性和导电性；用于制造合金并广 泛应用于航空航天领域，另外可以作为还原剂用于制备其它 金属；
镓、铟、铊
镓为较软的金属，熔点为 302.78K，人 的体温就能使之熔化，沸点为2343K， 熔沸点相差非常大，可以用于制造高温 温度计；
19
物理性质
镓、铟、铊及其化合物如 GaAs、InP均为性能优异的半
通性
键 键能 389 / kJmol-1 某些键的键能 B-H C-H Si-H B-O C-O Si-O B-B 411 318 561 358 452 293 C-C 346 Si-Si 222
• 本族元素有三个价电子，可以形成三条共价键，最外层为6
电子，尚缺两个电子达到稳定结构，因而本族 +3 氧化态的
1 1 f 2 ( ) f3 ( ) rM rX -
如 LiF 阴阳离子半径较接近， 溶解度小；而 LiI、CsF 离子半径 相差比较大，溶解度也比较大。
硼族
Na 2B4O7 NiO Ni(BO2 )2 2NaBO2 (棕色)
3.硼的卤化物
• 结构： B：sp2杂化 • BX3性质： BF3
X
B
X
BCl3 BBr3 l -46 91.3 BI3 s 49.9 210
X
室温下 g g 聚集态 熔点/℃ -127.1 -107 沸点/℃ -100.4 12.7
④ 被氯氯化
B2 H6 (g) 6Cl2 (g) 2BCl3 (l) 6HCl
r H -1376kJ mol
m
-1
2.硼的含氧化合物
① 三氧化二硼 B2O3
结构：原子晶体：熔点460C
无定形体：软化 B(无定形)
O2
Mg或Al +H2O -H2O
B2O3
H3BO3
水解：
BX3 3H2O H3BO3 3HX (X Cl,Br,I)
4BF3 3H2 O H3 BO3 3H[BF 4]
BF3 HF HF BF3
卤素的电负性为F>Cl>Br>I,但为什么卤化硼接受电 子对能力的次序为BF3<BCl3<BBr3<BI3? 除配位原子的电负性影响卤化硼分子接受电子对的 能力外，还有其他因素： 1 离域p键的形成降低了B原子进一步接受外来电子 的能力，BX3中B原子利用空的2p轨道和卤素原子形 成Π46大p键，降低了该空轨道接受电子对的能力。 而F半径最小，I半径最大，因此大键强度为 BF3>BCl3>BBr3>BI3，所以BI3最易接受外来电子。 2 卤化硼接受外来电子对后分子构型将由平面三角形 变为四面体，构型的转化需要一定的能量。卤化硼 构型改变能大小顺序为BF3>BCl3>BBr3>BI3。
无机化学教学13章硼族元素PPT课件
镓的氧化物
镓的氧化物包括Ga₂O₃和GaO，它们具有高熔点和稳定性，可用于制备其他镓的化合物。镓的氧化物可以 由金属镓与氧气反应得到。
镓的硫化物和硒化物
镓的硫化物
镓的硫化物包括Ga₂S₃和GaS，它们具有较高的硬度、熔点和导电性。镓的硫化物可以 由金属镓与硫反应得到。
镓的硒化物
镓的硒化物包括Ga₂Se₃和GaSe，它们具有与硫化物类似的性质，如高熔点和导电性。 镓的硒化物可以由金属镓与硒反应得到。
有机镓化合物
有机镓酸酯
有机镓酸酯是一类重要的有机化合物， 它们可以通过酯交换反应制备。有机镓 酸酯在聚合反应中用作催化剂和添加剂 。
VS
其他有机镓化合物
除了有机镓酸酯外，还有许多其他有机镓 化合物，如有机镓醇、有机镓酸盐等。这 些化合物在医药、材料科学和催化等领域 有广泛的应用。
06 铟的化合物
铟的卤化物和氧化物
铟的卤化物
铟与卤素（如氟、氯、溴、碘）反应，生成 相应的卤化物。这些卤化物具有较高的熔点 和沸点，在常温下多为固态。
铟的氧化物
铟与氧气反应，可以生成多种氧化物，如 In2O3和In2O。这些氧化物具有不同的性 质和应用，例如In2O3是一种半导体材料， 可用于制备透明导电膜。
铟的硫化物和硒化物
无机化学的重要性
无机化学在化学学科中占据重要地位 ，是学习其他化学课程的基础。
无机化学在工业生产和科学研究中具 有广泛的应用，如制药、农业、能源 等领域。
02 硼族元素概述
硼族元素的定义
硼族元素
指周期表中第13族（ⅢA族）的元 素，包括硼（B）、铝（Al）、镓 （Ga）、铟（In）、铊（Tl）等元 素。
硼氢化合物和有机硼化合物
硼氢化合物
镓的氧化物包括Ga₂O₃和GaO，它们具有高熔点和稳定性，可用于制备其他镓的化合物。镓的氧化物可以 由金属镓与氧气反应得到。
镓的硫化物和硒化物
镓的硫化物
镓的硫化物包括Ga₂S₃和GaS，它们具有较高的硬度、熔点和导电性。镓的硫化物可以 由金属镓与硫反应得到。
镓的硒化物
镓的硒化物包括Ga₂Se₃和GaSe，它们具有与硫化物类似的性质，如高熔点和导电性。 镓的硒化物可以由金属镓与硒反应得到。
有机镓化合物
有机镓酸酯
有机镓酸酯是一类重要的有机化合物， 它们可以通过酯交换反应制备。有机镓 酸酯在聚合反应中用作催化剂和添加剂 。
VS
其他有机镓化合物
除了有机镓酸酯外，还有许多其他有机镓 化合物，如有机镓醇、有机镓酸盐等。这 些化合物在医药、材料科学和催化等领域 有广泛的应用。
06 铟的化合物
铟的卤化物和氧化物
铟的卤化物
铟与卤素（如氟、氯、溴、碘）反应，生成 相应的卤化物。这些卤化物具有较高的熔点 和沸点，在常温下多为固态。
铟的氧化物
铟与氧气反应，可以生成多种氧化物，如 In2O3和In2O。这些氧化物具有不同的性 质和应用，例如In2O3是一种半导体材料， 可用于制备透明导电膜。
铟的硫化物和硒化物
无机化学的重要性
无机化学在化学学科中占据重要地位 ，是学习其他化学课程的基础。
无机化学在工业生产和科学研究中具 有广泛的应用，如制药、农业、能源 等领域。
02 硼族元素概述
硼族元素的定义
硼族元素
指周期表中第13族（ⅢA族）的元 素，包括硼（B）、铝（Al）、镓 （Ga）、铟（In）、铊（Tl）等元 素。
硼氢化合物和有机硼化合物
硼氢化合物
第13章--硼族元素
(2) Tl(III)氧化能力强，酸性条件下能将水氧化成O2 Tl2O3+H2SO4 — Tl2SO4+O2+H2O
(3) Al(OH)4-+NH4+ — Al(OH)3 + NH3 + H2O
4. 为何BH3不存在，而BF3却稳定存在？
解: 因为BH3是缺电子化合物，不稳定，经过形成B2H6使 B旳缺电子性得到补偿； BF3虽然也是缺电子分子，但是F原子中未参加成键旳P 轨道有孤对电子，能够与B旳空旳P轨道形成离域π键π46 ，补偿了B旳缺电子性质，所以不需要形成二聚体。
三、 硼旳卤化物
BX3旳中心硼原子旳轨道采用sp2杂化，构型 为三角形，为缺电子构造。
X
B
X
X
BX3 是经典旳强旳路易斯酸，如：
BF3(g) ＋ NH3
H3N→BF3
BX3水中发生强烈水解：
BCl3＋3 H2O
B(OH)3＋3 HCl
将 BF3 通入水中: BF3＋ 3 H2O ——B(OH)3 ＋ 3 HF
5. 为何BF3中B-F键能是646kJ/mol, 而NF3中N-F仅为 280kJ/mol 解：BF3分子中存在离域π键π46，即B-F除σ键外还有π键 ，而NF3分子中N-F键是单键； 而且NF3是三角锥形，F原子之间斥力大，使分子稳定性 降低，键能减小，BF3是三角形，F原子间斥力小，分子 稳定，键能增大。
3B2H6+6NH3→2B3N3H6+12H2 xB2H6+2xNH3=2(BN)x+6xH2
二、 硼旳含氧化合物
1 B2O3 和 H3BO3
B2O3 是最难结晶旳物质之一。在红热条件下 硼酸脱水只能得到玻璃态旳 B2O3，只有在较低旳 温度下、极其缓慢地脱水才干得到 B2O3 晶体。
(3) Al(OH)4-+NH4+ — Al(OH)3 + NH3 + H2O
4. 为何BH3不存在，而BF3却稳定存在？
解: 因为BH3是缺电子化合物，不稳定，经过形成B2H6使 B旳缺电子性得到补偿； BF3虽然也是缺电子分子，但是F原子中未参加成键旳P 轨道有孤对电子，能够与B旳空旳P轨道形成离域π键π46 ，补偿了B旳缺电子性质，所以不需要形成二聚体。
三、 硼旳卤化物
BX3旳中心硼原子旳轨道采用sp2杂化，构型 为三角形，为缺电子构造。
X
B
X
X
BX3 是经典旳强旳路易斯酸，如：
BF3(g) ＋ NH3
H3N→BF3
BX3水中发生强烈水解：
BCl3＋3 H2O
B(OH)3＋3 HCl
将 BF3 通入水中: BF3＋ 3 H2O ——B(OH)3 ＋ 3 HF
5. 为何BF3中B-F键能是646kJ/mol, 而NF3中N-F仅为 280kJ/mol 解：BF3分子中存在离域π键π46，即B-F除σ键外还有π键 ，而NF3分子中N-F键是单键； 而且NF3是三角锥形，F原子之间斥力大，使分子稳定性 降低，键能减小，BF3是三角形，F原子间斥力小，分子 稳定，键能增大。
3B2H6+6NH3→2B3N3H6+12H2 xB2H6+2xNH3=2(BN)x+6xH2
二、 硼旳含氧化合物
1 B2O3 和 H3BO3
B2O3 是最难结晶旳物质之一。在红热条件下 硼酸脱水只能得到玻璃态旳 B2O3，只有在较低旳 温度下、极其缓慢地脱水才干得到 B2O3 晶体。
第十二章：.硼族元素
B Al Be C Si H NPOSX 缺电子原子 等电子原子 多电子原子 价电子数 < 价层轨道数 价电子数 = 价层轨道数 价电子数 > 价层轨道数
“缺电子化合物”有空的价层轨道，所以有非常强的 继续接受电子对的能力， （1）自身聚合 （2）路易斯酸 （3）多中心缺电子键
§12-3 硼及其化合物（Boron and its Compounds） 一、单质 1、单质硼有多种同素异形体
4MnSO4 10NaBiO3 14H2 SO4 4NaMnO4 5Bi2 (SO4 )3 3Na2 SO4 14H2O
3、解释： (1)西奇威克：刚充满的d(或f)亚层的屏蔽作用较弱，价 电子受到核引力较强，强穿透力的ns电子极难失去；
(2)德拉戈：重元素的价层轨道的重迭程度较差；全满 d(和f)亚层强烈排斥键合原子的原子实。
(i) B2O3与SiO2：固态酸性; (ii) H3BO3与H4SiO4都是很弱的酸； (iii) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似； (iv) 硼烷、硅烷可燃性气体。
（2）常温不活泼，仅与F2反应，在高温下活泼， (3) 与氧化性的酸反应，生成H3BO3
B + 3HNO3 (浓) = H3BO3 + 3NO2
2B+3X2 2BX3
3CaF2 + B2O3 + 3H2SO4 (浓) = 2BF3 + 3CaSO4 + 3H2O
c.卤化法
d.置换法
B2O3 + 3C + 3Cl2 = 2BCl3 + 3CO
BF3 (g)+AlCl3 AlF3 + BCl3
BF3 (g)+ AlBr3 AlF3 + BBr3
“缺电子化合物”有空的价层轨道，所以有非常强的 继续接受电子对的能力， （1）自身聚合 （2）路易斯酸 （3）多中心缺电子键
§12-3 硼及其化合物（Boron and its Compounds） 一、单质 1、单质硼有多种同素异形体
4MnSO4 10NaBiO3 14H2 SO4 4NaMnO4 5Bi2 (SO4 )3 3Na2 SO4 14H2O
3、解释： (1)西奇威克：刚充满的d(或f)亚层的屏蔽作用较弱，价 电子受到核引力较强，强穿透力的ns电子极难失去；
(2)德拉戈：重元素的价层轨道的重迭程度较差；全满 d(和f)亚层强烈排斥键合原子的原子实。
(i) B2O3与SiO2：固态酸性; (ii) H3BO3与H4SiO4都是很弱的酸； (iii) 多硼酸盐与多硅酸盐结构相似； (iv) 硼烷、硅烷可燃性气体。
（2）常温不活泼，仅与F2反应，在高温下活泼， (3) 与氧化性的酸反应，生成H3BO3
B + 3HNO3 (浓) = H3BO3 + 3NO2
2B+3X2 2BX3
3CaF2 + B2O3 + 3H2SO4 (浓) = 2BF3 + 3CaSO4 + 3H2O
c.卤化法
d.置换法
B2O3 + 3C + 3Cl2 = 2BCl3 + 3CO
BF3 (g)+AlCl3 AlF3 + BCl3
BF3 (g)+ AlBr3 AlF3 + BBr3
硼族元素(IIIA族)类型和特征
（二）B缺电子性质（ns2 np1） 价轨道数 4 2s 2px 2py 2pz 价电子数 3 2s2 2p1 例 BX3 , B(OH)3 BF3 + F- = BF4- 酸碱化合物
氧化态为+3,但随原子序数增大，ns2 趋向稳定， Tl: +1氧化态为特征
→ 缺电子化合物，Lewis酸：BF3 AlCl3等
问题
B12
1
3
4
2
B12
B12
5
6
9
8
10
7
B1
2
B1
2
11
12
B1
6个3c-2e键
2
6个正常B-B
203 pm 171 pm
B5H9
例1：戊硼烷－9（B5H9）分子结构
（1）价轨道数：4×5 + 1×9 = 29
5B 9H （2）价电子数 3×5 + 1×9 = 24
5B 9H
H
B
H
B
5个 B-H 2c-2e: 2e×5=10e
硼族元素（IIIA族 ）类型和特征
B Al Ga In Tl 硼铝镓铟铊
一、硼族元素 （在周期表中位置：第IIIA族）
相似性
递变性
2s22p1 B 1、最外层都有
3个电子，氧化 数主要有+3和
＋1
3s23p1 Al +1，易形成共 主
价化合物。
要
氧
4s24p1 Ga
化
2、气态氢化物 态
的通式：RH3
4个 B-H-B 3c-2e: 2e×4=8e 1个 B 3c-2e: 2e×1=2e
H B
H B
H
H H
氧化态为+3,但随原子序数增大，ns2 趋向稳定， Tl: +1氧化态为特征
→ 缺电子化合物，Lewis酸：BF3 AlCl3等
问题
B12
1
3
4
2
B12
B12
5
6
9
8
10
7
B1
2
B1
2
11
12
B1
6个3c-2e键
2
6个正常B-B
203 pm 171 pm
B5H9
例1：戊硼烷－9（B5H9）分子结构
（1）价轨道数：4×5 + 1×9 = 29
5B 9H （2）价电子数 3×5 + 1×9 = 24
5B 9H
H
B
H
B
5个 B-H 2c-2e: 2e×5=10e
硼族元素（IIIA族 ）类型和特征
B Al Ga In Tl 硼铝镓铟铊
一、硼族元素 （在周期表中位置：第IIIA族）
相似性
递变性
2s22p1 B 1、最外层都有
3个电子，氧化 数主要有+3和
＋1
3s23p1 Al +1，易形成共 主
价化合物。
要
氧
4s24p1 Ga
化
2、气态氢化物 态
的通式：RH3
4个 B-H-B 3c-2e: 2e×4=8e 1个 B 3c-2e: 2e×1=2e
H B
H B
H
H H
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硼族元素硼族元素基本性质第ⅢA族包括硼、铝、镓、铟和铊五种元素。
其中除硼是非金属元素外，其余的都是金属元素，且其金属性随着原子序数的增加而增强。
硼族元素的一些基本性质列于下表中。
性质硼(B)铝(Al)镓(Ga)铟(In)铊(Tl)原子序数513314981原子量10.8126.9869.72114.82204.38价电子构型2s22p13s23p14s24p15s25p16s26p1主要氧化态+3,0+3,0+3,(+1),0+3,+1,0(+3),+1,0共价半径(pm)88125125150155离子半径(pm)M+M3+-23-51-621328114495第一电离势(kJ/mol)800.6577.6578.8558.3589.3电负性 2.04 1.61 1.81 1.78 2.04硼族元素的特性本族元素原子的价电子层结构为ns2np1，常见氧化态为+3和+1，随原子序数的递增，ns2电子对趋于稳定，特别是6s上的2个电子稳定性特别强。
使得从硼到铊高氧化数(+Ⅲ)稳定性依次减小，即氧化性依次增强；而低氧化数(+I)稳定性依次增强，其还原性依次减弱。
例如：Tl(Ⅲ)是很强的氧化剂，而Tl(Ⅰ)很稳定，其化合物具有较强的离子键特性。
+Ⅲ氧化态的硼族元素具有相当强的形成共价键的倾向。
硼因原子半径较小，电负性较大，使其共价倾向最强，其它的硼族元素成键时表现为极性共价键。
硼族元素的价电子层有4条轨道（ns、npx 、npy、npz），而只有3个价电子，这种价电子层中价轨道数超过价电子数的原子称为缺电子原子，中心原子价轨道数超过成键电子对数的化合物称为缺电子化合物。
如本族+Ⅲ价单分子化合物BF3、AlCl3等。
缺电子原子在形成共价键时，往往采用接受电子形成双聚分子或稳定化合物和形成多中心键（即较多中心原子靠较少电子结合起来的一种离域共价键）的方式来弥补成键电子的不足。
硼族元素电势图下面列出了硼族元素的标准电极电势图。
硼元素硼原子的价电子构型是2s22p1,它能提供成键的电子是2s12p1x 2p1y,还有一个空轨道。
硼在化合物的分子中配位数为4还是3，取决于sp3或sp2杂化轨道中σ键的数目。
同硅一样，它不能形成多重键，而倾向于形成聚合体，例如通过B-O-B链形成B2O3或H3BO3或硼酸盐的庞大“分子”。
硼原子成键有三大特性：（1）共价性—以形成共价化合物为特征；（2）缺电子性—除了作为电子对受体易与电子对供体形成σ配键以外，还有形成多中心键的特征；（3）多面体习性—晶态硼和许多硼的化合物为多面体或多面体的碎片而成笼状或巢状等结构。
这种多面体习性同它能形成多种类型的键有关。
硼的化学主要表现在缺电子性质上。
单质硼无定形和粉末状硼比较活泼，而晶态硼惰性较大。
（1）与氧的作用4B + 3O2 2B2O3△rHθ=-2887kJ.mol-1无定形硼在空气中燃烧，除生成B2O3以外，还可生成少量BN。
从硼的燃烧热及B-O键的键能（561～590kJ.mol-1)可知硼与氧的亲和力超过硅，所以它能从许多稳定的氧化物（如SiO2,P2O5,H2O等）中夺取氧而用作还原剂。
它在炼钢工业中用作去氧剂。
（2）与非金属作用无定形硼在室温下与F2反应得到BF3，加热时也能与Cl2、Br2、S和N2反应，分别得到BCl3、BBr3、B2S3和BN（在1473K以上）。
它不与H2作用。
2B + 3F22BF3（3）与酸的作用它不与盐酸作用，仅被氧化性酸，如浓HNO3、浓H2SO4和王水所氧化：B + 3HNO3H3BO3+ 3NO2↑2B + 3H2SO42H3BO3+ 3SO2↑（4）与强碱作用无定形硼与NaOH有类似硅那样的反应：2B + 6NaOH 2Na3BO3+ 3H2↑（5）与金属作用硼几乎与所有金属都生成金属型化合物。
它们的组成一般为M4B、M2B、MB、M 3B4、MB2及MB6，如Nb3B4、Cr4B、LaB6、…等。
这些化合物一般都很硬，且耐高温、抗化学侵蚀，通常它们都具有特殊的物理和化学性质。
硼的氢化物-硼烷一：硼烷的概况用类似于制硅烷的方法已制得二十多种硼的氢化物-硼烷。
硼烷在组成上与硅烷、烷烃相似，而在物理、化学性质方面更像硅烷。
硼烷烷烃硅烃硼烷有B n H n+4和B n H n+6两大类，前者较稳定。
在常温下，B 2H 6及B 4H 10为气体，B 5～B 8的硼烷为液体，B 10H 14及其它高硼烷都是固体。
常见硼烷的物理性质见下表。
硼烷多数有毒、有气味、不稳定，有些硼烷加热即分解。
硼烷水解即放出H 2，它们还是强还原剂，如与卤素反应生成卤化硼。
在空气中激烈地燃烧且放出大量的热。
因此，硼烷曾被考虑用作高能火箭燃料。
如:B2H6+ 3O2B2O3+ 3H2O △rHθ＝-2166kJ.mol-1B2H6+ 6X22BX3+ 6HX组成相当于CH4和SiH4的BH3是否能瞬时存在，至今还是个疑问，制备反应中得到的是BH3的二聚体B2H6。
4BF3.Et2O + 3NaBH42B2H6↑+ 3NaBF4+ 4Et2O二、乙硼烷的性质1. 分子结构在B2H6分子中，每个B原子都采用sp3杂化，4条杂化轨道中2条与两个H原子形成σ键，这4个σ键在同一平面。
另两条杂化轨道和另一个硼原子的两条杂化轨道以及另两个氢的1s轨道重叠并分别共用2个电子，形成了垂直于上述平面的两个三中心二电子键，一个在平面之上，另一个在平面之下（见图13-26）。
每个三中心二电子键是由一个氢原子和两个硼原子共用2个电子构成的，又称“硼氢桥键”。
图13-26 B2H6的分子结构这种三中心二电子键是由三个原子（2个B，1个H）轨道组成三个分子轨道—成键、反键、非键轨道(其能级与原来的硼原子的一样)，而让2个电子填充在成键轨道上形成的(见图13-27)。
在B2H6分子中共有两种键：B-H(2c-2e)硼氢键和(3c-2e)氢桥键。
图13-27 （3c-2e）键中分子轨道能级图2. 性质:乙硼烷受热容易分解，它的热分解产物很复杂，有B4H10、B5H9、B5H11和B10H14等，控制不同条件，可得到不同的主产物。
如：2B2H6B4H10+ H2它遇水立即发生水解：B2H6+ 6H2O2H3BO3↓+ 6H2↑乙硼烷是缺电子化合物，属路易斯酸，它可以与路易斯碱化合，如：B2H6+ 2LiH2Li[BH4]B 2H6+ 2CO2[H3B·CO]与NH3反应产物复杂，由反应条件决定：三：高硼烷的分子结构在高硼烷中，除了B-H(2c-2e)硼氢键和(3c-2e)氢桥键这两种键以外，还可能有：B-B(2c-2e)硼-硼键，(3c-2e)开口三中心键（硼桥键）和（或）(3c-2e)闭合三中心键（闭合硼键）。
所以硼烷分子中常见的键型共有五种。
高硼烷的分子构型为正二十面体，或为不完整的二十面体碎片(去掉一个或几个顶角)所具有的巢状或蛛网状结构(见图13-28)。
图13-28 巢状硼烷结构硼氢配合物B 2H6与LiH反应，将得到一种比B2H6的还原性更强的还原剂硼氢化锂LiBH4。
让过量的NaH与BF3反应，或让NaH与硼酸三甲脂B(OCH3)3反应，可得到硼氢化钠NaBH4。
2LiH + B2H62LiBH44NaH + BF3 NaBH4+ 3NaF4NaH + B(OCH3)3NaBH4+ 3NaCH3O硼氢化物都是白色盐型化合物晶体，能溶于水或乙醇，无毒，化学性质稳-离子(即H-离子)，它们是极强的还原剂。
在还原反应中，定。
由于其分子中有BH4它们各有选择性(例如NaBH4只还原醛、酮和酰氯类)且用量少，操作简单，对温度又无特殊要求，在有机合成中副反应少，这样就使得一些复杂的有机合成反应变得快而简单，并且产品质量好。
它在制药、染料和精细化工制品(作为制氢化物的起始原料)的生产中已得到越来越广泛的应用。
LiBH4的燃烧热很高，可作火箭燃料。
卤化硼硼的四种卤化物BX3均已制得,它们的一些物理性质列于表13-30中.表13-30 卤化硼的一些物理性质名称BF3BCl3BBr3BI3状态(室温)气体液(略加压)液体固体熔点/(K)146166227316沸点/(K)172285364483它们都是共价化合物,易溶于非极性溶剂,都易于水解.这些化合物都是缺电子化合物,是很强的路易士酸,因此,都易于和具有孤电子对的物质如HF、NH3、醚、醇以及胺类等反应,有的形成加合物.BCl3遇水强烈地水解:BCl3(l) + 3H2O(l)H3BO3(s) + 3HCl(aq)氟硼酸当BF3遇水则形成1:1或1:2的加合物。
只有在较小量BF3通入水时,才能得到氟硼酸溶液:4BF3 + 3H2O3BF4- + 3H+ + H3BO3它是一种强酸，仅以离子状态存在于水溶液中。
铜、锡、铅、镉、钴、铁、镍等金属的氟硼酸盐用于电镀，速度快，镀层质量好，又省电。
硼的氧化物三氧化二硼B2O3的熔点为72OK，沸点为2523K；易溶于水，形成硼酸：B2O3+ 3H2O2H3BO3但遇热的水蒸气可生成易挥发的偏硼酸：B2O3+ H2O(g)2HBO2(g)由于B-O键能大，即使在高温下也只能被强还原剂镁或铝所还原。
熔融玻璃体B2O3可以溶解多种金属氧化物得到有特征颜色的玻璃，也用此来作定性鉴定。
硼酸一：结构如果说构成二氧化硅、硅酸和硅酸盐的基本结构单元是SiO4四面体，那么，构成三氧化二硼、硼酸和多硼酸的基本结构单元是平面三角形的BO3(见图13-30，a)和四面体的BO4(见图13-32)。
在H3BO3的晶体中，每个硼原子用3个sp2杂化轨道与3个氢氧根中的氧原子以共价键相结合(见图13-30，b)。
每个氧原子除以共价键与一个硼原子和一个氢原子相结合外，还通过氢键同另一H3PO3单元中的氢原子结合而连成片层结构(如图13-30，C)，层与层之间则以范德华力相吸引。
硼酸晶体是片状的，有滑腻感，可作润滑剂。
硼酸的这种缔合结构使它在冷水中的溶解度很小(273K时为6.359/100g水)；加热时，由于晶体中的部分氢键被破坏，其溶解度增大（373K时为27.6g/100g水）。
图13-30 BO3及H3BO3结构示意图二：性质硼酸H3BO3为白色片状晶体，微溶于水，在热水中溶解度明显增大，这是由于受热时，晶体中的氢键部分断裂所致。
H 3BO3是一元弱酸，Ka＝6×10-10。
它之所以有酸性并不是因为它本身给出质子，而是由于硼是缺电子原子，它加合了来自H2O分子的OH-(其中氧原子有孤电子对)而释出H+离子。
利用H3BO3的这种缺电子性质，加入多羟基化合物(如甘油或甘露醇等)，可使硼酸的酸性大为增强：所生成的配合物的Ka=7.08×10-6，此时溶液可用强碱以酚酞为指示剂进行滴定。