III层硼族元素

第七章 碱土金属与硼族元素
第三节 硼族元素及其重要化合物
一、硼族元素的原子结构特点
一、硼族元素的原子结构特点
元 素 名 称 硼 铝 镓 铟 铊 元 素 符 号 B Al Ga In Tl 原 子 序 数 5 13 31 49 81 +1 氧化 数 价层 电子 结构 原子 离子半 第一电 电负 半径 径 性 离能/ kJ· mol-1
方案一
碱溶法
方案二 酸溶法
应用 分离提纯 ①利用 Al 能溶于强碱溶液，分离 Al 与其他金属的混合物， 如 Mg(Al)：加足量 NaOH 溶液。 ②利用 Al2O 3 能与强碱溶液反应，分离 Al2O 3 与其他金属氧 化物，如 Fe2O3(Al2O 3)：加足量 NaOH 溶液； ③利用 Al(OH)3 能与强碱溶液反应，分离 Al3＋ 与其他金属阳 离子，如 Mg2 (Al3 )：加过量 NaOH 溶液，过滤，再加酸充 分溶解。
＋ ＋
中学学习阶段接触到许多既能与酸反应又能与碱反应的物 质，除了铝及其重要化合物外，你还知道哪些？
答案：①弱酸的铵盐，如 NH4HCO3、CH3COONH4、(NH4)2S 等；②弱酸的酸式盐，如 NaHCO3、KHS、NaHSO3；③氨 基酸。
“铝三角”转化关系及应用
1．Al3＋、Al(OH)3、AlO－ 2 之间的转化关系
写出图中有关反应的方程式 ( 能写离子方程式的写离子方程 式)
Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O ①____________________________________； － － Al(OH) ＋ OH ===AlO 3 2 ＋2H2O ②____________________________________ ； △ Al2O3＋3H2O 2Al(OH)3===== ③____________________________________ 。
＋ －
3 Al ＋3OH ===Al(OH)3↓ ③____________________________________________ ； ＋ 3＋ Al(OH) ＋ 3H ===Al ＋3H2O 3 (2) ____________________________________________ ；
铝与酸、碱反应生成 H2 的量的关系 铝 与 盐 酸 、 氢 氧 化 钠 反 应 的 化 学 方 程 式 分 别 为 2Al ＋ 6HCl===2AlCl3＋3H2↑、2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2 ＋3H2↑。从化学方程式可以看出 Al 与酸、碱反应时生成 H2
3＋ 失 3e 的实质都是 Al――→Al ，所以无论与酸还是与碱反应，Al
＋ － －
AlO2 ＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO3 (CO2 过量)， (5)①_____________________________________ － ＋ AlO ＋ H ＋H2O===Al(OH)3↓ 2 ②____________________________________________ ； Al(OH)3＋OH ===AlO2 ＋2H2O (6) ____________________________________________ 。
－ －
－
－
2．Al3＋、Al(OH)3、AlO － 2 之间的定性分析和定量计算 (1)把 NaOH 溶液逐滴加入到 AlCl3 溶液中至过量 Ⅰ.定性分析 ①现象： 先有白色沉淀产生，然后沉淀逐渐溶解 ②原理： ③图像
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓
。 、
－ Al(OH)3＋OH－===AlO2 ＋2H2O
(3)制备 ①向铝盐溶液中加入 NH3· H2O，离子方程式为 ＋ 3＋ Al ＋ 3NH · H O===Al(OH) ↓＋ 3NH 3 2 3 4 ________________________________________ ； ②向偏铝酸盐溶液中通入足量 CO2，离子方程式为 － － AlO ＋ CO ＋ 2H O===Al(OH) ↓＋ HCO 2 2 2 3 3 ________________________________________ 。
、
③图像
(3)向 NaAlO 2 溶液中逐滴加盐酸至过量
先生成白色沉淀，随后沉淀逐渐溶解 。 ①现象：
－ ＋ AlO ＋ H ＋H2O===Al(OH)3↓ 2 ②原理： Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O 。
、
③图像
(4)向 HCl 溶液中逐滴加入 NaAlO 2 溶液至过量 ①现象：开始无明显现象，反应一段时间后逐渐产生大量的 白色沉淀。 ＋ － 4H ＋AlO2 ===Al3＋＋2H2O ②原理： － Al3＋＋3AlO2 ＋6H2O===4Al(OH)3。 ↓ ③图像 、
3．明矾净水原理 明矾的化学式为 Al3 ＋3H2O
＋
KAl(SO4)2· 12H2O
Al(OH)3(胶体)＋3H 。
＋
， 其净水原理
涉及的离子方程式表示为
要点提示 1AlOH3 是一种不溶于水的白色胶状物，能作净水剂， 能中和胃酸，也是一种阻燃材料。 2AlOH3 具有两性，能溶于强酸、强碱，但不溶于弱 酸如 H2CO3、弱碱如氨水。因此，制备 AlOH3 是用 可溶性铝盐与过量氨水反应而不是过量 NaOH 溶液。
应用 两种提纯氧化铝的方案 铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界中主要以化合态 形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是 Al2O 3，此外还 含有少量 SiO 2、 Fe2O 3 等杂质，冶炼金属铝很重要的一个过 程是 Al2O 3 的提纯。由于 Al2O 3 是两性氧化物，而杂质 SiO 2 是酸性氧化物， Fe2O 3 是碱性氧化物，因而可设计出两种提 纯氧化铝的方案。
一、硼族元素的原子结构特点
硼族元素的共同特性有两点： • 2．硼族元素的价电子层有4个原子轨道ns、 npx、npy、npz，但只有3个电子，在形成共价 键时，价电子层为ns2npx2npy2npz0，未充ຫໍສະໝຸດ Baidu， 比稀有气体构型缺少一对电子，npz轨道是空 的。因此，硼族元素的+3氧化数化合物属于“ 缺电子化合物”，它们还有很强的继续接受电 子的能力，这种能力表现在分子的自聚合以及 同电子对给予体形成稳定的配位化合物。
要点提示 在
＋ 3 Al 、AlOH
3、AlO 2 之间的定性分析和定量计算问题中
－
应注意： 1分析图像或作图时不仅要注意加入的酸或碱的强弱，还要 注意所加入的量和滴加的顺序，因为滴加的顺序不同可能产 生的现象不同。 2若产生的沉淀有多种，则应仔细分析相关量间的关系，要 特别关注沉淀是否同步生成，沉淀物是否溶于所加入的过量 试剂中，同时要注意横纵坐标的意义。
写出上述转化的离子方程式： ＋ 3＋ Al ＋ 3NH · H O===Al(OH) ↓＋ 3NH 3 2 3 4 (1)①____________________________________________ ，
3 Al ＋3AlO2 ＋6H2O===4Al(OH)3↓ ②____________________________________________ ，
△
点燃
点燃
与水反应 与碱反应 与某些氧 化物反应
反应很困难 能溶于强碱溶液
能与Fe2O3、MnO2、 Cr2O3等金属氧化物 发生铝热反应
能在 CO2 中燃烧：2Mg＋ CO2=====2MgO＋C
点燃
要点提示 1Mg、Al 在常温下均易在其表面形成致密的氧化膜。 2常温下，能用铝制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者 能使铝发生“钝化”，而不是铝与浓硫酸、浓硝酸不反应。 3铝与稀硝酸反应时生成的气体是 NO 而不是 H2。 4用铝箔包裹的钠与水反应时既考虑 Na 与水的反应，又考 虑 Al 与 NaOH 溶液的反应。 5铝热剂发生铝热反应 铝与金属氧化物的混合物，其中金属氧化物中金属元素的还 原性要比铝弱。例如：CuO 与 Al 能发生铝热反应，而 Al 与 MgO 的混合物不能发生铝热反应。
高温
4．铝的用途
纯铝用作导线，铝合金用于制造汽车、飞机、生活 用品等。 5、铝的冶炼
2Al2O3＝＝4Al＋3O2↑
通电
5．对比记忆铝、镁的化学性质
铝 与非金属 反应 能被Cl2、O2氧化 镁
2Mg＋O2=====2MgO 3Mg＋N2=====Mg3N2
能与沸水反应 Mg＋2H2O===== Mg(OH)2＋H2↑ 不反应
－
与 H2 的关系都是 2Al～3H2。
(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气体 VHClH2 积比 ＝1。 VNaOHH2 (2)足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应， VHClH2 1 产生氢气的体积比 ＝。 VNaOHH2 3
(3)一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产 1 VHClH2 生氢气的体积比 ＜ ＜1，则必定是①铝与盐酸反应 3 VNaOHH2 时，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠反应时，铝不足而 氢氧化钠过量。解题时应充分利用上述过量关系。 铝的这种既能与酸(非氧化性酸)又能与强碱反应产生 H2 的性 质常作为推断题的“题眼”。
＋ －
3 Al ＋4OH ===AlO2 ＋2H2O (3) ____________________________________________ ； － ＋ 3＋ AlO ＋ 4H ===Al ＋2H2O 2 (4) ____________________________________________ ；
铝的重要化合物
1．氧化铝
(1)物理性质： 色固体，难溶于水，有很高的 (2)化学性质(填化学方程式)
白
熔点。
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
2．氢氧化铝 (1)物理性质：白 色胶状不溶于水的固体，有较强的 吸附性。 (2)化学性质
二、
铝及其重要化合物
铝的性质及应用 1．铝的结构和存在
第三周期ⅢA 族 铝位于元素周期表的 ，原子结构示意图为
。 铝是地壳中含量最多的金属元素，自然界中的铝全部以化合 态的形式存在。
2．金属铝的物理性质 铝是银白色、具有金属光泽的固体，硬度较小，具有良好的 导电性、导热性和延展性。 3．金属铝的化学性质
有关金属铝的反应：
△ 4Al＋ 3O2=====2Al2O3
△ 2Al＋3Cl2=====2AlCl3
钝化
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋ ④__________________________________ 3H2↑
2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe ⑤__________________________( 铝热反应 )
。
Ⅱ.定量计算 ①根据 AlCl3(设为 a mol)与 NaOH(设为 b mol)计算生成 Al(OH)3 沉淀的量
(2)把 AlCl3 溶液逐滴加入到 NaOH 溶液中至过量 ①现象： 开始时无明显现象，然后逐渐产生大量的白色沉淀 。
－ － 3＋ Al ＋ 4OH ===AlO 2 ＋2H2O ②原理： － Al3＋＋3AlO2 ＋6H2O===4Al(OH)3↓ 。
+3
ns2np1 大 大 小 小
一、硼族元素的原子结构特点
硼族元素的共同特性有两点： • 1．+3氧化数的硼族元素具有相当强的形成 共价键的倾向。硼原子的原子半径较小， 电负性较大，在周期系中的位置与碳相邻， 这就决定了硼的共价性。 铝以下的各元素虽然都是金属，然而+3这 一较高的氧化数以及镓、铟、铊的18电子 层壳层的结构，也容易使原子间形成极性 共价键。