硼 族 元 素

1. 第 13 章 硼 族 元 素

2. 硼单质及其化合物 铝单质及其化合物 镓、铟、铊 主 要 内 容

3. IIIA B，Al，Ga，In，Tl 硼、铝、镓、铟、铊 硼 B 硼砂 Na2B4O7 • 10H2O 硼镁矿 Mg2B2O5• H2O 等 在地壳中的质量分数为1.0 10－3%

4. 铝 Al 铝矾土 Al2O3 在地壳中的质量分数为8.2% 第 3 位 镓 Ga 与 Zn，Fe，Al，Cr 等矿共生 在地壳中的质量分数为1.8 10－3%

5. 铟 In 与闪锌矿、方铅矿共生 在地壳中的质量分数为4.9 10－6% 铊 Tl 与闪锌矿共生 在地壳中的质量分数为6  10－5%

6. 硼族元素基态原子的价电子结构为 ns2np1。 B 为非金属，Al，Ga，In，Tl 是金属。 常见氧化态：B，Al，Ga + 3 In + 1， + 3 Tl + 1

7. 13－1 硼单质及其化合物 13－1－1 硼单质 无定形硼为棕色粉末。 晶体硼呈黑灰色，高硬度，高熔点。

8. 1 硼单质的晶体结构 晶体硼单质的基本结构单元为正二十面 体，12 个硼原子占据多面体的顶点。 这种基本结构单元称为 B12

9. B12单元中，前面 3 个硼原子构成的三角 形，其所在的平面与后面3个硼原子构成的三 角形所在的平面互相平行。

10. B12 单元中，中层 6 个硼原子不在同一 平面内。

11. B12 单元在空间采取不同的排布方式，则形成晶体硼单质的不同晶型。 上图即为 B12 单元的一种最普通的空间排布 ， −菱形硼。

12. 在这种晶体中，B12 单元按层排布。

13. 每个 B12 单元，与同一层中的 6 个 B12单 元以三中心二电子键联结。见图中虚线。

14. 上下片层之间，通过 B－B 键结合。 这些 B 原子是 B12 结构单元中，上部和下 部的硼原子。

15. 2 硼单质的化学性质 硼常温下可以与 F2 化合： 2 B + 3 F2 —— 2 BF3 硼在空气中燃烧，放出大量的热： 4 B + 3 O2 —— 2 B2O3

16. 2 B ＋ 6 H2O g —— 2 B OH 3 ＋ 3 H2 （ ） （ ） 赤热下，无定形硼可以同水蒸气作用生 成硼酸：

17. 在高温下硼能同 N2，S，X2 等非金 属单质反应： 2 B + N2 —— 2 BN 2 B + 3 Cl2 —— 2 BCl3 2 B + 3 S —— 2 B2S3

18. 无定形硼不与非氧化性酸作用，但可以 和热浓硫酸、热浓硝酸起反应： 2 B + 3 HSO4（浓）—— 2 H3BO3 + 3 SO2↑ B + 3 HNO3（浓）—— H3BO3 + 3 NO2↑

19. △ 2 B + 2 NaOH + 3 KNO3—— 2 NaBO2 + 3 KNO2 + H2O 硼单质可以抵御沸腾的 NaOH溶液和 500 ℃ 熔融的 NaOH 的作用。 有氧化剂存在时，硼才可以和熔融的 强碱起反应:

20. Mg2B2O5•H2O + 2 NaOH ——— 2 NaBO2 + 2 Mg OH 2 （1） （ ） 3 硼单质的制取 工业用碱法分解硼镁矿制取单质硼，主 要涉及以下五步反应： 在强碱性体系中，得到偏硼酸钠 。

21. 向NaBO2 的浓溶液中通入 CO2，调 pH， 可以浓缩结晶出硼砂。 4 NaBO2 + CO2 + 10 H2O —— Na2B4O7 •10 H2O + Na2CO3（2）

22. 将硼砂溶于水，用硫酸调节酸度，析出硼酸晶体：将硼砂溶于水，用硫酸调节酸度，析出硼酸晶体： Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O —— 4 H3BO3 + Na2SO4 （3）

23. 加热使硼酸 H3BO3脱水，得到 B2O3。 2 H3BO3 —— B2O3 + 3 H2O （4） 用活泼金属 Mg 高温下还原 B2O3 ，得 到 95% ~ 98% 的粗硼。 B2O3 + 3 Mg ——3 MgO + 2 B（5）

24. 工业上也有酸法生成硼单质的工艺，即 用硫酸与硼镁矿反应一步制得硼酸： Mg2B2O5 •H2O + 2 H2SO4 —— 2 H3BO3 + 2 MgSO4

25. 用氢气还原BBr3 可以得到纯度很高 的硼单质，反应是在热的钽金属丝上进行的。 1000℃以下，产物是无定形硼，随 着温度升高，产物结晶度升高 。

26. 2 BI3 ——— 2 B + 3 I2 钽丝，高温 分解含硼化合物是得到高纯硼的好方 法。 该反应至今仍是获得 －菱形硼的重 要途径。

27. 13－1－2 硼氢化合物 硼氢化合物的物理性质相似于烷烃，故 称之为硼烷。 在已知的20 多种硼烷中，最简单的是乙 硼烷（B2H6），而非 BH3。

28. 1 乙硼烷的制备与性质 自然界里没有硼烷，而且硼烷不能通 过硼和氢气的直接化合制得。 通过间接途径制备乙硼烷的反应主要 如下： （1） Mg3B2 + H3PO4——硼烷混合物 —— B2H6

29. （1） Mg3B2 + H3PO4——硼烷混合物 —— B2H6 中间产物是以 B2H10 为主的硼烷混合物，加热可得乙硼烷。

30. （2） 在无声放电的条件下，用氢气 还原 BCl3 可以得到乙硼烷： 2BCl3 + 6 H2—— B2H6 + 6 HCl

31. （3）在乙醚介质中，使用氢化铝锂还 原 BCl3可以得纯度较高的乙硼烷。 4 BCl3 + 3 LiAlH4—— 2 B2H6 + 3 LiCl + 3 AlCl3

32. 自燃 B2H6 + 3 O2 ——— B2O3 + 3 H2O 乙硼烷是一种还原性极强的物质，在 空气中自燃： 乙硼烷也能被氯气氧化： B2H6（g）+ 6 Cl2（g）—— 2 BCl3（l）+ 6 HCl（g）

33. B2H6 + 6 H2O —— 2 B OH 3 + 6 H2 （ ） 873 K BCl3 + NH3 ——— BN+ 3 HCl 乙硼烷与 NH3 在 873 K 下反应，可得 到一种大分子的六方氮化硼BN x 。 （ ） 乙硼烷极易水解：

34. 大分子氮化硼BN x具有层状结构，层 内形成六元环。 （ ）

35. 大分子氮化硼BN x与石墨相似。 （ ）

36. 石墨相邻层之间，原子的位置是互相错开的。

37. BN x相邻层之间，原子的位置是对齐， 但原子的种类不同。 （ ）

38. 相同位置上，一层 B，一层 N · · · · · · 交替排列。

39. B2H6 和NH3 反应，高温下可制得被 称为无机苯环氮硼烷 B3N3H6 它与苯是等电子体，具有平面六边形 结构，如图所示：

40. 2 硼烷的结构 虽然BH3能够在高温气相稳定存 在，但温度降低后极易二聚，因而常 温下稳定存在的最简单的硼氢化合物 是 B2H6。

41. 根据共价键理论，按烷烃的形式构 成 B2H6 需要 14 个价电子，而 B2H6 只 有 12 个价电子，于是B2H6成为 “缺电 子” 化合物 。

42. B2H6 分子内键联关系，如图所示：

43. sp3 2 s 2 p 不等性杂化 B 原子均采取 sp3 不等性杂化 sp3杂化轨道

44. 端基 H 和 B 之间形成键（s －sp3）

45. 四个端基 H 和两个 B 形成分子平面。

46. 中间两个 H 不在分子平面内，上下各 一个，其连线垂直于分子平面。

47. 上面的H 和下面的H，分别与 B 形 成氢桥键。

48. 氢桥键属于三中心二电子键，记作 3c － 2e 键，是一种新的化学键。

49. 上面 H 左边 B 右边 B s 轨道sp3 轨道sp3 空轨道 1个电子 1 个电子 0 个电子

50. 下面 H 左边 B 右边 B s 轨道sp3 空轨道sp3 轨道 1个电子 0 个电子1 个电子