第十二章碱金属和碱土金属.pdf

第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.1 通性通性12-1 碱金属和碱土金属的通性碱金属和碱土金属的通性电子构型电子构型：ns1和和ns2由于每周期从碱金属元素开始建立新的电子层，这两族金属原子都有较大的半径、少的价电子，而且原子实具有稀有气体原子结构，价电子容易失去而成为化合态，因而这两族元素的单质在性质上表现由于每周期从碱金属元素开始建立新的电子层，这两族金属原子都有较大的半径、少的价电子，而且原子实具有稀有气体原子结构，价电子容易失去而成为化合态，因而这两族元素的单质在性质上表现有密度小、熔点低和化学活泼性高有密度小、熔点低和化学活泼性高的特点。的特点。碱金属和碱土金属元素形成化合物的成键特征碱金属和碱土金属元素形成化合物的成键特征BaCsSrRbCaKMgNaBeLiIIAIALi+、Be2+、Mg2+主要形成共价型化合物主要形成共价型化合物大多数元素形成离子型化合物大多数元素形成离子型化合物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.1 通性通性12-2 碱金属和碱土金属的单质碱金属和碱土金属的单质一、物理性质一、物理性质电子结构决定单质有银白色金属光泽，具有良好的导电性和延展性。熔点低、沸点低。碱土金属的熔沸点、硬度、密度比碱金属高得多。电子结构决定单质有银白色金属光泽，具有良好的导电性和延展性。熔点低、沸点低。碱土金属的熔沸点、硬度、密度比碱金属高得多。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质5.03.62.61.551.751.85密度密度(g.dm-3)114015371366143711071500沸点沸点9608508008516511280熔点熔点45.238.334.026.114.04.85原子体积原子体积(ml.mol-1)RaBaSrCaMgBe金属金属6707507598831336沸点沸点28.53963.598180熔点熔点69.856.145.523.712.9原子体积原子体积(ml.mol-1)1.901.530.860.970.53密度密度(g.dm-3)FrCsRbKNaLi金属金属碱金属和碱土金属的一些物理性质碱金属和碱土金属的一些物理性质第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质?密度小，硬度低，熔沸点低；密度小，硬度低，熔沸点低；?碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高。碱土金属的熔沸点和硬度都比碱金属的高。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质二、化学性质二、化学性质电子结构也决定了它们都是化学性质十分活泼的金属。电子结构也决定了它们都是化学性质十分活泼的金属。Li Cs;Be Ba 活泼性增强，还原性增强。它们的化合物通常为活泼性增强，还原性增强。它们的化合物通常为离子型离子型化合物。只有化合物。只有Li、Be、Mg的某些化合物具有较明显的的某些化合物具有较明显的共价性共价性。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质0.90.91.01.01.21.5电负性电负性5.285.215.6926.1117.6449.390第一电离势第一电离势/eVRaBaSrCaMgBe元素元素0.70.70.80.80.91.0电负性电负性3.8934.1764.3895.1385.390第一电离势第一电离势/eVFrCsRbKNa Li元素元素碱金属和碱土金属的第一电离势和电负性碱金属和碱土金属的第一电离势和电负性第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质-2.90-2.89-2.87-2.34-1.70E /VBaSrCaMgBe元素元素-3.02-2.99-2.92-2.71-3.02E /VCsRbKNaLi元素元素碱金属和碱土金属的标准电极电势碱金属和碱土金属的标准电极电势第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质三、金属单质的制备三、金属单质的制备1、熔盐电解：、熔盐电解：Li,Na,碱土金属通过熔盐电解制备。碱土金属通过熔盐电解制备。2、热还原法：、热还原法：K,Rb,CsNa(l)+KCl=NaCl(l)+K(g)第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.2 单质单质12-3 化合物化合物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物二、氧化物一、二、氧化物一、M+和和M2+离子的特征离子的特征M2O、M2O2、MO2、MO3当碱金属在空气中燃烧时，当碱金属在空气中燃烧时，Li2O、Na2O2、KO2、RbO2、CsO2。O3-MO3(M=K,Rb,Cs）臭氧化物臭氧化物O2-M（O2)2M=Ca Sr BaMO2(M=K,Rb,Cs)超氧化物超氧化物O22-MO2(M=Ca Sr Ba),MOM2O2(M=Na)过氧化物过氧化物O2-MOM2O(M=Li)氧化物氧化物氧的存在形式氧的存在形式碱土金属碱土金属碱金属碱金属通常条件下通常条件下碱金属、碱土金属的氧化物碱金属、碱土金属的氧化物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物1.正常氧化物正常氧化物?制备?制备碱金属碱金属碱金属碱金属2Na+Na2O22Na2O10K+2KNO36K2O+N2间接方法制备间接方法制备间接方法制备间接方法制备OLi O212Li22+?2M+O22MO?MCO3MO+CO2?碱土金属碱土金属碱土金属碱土金属?2M(NO3)22MO+4NO2+O2碱土金属因氧化可以得到碱土金属因氧化可以得到MO，也可通过其碳酸盐、氢氧化物的热分解来制取。，也可通过其碳酸盐、氢氧化物的热分解来制取。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物2.过氧化物过氧化物(Peroxide)O2分子结合两个电子，形成过氧离子分子结合两个电子，形成过氧离子O22-，或共价的过氧链，或共价的过氧链OO：构成离子型过氧化物（如：构成离子型过氧化物（如Na2O2、BaO2），或共价型过氧化物（如），或共价型过氧化物（如H2O2、H2SO5、K2S2O8）。）。2-?结构结构O的氧化数为的氧化数为-1第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物2Na+O2Na2O2?制备（?制备（Na2O2）ONa2ONa42K4734532+22K67357322ONa2OONa2+将金属直接氧化难于得到纯净的将金属直接氧化难于得到纯净的K2O2,Rb2O2,Cs2O2,这是由于它们容易被氧化为超氧化物。碱金属和碱土金属，除这是由于它们容易被氧化为超氧化物。碱金属和碱土金属，除Be未发现有过氧化物未发现有过氧化物外，都能生成含有外，都能生成含有O22-离子的过氧化物。离子的过氧化物。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物性质一：碱性介质中是强氧化剂。性质一：碱性介质中是强氧化剂。?性质?性质性质二：氧气发生剂。性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。性质二：氧气发生剂。性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物性质一：碱性介质中是强氧化剂。性质一：碱性介质中是强氧化剂。4223222CrO2NaONaOCrO3Na+42222MnONaMnOONa+Na2O2常用作氧化分解矿石的溶剂常用作氧化分解矿石的溶剂第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物性质二：氧气发生剂。性质二：氧气发生剂。2NaOHOHO2HONa22222+42224222SO2NaOHSOHONa+（稀）易吸潮，呈强碱性2222OO2HO2H+立即分解Na2O2常用作漂白剂和氧气发生剂常用作漂白剂和氧气发生剂第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。性质三：二氧化碳吸收剂和氧气发生剂。322222CO2NaO2COO2Na+Na2O2广泛用于防毒面具，高空飞行和潜水艇里，吸收人们放出的广泛用于防毒面具，高空飞行和潜水艇里，吸收人们放出的CO2，并供给，并供给O2性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。性质四：酸性介质中遇强氧化剂时显还原性。O8H5O2Mn16H2MnO5O222422+第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物3.超氧化物超氧化物(Hyperoxide)O2分子结合一个电子，形成超氧离子分子结合一个电子，形成超氧离子O2-O2分子分子O2-离子离子 -K+KO2?结构结构21 在在O2离子中，离子中，O的氧化数为，如的氧化数为，如KO2第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物碱土金属碱土金属的超氧化物是在高压下，将氧气通过加热的过氧化物的超氧化物是在高压下，将氧气通过加热的过氧化物MO2制得：制得：MO2+O2=M（O2）2纯净的纯净的LiO2尚未制得。尚未制得。300105Pa和和773K下，下，Na2O2+O2=2NaO21.0105Pa，或液氨中，或液氨中，K、Rb、Cs+O2=KO2、RbO2、CsO2超氧化物是很强的氧化剂，只有半径大的阳离子的超氧化物稳定。超氧化物是很强的氧化剂，只有半径大的阳离子的超氧化物稳定。性质一：强氧化剂。性质一：强氧化剂。2MOHOHOO2H2MO22222+(M=K,Rb,Cs)性质二：性质二：CO2吸收剂和氧气发生剂。吸收剂和氧气发生剂。32222CO2MO32CO4MO+?性质性质第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物MO3+2H2O=4MOH+5O2O3+K(Rb，Cs)=K(Rb、Cs)O33KOH(s)+2O3(g)=2KO3(g)+KOH.H2O(s)+0.5O2(g)4.臭氧化物臭氧化物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物2MOHOHOM22+22M(OH)OHMO+（1）现象）现象强碱强碱Ba(OH)2强碱强碱CsOH强碱强碱Sr(OH)2强碱强碱RbOH强碱强碱Ca(OH)2强碱强碱KOH中强碱中强碱Mg(OH)2强碱强碱NaOH两性两性Be(OH)2中强碱中强碱LiOH碱性增强碱性增强氢氧化物的碱性氢氧化物的碱性三、氢氧化物三、氢氧化物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物（2）规律）规律?除除Be(OH)2为两性氢氧化物外，其它氢氧化物都是强碱或中强碱；为两性氢氧化物外，其它氢氧化物都是强碱或中强碱；?同周期：碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属；同周期：碱金属氢氧化物的碱性大于碱土金属；?同族：从上到下，碱性增强。同族：从上到下，碱性增强。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物（3）解释）解释 ROH理论理论R在水中有两种解离方式在水中有两种解离方式ROH R+OH-碱式电离碱式电离ROH RO-+H+酸式电离酸式电离rz=值大，有利于酸式电离；值大，有利于酸式电离；值小，有利于碱式电离。值小，有利于碱式电离。越大，静电引力越强，越大，静电引力越强，R-OH便以酸式离解为 主，便以酸式离解为 主，越小，越小，R-OH便以碱式离解为主：便以碱式离解为主：第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物金属氢氧化物呈酸性。金属氢氧化物呈两性；金属氢氧化物呈碱性；32.0 32.022.0 22.0判断氢氧化物酸碱性的经验公式：判断氢氧化物酸碱性的经验公式：第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物、绝大多数的碱金属形成离子型化合物，只有、绝大多数的碱金属形成离子型化合物，只有Li的某些盐的某些盐(LiCl等等)具有一定的共价性；、碱金属的盐有较高的热稳定性，唯有硝酸盐的热稳定性比较低，、碱金属的许多盐在水中易溶，但也有一些例外，如，具有一定的共价性；、碱金属的盐有较高的热稳定性，唯有硝酸盐的热稳定性比较低，、碱金属的许多盐在水中易溶，但也有一些例外，如，LiF、Li2CO3、Li3PO4.5H2O、NaSb(OH)6等，对溶解性的解释，由晶格焓和溶解焓。等，对溶解性的解释，由晶格焓和溶解焓。四、盐类四、盐类1.碱金属的盐类碱金属的盐类特点：特点：22K10003ONaNO2NaNO+第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物2.碱土金属的盐类化合物碱土金属的盐类化合物1)、溶解性：碱土金属的硝酸盐、醋酸盐、除氟以外的卤化物、高氯酸盐都是易溶的，而碳酸盐和磷酸盐是难溶的，与、溶解性：碱土金属的硝酸盐、醋酸盐、除氟以外的卤化物、高氯酸盐都是易溶的，而碳酸盐和磷酸盐是难溶的，与BaSO4不同，不同，BaCrO4和和CaC2O4能溶于稀强酸能溶于稀强酸(HCl)溶液中。溶液中。Ba2+Cr2O72-+3H2O=2BaCrO4+3H3O+Ca2+C2O42-=CaC2O4第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物Mg、Ca、Sr、Ba的碳酸盐分解温度依次升高。的碳酸盐分解温度依次升高。2)、碳酸盐的热稳定性、碳酸盐的热稳定性第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物MCO3MO+CO23、锂和镁的相似性、锂和镁的相似性 氧气中的燃烧产物氧气中的燃烧产物 化合物的溶解性化合物的溶解性 硝酸盐的热分解硝酸盐的热分解 生成氮化物生成氮化物第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.3 化合物化合物12-4 离子晶体盐类的溶解性离子晶体盐类的溶解性物质的溶解性是复杂的问题。物质的溶解性是复杂的问题。“相似者相溶相似者相溶”的经验规律。离子型盐类的溶解度，虽没有一个完整的规律性，但仍有一些经验规律。它们是：离子的电荷小、半径大的盐往往是易溶的。阴阳离子的半径相差较大时，其盐易溶，即的经验规律。离子型盐类的溶解度，虽没有一个完整的规律性，但仍有一些经验规律。它们是：离子的电荷小、半径大的盐往往是易溶的。阴阳离子的半径相差较大时，其盐易溶，即“相差相溶相差相溶”。1.现象现象大多数碱金属盐易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶于水的大多数碱金属盐易溶于水，仅少数碱金属盐是难溶于水的若干锂盐：LiF、Li2CO3、Li3PO4 K+、Rb+、Cs+、NH4+同某些较大阴离子的盐：KClO4、氯铂酸盐K2PtCl4第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.4 溶解性溶解性大多数碱土金属盐难溶于水，仅少数易溶于水大多数碱土金属盐难溶于水，仅少数易溶于水碳酸盐、磷酸盐、草酸盐难溶于水氯化物、硝酸盐易溶于水第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.4 溶解性溶解性碱金属氟化物、碘化物在水中的溶解度（碱金属氟化物、碘化物在水中的溶解度（molL-1)2.87.28.611.812.2I-24.212.515.91.10.1F-Cs+Rb+K+Na+Li+阳离子阴离子阳离子阴离子第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.4 溶解性溶解性0.000350.122.3易溶易溶易溶易溶CrO42-0.000240.0150.204易溶易溶易溶易溶SO42-Ba2+Sr2+Ca2+Mg2+Be2+阳离子阴离子阳离子阴离子碱土金属盐在水中的溶解度碱土金属盐在水中的溶解度(g/100gH2O)第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.4 溶解性溶解性2.离子型盐类溶解度的一般规律（离子型盐类溶解度的一般规律（2）负离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小。例如）负离子半径较大时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而减小。例如 I-、CrO42-、SO42-半径较大，它们的盐的溶解度从锂到铯、从铍到钡的顺序基本减小。（半径较大，它们的盐的溶解度从锂到铯、从铍到钡的顺序基本减小。（1）正离子为低电荷、大半径的盐往往是易溶的。）正离子为低电荷、大半径的盐往往是易溶的。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.4 溶解性溶解性（3）相反，负离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。例如）相反，负离子半径较小时，盐的溶解度常随金属的原子序数的增大而增大。例如F-、OH-的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。（的半径较小，其盐的溶解度按锂到铯，铍到钡的顺序基本增大。（4）一般来讲，盐中正负离子半径相差较大时，其盐的溶解度较大。相反，盐中正负离子半径相近时，其溶解度较小。）一般来讲，盐中正负离子半径相差较大时，其盐的溶解度较大。相反，盐中正负离子半径相近时，其溶解度较小。第十二章 碱金属和碱土金属第十二章 碱金属和碱土金属12.4 溶解性溶解性第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素第第A，B、Al、Ga、In、Tl称为硼族。除称为硼族。除B外，其它都是金属，电子价层结构为外，其它都是金属，电子价层结构为ns2np1。13-1 硼族元素的通性硼族元素的通性第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.1 通性通性H3BO3BAl3+AlGa3+Ga2+GaIn3+In2+In+InTl3+Tl+Tl-0.73-1.66-0.65-0.45-0.45-0.35-0.251.25-0.34-0.34EA/VEB/VB(OH)4-BAlGa(OH)4-GaInTlOHAl(OH)3In(OH)3Tl(OH)3-2.5-2.31-1.22-1.0-0.05硼族元素的电极电势硼族元素的电极电势第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.1 通性通性222346293452358561318411389键能键能Si-SiC-CB-BSi-OC-OB-OSi-HC-HB-H键键第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.1 通性通性 13-2 硼族元素的单质及其化合物硼族元素的单质及其化合物第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物硼在自然界中主要以硼酸盐形式存在。硼砂硼在自然界中主要以硼酸盐形式存在。硼砂Na2B4O7.10H2O，方硼石，方硼石 2Mg3B8O15.MgCl2等。铝主要以铝矾土矿形式存在，它在地壳里含量仅仅次于氧和硅。等。铝主要以铝矾土矿形式存在，它在地壳里含量仅仅次于氧和硅。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物二、硼族元素的单质二、硼族元素的单质1.硼的同素异形体硼的同素异形体无定形硼为棕色粉末，晶体硼显黑灰色。单质硼的硬度近乎金刚石，又能耐高温。晶体结构已经确定的三种固态元素硼都含有无定形硼为棕色粉末，晶体硼显黑灰色。单质硼的硬度近乎金刚石，又能耐高温。晶体结构已经确定的三种固态元素硼都含有20面体面体B12结构单元。二十面体连接的方式不同导致不同类型的晶体硼。结构单元。二十面体连接的方式不同导致不同类型的晶体硼。?结构结构B12的正二十面体结构单元的正二十面体结构单元以B12为基本结构单元晶态硼晶态硼黑灰色黑灰色化学性质较惰性化学性质较惰性无定型硼无定型硼棕色粉末棕色粉末化学性质较活泼化学性质较活泼第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物?性质性质性质一：与非金属反应性质二：与非金属氧化物作用性质三：与酸作用性质四：与强碱作用性质一：与非金属反应性质二：与非金属氧化物作用性质三：与酸作用性质四：与强碱作用第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物性质一：与非金属反应高温下性质一：与非金属反应高温下B能同能同N2、O2、S、X2等单质反应，但不与等单质反应，但不与H2作用。作用。4B3O22B2O32BN22BN2B3F22BF3第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物性质二：与非金属氧化物作用性质二：与非金属氧化物作用B能与许多稳定的氧化物反应，如从能与许多稳定的氧化物反应，如从SiO2、P2O5、H2O 中夺取氧而作还原剂。例如在赤热下，中夺取氧而作还原剂。例如在赤热下，B与水蒸气作用生成硼酸和氢气。与水蒸气作用生成硼酸和氢气。2B6H2O(g)2B(OH)3+3H2第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物性质三：与酸作用硼不与盐酸作用，但与热浓性质三：与酸作用硼不与盐酸作用，但与热浓H2SO4、热浓、热浓HNO3作用生成硼酸。作用生成硼酸。2B3H2SO4(浓浓)2B(OH)3+3SO2B3HNO3(浓浓)2B(OH)3+3NO22B2NaOH3KNO32NaBO2+3KNO2H2O性质四：与强碱作用在氧化剂存在下，硼和强碱共熔得到偏硼酸盐。性质四：与强碱作用在氧化剂存在下，硼和强碱共熔得到偏硼酸盐。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物2B+3F2=2BF34B+3O2=2B2O34B+C=B4C2B+N2=BN结晶状单质硼较惰性，无定形硼则比较活泼，室温下即与结晶状单质硼较惰性，无定形硼则比较活泼，室温下即与F2反应，与反应，与Cl2、Br2、S等反应需加热，高温下硼与等反应需加热，高温下硼与C、N反应。反应。2.金属铝金属铝第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物银白、密度银白、密度2.2g.cm-3，m.p.930K，b.p.2740K，良好导电性，制造合金，同氧反应放出大量热。，良好导电性，制造合金，同氧反应放出大量热。4Al+3O2=2Al2O3rHm=-3339kJ.mol-1。在空气中生成。在空气中生成Al2O3保护膜，在冷浓保护膜，在冷浓HNO3和浓和浓H2SO4中铝表面被钝化而不发生反应，但铝能溶于强碱溶液中，中铝表面被钝化而不发生反应，但铝能溶于强碱溶液中，Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H24.单质硼的提取单质硼的提取工业上用浓碱来分解硼镁矿：工业上用浓碱来分解硼镁矿：第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物Mg2B2O5.H2O+2NaOH=2NaBO2+2Mg(OH)24NaBO2+CO2+10H2O=Na2B4O7.10H2O+Na2CO3Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO42H3BO3=B2O3+3H2OB2O3+3Mg=2B+3MgOOH3OAl2Al(OH)2323+2323O4Al O2Al+Na3AlF6电解电解Al2O3+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)42NaAl(OH)4+CO2=2Al(OH)3+Na2CO3+H2O从铝矾土矿出发提取水合从铝矾土矿出发提取水合Al2O3：5.单质铝的提取单质铝的提取第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物三、硼的氢化物三、硼的氢化物硼可以形成一系列的共价氢化物，这类氢化物性质相似于烷烃，故称之为硼烷。其中最简单的硼可以形成一系列的共价氢化物，这类氢化物性质相似于烷烃，故称之为硼烷。其中最简单的B2H6，而不是，而不是BH3，目前已知的二十多种硼烷，主要分属于：，目前已知的二十多种硼烷，主要分属于：BnHn+4类：类：B2H6、B5H9、B6H10、B8H12、B10H14、B16H20；BnHn+6类：类：B3H9、B4H10、B5H11、B6H12、B8H14、B9H15、B10H16等。等。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物乙醚乙醚3NaBH4+4BF32B2H6+3NaBF4乙醚乙醚3LiAlH4+4BF32B2H6+3LiF+3AlF33)、氢负离子置换法氢负离子置换法BCl3+3H2B2H6+3HCl122)、氢化法氢化法：MnB+3H+B2H6+Mn3+121.简单硼氢化物制备和性质简单硼氢化物制备和性质1)、质子置换法质子置换法：最早由：最早由Stock制备硼氢化物方法，由硼的金属化合物和酸反应。制备硼氢化物方法，由硼的金属化合物和酸反应。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物B2H6(g)+3O2(g)=2B(OH)3 or B2O3 rHm=-2166 kJ.mol-1B2H6(g)+6H2O(l)=2B(OH)3+6H2由于由于B2H6是一种在空气中易燃、易水解的剧毒气体，故制备时需无水无氧。所有的硼烷都可燃，相对分子质量较小的硼烷在空气中自燃发出绿色闪光，最终产物为是一种在空气中易燃、易水解的剧毒气体，故制备时需无水无氧。所有的硼烷都可燃，相对分子质量较小的硼烷在空气中自燃发出绿色闪光，最终产物为B的水合氧化物。的水合氧化物。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物B2H6和和NH3在在873K反应可得到一种大分子的氮化硼反应可得到一种大分子的氮化硼(BN)x,N-B 和和C-C是等电子体，其结构与石墨相似，虽有键，但是优良的绝缘体。是等电子体，其结构与石墨相似，虽有键，但是优良的绝缘体。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物BHHHHHHB97oBHHHHB其电子的分配方式为：其电子的分配方式为：4个端键用去个端键用去8个，每个桥氢与两个个，每个桥氢与两个B原子只用原子只用2个电子，形成所谓三中心二电子键个电子，形成所谓三中心二电子键(3c-2e)。BH3不存在是出乎人们预料的，因为不存在是出乎人们预料的，因为B的氧化数为的氧化数为+3，按正规的共价键理论，按正规的共价键理论，B2H6则是不应该存在的，因为则是不应该存在的，因为B2H6只有只有12个价电子，不是个价电子，不是14个，它属缺电子化合物，硼为个，它属缺电子化合物，硼为sp3杂化。杂化。2.硼氢化合物分子的几何形状硼氢化合物分子的几何形状第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物此概念是此概念是Christopher longuest-Higgins在读本科时的一篇论文中提出的。这一概念成为硼氢化合物现代成键概念的基础。后来他又提出了用于处理硼多面体的完全离域的分子轨道法，并预言在读本科时的一篇论文中提出的。这一概念成为硼氢化合物现代成键概念的基础。后来他又提出了用于处理硼多面体的完全离域的分子轨道法，并预言20面体面体B12H222-离子为稳定物种。这一预言后来被证实。美国化学家离子为稳定物种。这一预言后来被证实。美国化学家William Lipscomb 用用X射线单晶衍射测定了多种硼氢化合物的结构，并将多中心成键概念用于解释这类化合物，发展了这类化合物的多中心成键概念，因此获射线单晶衍射测定了多种硼氢化合物的结构，并将多中心成键概念用于解释这类化合物，发展了这类化合物的多中心成键概念，因此获1976年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物由于硼原子的缺电子特点，在各种硼烷中呈现出五种成键情况：由于硼原子的缺电子特点，在各种硼烷中呈现出五种成键情况：1)、端侧的、端侧的2中心中心-2电子硼氢键电子硼氢键B-H；BBH3)、2中心中心-2电子硼电子硼-硼键硼键B-B；4)、开放的、开放的3中心中心-2电子硼桥键，电子硼桥键，BBB5)、闭合的、闭合的3中心中心-2电子硼键，电子硼键，BBB2)、3中心中心-2电子氢桥键，电子氢桥键，第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物BBBHHHHHHHHHHBBBBBBBHHHHHHHHHHB6H10：B4H10：第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物五、含氧化合物五、含氧化合物1.B2O3和和Al2O3硼是亲氧元素，硼氧化合物有很高的稳定性。硼是亲氧元素，硼氧化合物有很高的稳定性。?制备制备一般的方法是加热硼酸使之脱水。一般的方法是加热硼酸使之脱水。2H3BO3B2O33H2O?性质性质性质一：易溶于水性质二：硼砂珠实验性质一：易溶于水性质二：硼砂珠实验第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物B2O3易溶于水，重新生成硼酸，但在热的水蒸气中则生成挥发性的偏硼酸易溶于水，重新生成硼酸，但在热的水蒸气中则生成挥发性的偏硼酸HBO2，同时放热。，同时放热。B2O32HBO22H3BO3H2OH2O,578K2H2O2H2O,373K偏硼酸硼酸偏硼酸硼酸B2O3(s)3H2O(l)2H3BO3(aq)B2O3(s)H2O(g)2HBO2(g)热热性质一：易溶于水性质一：易溶于水第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物B2O3可以溶解许多金属氧化物而得到有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐。可以溶解许多金属氧化物而得到有特征颜色的玻璃状偏硼酸盐。B2O3CuOCu(BO2)2蓝色蓝色B2O3NiONi(BO2)2绿色绿色硼砂珠实验硼砂珠实验硼砂珠实验硼砂珠实验此反应可用于定性分析中，用来鉴定金属离子。此反应可用于定性分析中，用来鉴定金属离子。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物自然界中的自然界中的-Al2O3称为刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点也相当高，不溶于酸或碱或水。高温焙烧称为刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点也相当高，不溶于酸或碱或水。高温焙烧Al(OH)3可得可得-Al2O3。Al(OH)3在较低温度脱水可得在较低温度脱水可得-Al2O3。它硬度不高，具有较大的表面积，因此可用作吸附剂或催化剂载体。它硬度不高，具有较大的表面积，因此可用作吸附剂或催化剂载体。-Al2O3较易溶于酸或碱溶液中。较易溶于酸或碱溶液中。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物2.硼酸和硼酸盐硼酸和硼酸盐?结构结构sp2杂化杂化硼酸硼酸 H3BO3结构单元结构单元BOHHOOHB原子为原子为sp2杂化杂化O原子原子第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物范德华力范德华力第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物?性质性质性质一：弱酸性性质二：酸性的增强性质三：极微弱的碱性性质一：弱酸性性质二：酸性的增强性质三：极微弱的碱性第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物H3BO3H2O B(OH)4+H+-Ka=5.810-10性质一：弱酸性性质一：弱酸性第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物Ka=5.810-10CHOHHO BOHOH+HOHOCH2CH2HOCHCH2CH2OOB O+H+2H2O性质二：酸性的增强硼酸是一个典型的缺电子性质二：酸性的增强硼酸是一个典型的缺电子Lewis酸，它的酸性可因加入甘露醇和甘油（丙三醇）大为增加酸，它的酸性可因加入甘露醇和甘油（丙三醇）大为增加,表现出一元酸的性质，可用强碱滴定。表现出一元酸的性质，可用强碱滴定。Ka=6.210-5第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物性质三：极微弱的碱性：性质三：极微弱的碱性：B(OH)3+H3PO4BPO4+3H2O第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物四、硼和铝的卤化物四、硼和铝的卤化物三卤化硼和三卤化铝是硼和铝的特征卤化物。三卤化硼是低熔点、沸点的共价化合物。三卤化铝，由于三卤化硼和三卤化铝是硼和铝的特征卤化物。三卤化硼是低熔点、沸点的共价化合物。三卤化铝，由于AlF3有高的晶格能有高的晶格能，致使其熔点和沸点较其它的三卤化铝高得多。，致使其熔点和沸点较其它的三卤化铝高得多。BCl3和和BBr3和和BF3均可由硼和卤素直接化合制得，但均可由硼和卤素直接化合制得，但BF3的制备更多采用：的制备更多采用：B2O3+3CaF2+3H2SO42BF3(g)+3CaSO4+3H2O800-900Al2O3+3C+3Cl22AlCl3+3CO第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物硼和铝的卤化物，由于其缺电子性质，决定了硼和铝的卤化物，由于其缺电子性质，决定了它们都是路易斯酸它们都是路易斯酸，其路易斯酸酸性强弱顺序为：，其路易斯酸酸性强弱顺序为：BF3BCl3BBr3。三卤化硼和三卤化铝的共同特征是极易水解，在潮湿的空气中冒白烟：。三卤化硼和三卤化铝的共同特征是极易水解，在潮湿的空气中冒白烟：BF3+6H2O=3H2O+BF4-+B(OH)3BCl3+3H2O=3HCl+B(OH)3 AlCl3+3H2O=3HCl+Al(OH)3第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物BFFF根据卤素原子的电负性，上述顺序似乎应倒过来，根据卤素原子的电负性，上述顺序似乎应倒过来，BF3应是最强酸。实际表现出来的顺序是由于卤素原子的体积按应是最强酸。实际表现出来的顺序是由于卤素原子的体积按F、Cl、Br的顺序增大，形成的键依次减弱的缘故。的顺序增大，形成的键依次减弱的缘故。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物AlCl3、AlBr3、AlI3在气相或非极性溶剂中均是二聚的，在气相或非极性溶剂中均是二聚的，AlAlClClClClClCl这种二聚分子遇到电子对给予体分子时会离解成单分子，然后 这个这种二聚分子遇到电子对给予体分子时会离解成单分子，然后 这个AlCl3单分子再用这个电子对给予体形成配位化合物。单分子再用这个电子对给予体形成配位化合物。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物BFFFCXRRR+BFFFXCRRR+BF3和和AlCl3等利用其路易斯酸性，在工业上广泛用作工业过程的催化剂，因它能拉开键合于碳原子上的碱而产生正碳离子：等利用其路易斯酸性，在工业上广泛用作工业过程的催化剂，因它能拉开键合于碳原子上的碱而产生正碳离子：第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物五、铍和铝的相似性五、铍和铝的相似性1、铍和铝是钝化金属；两性金属。、铍和铝是钝化金属；两性金属。Be+2 NaOH+2H2O=Na2Be(OH)4+H22Al+2 NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H22、无水卤化物是共价化合物，并以二聚体存在。、无水卤化物是共价化合物，并以二聚体存在。3、水合卤化物：受热脱水并水解。、水合卤化物：受热脱水并水解。BeCl2.4H2O=Be(OH)Cl+3H2O+HClAlCl3.6H2O=Al(OH)2Cl+4H2O+2HCl4、氢氧化物都是两性。、氢氧化物都是两性。第十三章 硼族元素第十三章 硼族元素13.2 单质及其化合物单质及其化合物