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第十七章 碳硼族元素

第十七章 碳硼族元素. 医药化工学院：梁华定. 第十七章 碳硼族元素. 本章共用 5 课时 碳硼族元素单质的物理化学性质 碳硼族元素氢化物的物理化学性质 碳硼族元素含氧酸或氢氧化物的物理化学性质 碳硼族元素含氧酸盐和其它盐的物理化学性质. 第一节 通 性. 碳族包括元素： C,Si,Ge,Sn,Pb 价层电子 ( 价轨道 ): ns 2 np 2 (ns np nd 共 9 个 , 对 C 价轨道为 2s 2p 共 4 个 ) 。. 硼族包括元素： B, Al, Ga, In, Tl

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第十七章 碳硼族元素

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  1. 第十七章 碳硼族元素 医药化工学院：梁华定

  2. 第十七章 碳硼族元素 • 本章共用5课时 • 碳硼族元素单质的物理化学性质 • 碳硼族元素氢化物的物理化学性质 • 碳硼族元素含氧酸或氢氧化物的物理化学性质 • 碳硼族元素含氧酸盐和其它盐的物理化学性质

  3. 第一节 通 性 • 碳族包括元素：C,Si,Ge,Sn,Pb • 价层电子(价轨道): ns2np2 (ns np nd共9个, 对C价轨道为2s 2p共4个)。 • 硼族包括元素：B, Al, Ga, In, Tl • 价层电子(价轨道): ns2np1 (ns np nd共9个, 对B价轨道为2s 2p共4个)。

  4. 特点 • 1、电负性大，以共价为特征。 • 电负性：C---2.55 Si---1.90 B---2.04 • 电负性规律：自上到下变小，得电子能力下降，失电子能力增强。 • 氧化数：碳族主要氧化态：-4, 2,4 硼族主要氧化态：1, 3

  5. 特点 2．能自相结合成链，形成一系列烷烃、硅烷、硼烷 能力： C ＞ Si ＞ B 通式：CnH2n+2 SinH2n+2(7≥n≥1) BnHn+4 BnHn+6 • 3．硅、硼都是亲氧元素。 • 自然界主要存在形式：SiO2 B2O3 Al2O3 • C是组成生物界的主要元素 • Si是构成矿物界的主要元素 • 4．都有同素异形体

  6. CH4 CX4 CaC2（类似NaCl型） 成键方式 第二节 碳 1．集团得到电子氧化态多变, 形成离子化合物(极难） 2．共用电子对形成共价化合物，氧化态-4 3．与电负性大的元素共用电子对，氧化态为正4

  7. 4．成链能力极强，可形成网状结构，且自我成链能力极强，还可以与其它元素化合形成网状结构4．成链能力极强，可形成网状结构，且自我成链能力极强，还可以与其它元素化合形成网状结构 • 5．+4氧化态时可形成四个共价键，且不存在孤电子对间的斥力，故具有很强π成键能力（C） • 6．大π键πnm(m<2n)：有第二周期元素参与而形成的多中心多电子的大π键。

  8. 金刚石 四面体 109.5 sp3 3.514 154.4 性 质 C原子构型 C-C-C键角/° 杂化轨道形式 密度/(g·cm−3) C-C键长/pm 石 墨 三角形平面 120 sp2 2.266 141.8 C60 近似球面 116(平均) sp2.28 1.678 139.1(6/6); 145.5(6/5) 2－1、碳的同素异形体 金刚石、石墨、无定形碳 • 一．金刚石、石墨 1.结构

  9. 巴基球(buckyballs) 富勒烯(fullerenes) 美国科学家 斯莫利 (Smalley R E) 美国科学家柯尔 (Curl R F) 英国科学家 克罗托 (Kroto H W) • 1985年9月R.E.Smalley等在氦的脉冲气流里用激光气化石墨生成碳簇合物C60、C70。获1996年诺贝尔奖。 富勒烯中以C60 最稳定，其笼状结构酷似足球，相当于一个由二十面体截顶而得的三十二面体。32个面中包括12个五边形面和20个六边形面，每个五边形均与5个六边形共边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。与石墨相似，C60 分子中每个 C 原子与周围三个 C 原子形成 3 个σ键，剩余的轨道和电子共同组成离域 π键，可简单地将其表示为每个C原子与周围3个C原子形成2个单键和1个双键。

  10. 2. 性质 金刚石的化学性质极稳定. • 石墨的化学性质总体看来比较稳定，都能形成类似 K+C8- 这类化合物。 • 石墨层层之间①作用力结合疏松；②距离大。能容许一些小分子、原子或离子插入，形成插入化合物，其结果结构不变、片层间距离增加，性质改变（石墨“膨胀”）。 • 1．导体（离子化合物）：导电性增强――C8K、C24K、C36K、C48K、C60K • K→K++e 片层带负电荷，π电子体系不破坏，导电性增加； • Cl2＋2e→2Cl－ 片层留下空穴，带正电荷，导电性增加。 2．非导体（共价化合物）: C（石墨）＋F2→（CF）n 聚一氟化碳结合时用到离域键电子，π电子体系破坏，不导电。

  11. 石墨 (a) (b) 图S-13-2 石墨和C60的化合物举例: (a) KC8 and KC16 , (b) [(Ph3P)2Pt(C60)]. • 由C60可以合成出多种化合物。①可在球体内部空腔包含其它原子；②可在球间空隙填入原子；③可用另一种原子置换球面上的碳原子；④可以用各种官能团在球面上进行加成反应。C60可被F2和H2等分步加成产生C60 F6、C60 F42、C60 H36等共价化合物。碱金属与C60产生K6C60、 Rb3C60等离子型化合物。 • 人们发现碱金属与C60产生AxC60 (K6C60、 Rb3C60等)离子型化合物有超导性能，其临界温度(K3C60的TC为19K)比金属合金超导体向，而且AxC60是球状结构，属三维超导，因此，是很有发展前途的材料。

  12. 1.5分钟，FeS（熔剂，催化剂） 5×106 Pa ~ 10×106 Pa ，1500 ~ 2500 ℃ ● CH4 H2 C 混合气 微波（频率 2.45×106 s-1，功率 400 W） 33.7 kPa, < 1273 K ● 溶剂热法 CCl4(l) + Na(s) 非晶碳的金刚石 700℃ Ni-Co-Mn合金催化剂 ● 高温、高压、催化剂合成

  13. 低结晶度碳 ● 炭黑（年产超过 8×106 t ，94 % 用于橡胶制品 的填料） ● 活性炭（高比表面积：400 ~2500 m2 · g-1) ● 碳纤维（每架波音767飞机需用 1 t 碳纤维材料） 用纯石墨作电极，在Ne中放电，电弧中产生的碳烟沉积在水冷反应器的内壁上， 这种碳烟中存在着C60、C70 等碳原子簇。

  14. CO和 CO2 CO CO2 ●制备： 工 业 CH4 + H2O CO + 3H2 C + H2O CO + H2 650～1000℃, 10×105 Pa NiO催化 （水蒸气转化法） 925～1375℃ 1×105 Pa～30×105 Pa （水煤气反应法） 实验室 △，浓硫酸 HCOOH CO + H2O H2C2O4 CO + CO2 + H2O △, 浓硫酸 2－2 碳的氧化物 CO CO2 C3O2 C4O3 C5O2 C12O9 主要介绍 CO ,CO2，及 CO 的等电子体 N2 • CO可看作甲酸的酸酐

  15. ● CO的最重要性质是 可燃性 2 CO + O2 = 2 CO2 , DrHm = - 596 kJ ·mol-1 还原性3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3 FeO+ CO2 FeO + CO = Fe + CO2 PdCl2(aq) + CO(g) + H2O = CO2(g) + Pd(s) + 2 HCl(aq) 加合性与其路易斯酸碱性有关 . 一个 难得的实例是 CO 在高压下与 B2H6 形成稳定配合物 . 常温下反应，可以用以检出微量 CO：

  16. 血红蛋白的示意结构 ● CO 的毒性 因为CO与血红蛋白中 Fe(Ⅱ) 原子的结合力比 O2 高出 300倍, 阻止了血红蛋白对身体细胞氧气的运输 。

  17. OH- H+ OH- H+ CO2(aq) pH: 2~3 8~9 11~12 CO2的性质 ● CO2 不具有 CO 表现的可燃性和还原性，加合性也 不明显 。CO2 无毒，能用于制造各种碳酸饮料（饱 和水溶液中溶解的 CO2 仅有 1% 转化为 H2CO3)： • CO2 与 NH3 反应生成的 (NH4)2CO3可以用来制造CO(NH2)2 . • CO2 + 2NH3＝ CO（NH2）2（高压、催化剂） • 化肥CO2 + NH3 + H2O ＝ NH4HCO3 固体 CO2 称“干冰”，是一种方便的制冷剂 . “干冰”自由升华温度－78℃

  18. 高温时与金属反应2Mg(Al) + CO2 = 2MgO + C • 2Na + CO2 = Na2CO3 + CO(不能扑灭金属着火) CO2 的某些特征反应

  19. 温室效应(Greenhouse Effect) 经过对世界13个地区进行的考察发现，在200年至2000年间，北半球气温在异常情况下低于正常气温0~0.4℃，直到20世纪最后10年才突然攀升，变为高于正常气温0.8℃。这表明，在北半球， 20世纪最后10年是过去2000年来最热的时期，南半球的情况也基本相似。

  20. “温室效应”，是由包括 CO2 分子在内的某些多原子分子（其他如N2O，CH4，氯氟烃）在大气中含量的上升造成的.在过去, 大气中CO2 浓度大体保持着平衡，随着工业化的进程， CO2 增加的速度大于渗入海洋深处与Ca2+结合成 CaCO3 沉淀的速度. 太阳的可见光和紫外光穿过大气层射至地球表面，在地球表面产生的红外辐射却被这类多原子分子吸收而无法迅速逸散到外层空间去，使到地球变暖. 但是，要确定地球是否变暖并非易事，长期和短期的气候变化可能掩盖了温室效应产生的结果. 另外，现在的问题是地球是否在变暖？ 减小环境污染！ 给太阳降温?

  21. 2－3 碳酸及其盐 • 1.碳酸的酸性 • CO2 + H2O ＝ H2CO3 • CO2∶H2CO3＝600∶1(1L水中溶解0.9L CO2) • Ka1＝4.30×10-7 Ka2＝5.61×10-11考虑实际浓度 K＝2×10-4 • 2．碳酸、碳酸根、碳酸氢根的结构 • HCO3- (π34) CO32- (π46) • 3．碳酸盐的溶解性、水解性、热稳定性 • 溶解性: Na+、K+、 NH4+正盐溶于水、其酸式盐溶解度相对较低。 • Na、KHCO3、NH4HCO3溶解度小的原因： • 氢键形成双聚离子（HCO3）22-，多聚离子（HCO3）nn-。

  22. 水解性:Ca2+ + CO32- = CaCO3↓ • 2Al3+ + 3CO32-+ H2O = 2Al(OH)3↓+3 CO2↑ • 3Cu2+ + 2CO32-+ H2O = 2Cu2(OH)2CO3↓+ CO2↑ • 热稳定性: MCO3 = MO + CO2↑ 稳定性: 铵盐＜过渡金属盐＜碱土金属盐＜碱金属盐 • MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3 • 分解温度/℃ 540 600 1290 1360 • 极化理论解释稳定性：一般地，半径越小，金属极化越大，越易分解， 极化力：H+＞Li+＞Na+ • 稳定性：H2CO3<NaHCO3<Na2CO3 • 极化力：Mg2+＞Ca2+＞Ba2+ • 稳定性：MgCO3<CaCO3<BaCO3

  23. 2－4 与硫卤素形成的化合物 CCl4 CF4 CBr4 CI4 四卤化碳的某些性质 性 质 CF4 CCl4 CBr4 CI4 熔点/℃ 沸点/ ℃ △fGm/KJ﹒mol-1 –187 –128 –879(g) – 23 77 – 65.2(l) 90 190 +47.5(s) 171(分解) ≈130(升华) ﹥0 CS 只能瞬间存在，CS2 是个吸能化合物 (DfGmq = 65 kJ ·mol-1)， 易燃，是个优良的溶剂. 所有的 CX4 都能发生水解： CX4 (g 或 l ) + 2 H2O (l) === CO2 (g) + 4 HX (aq)

  24. 第三节硅 无 定 型 体：石英玻璃，硅藻土，燧石 晶 体：天然为石英(原子晶体) 纯 石 英：水晶 含有杂质的石英：玛瑙 1、存在 硅是组成岩石、矿物的基本元素,硅和铝一起分布在铝硅酸盐矿物中。最有工业价值的矿物是石英砂(SiO2)。 • 存在形式：亲氧元素→无游离态（石英、硅酸盐） • 通式：aMXOY·bSiO2·cH2O • 基本结构单元：硅氧四面体

  25. 2．成键特征 （1）难形成Pπ－Pπ键 ，倾向以较多的σ键形成聚合体。Si：SP3 （2）硅有3d轨道可参加成键，可形成配位数为6的化合物Na2 [SiF6]

  26. 第 14/Ⅳ 族元素和某些第 Ⅲ—Ⅴ 族化合物的禁带（25℃） 材料 E/eV 材料 E/eV C(金刚石) 5.47 BN 7.5(近似值) SiC 3.00 BP 2.0 Si 1.12 GaN 3.36 Ge 0.66 GaP 2.26 Sn 0 GaAs 1.42 InAs 0.36 p-型和 n-型半导体 3－1 单质硅 半导体性质：周期表中 7 种半导体元素B，Si，Ge，As，Sb，Se 和Te全在 p 区. 特别需要提醒的是:不能以导电能力判断一种物质是否属于半导体，用作判据的只能是禁带的宽度.

  27. 晶硅：具金属光泽，能导电（不及金属）――准金属：制半导体的材料。ΔE<3ev。掺入元素后ΔE减少，如Si：ΔE= 1.1ev • 掺入ⅢA(B、Al、Ge、In)少了一个电子，留下了一个带正电荷的“空穴”，元素导电性增加形成p型半导体；掺入Al后 ΔE= 0.057ev • 掺入ⅤA(p、As、Sb、Bi)多了一个电子，元素导电性增加形成n型半导体。掺入P后 ΔE= 0.044 ev。 光电池 p-型半导体受到光的照射, 价带中的电子吸收光能后被激发至导带, 在价带留下带正电荷的空穴。与正电荷空穴不同, 导带电子容易穿越接触面进入n-型半导体, 这样就产生了电流。这些电子由导线携带穿过外电路的负载(如灯泡, 电动马达等), 最后回到p-型半导体, 以填充那里的空穴。继续吸收光线会产生更多的传导电子和空穴, 只要有光线照射在太阳能电池上,这个过程就会继续下去。

  28. 光子带隙材料 硅单晶材料 太阳电池材料 纳米半导体材料 一 些 半 导 体 硅 材 料

  29. 673-773 K 553-573 K Si(粗) + 2Cl2 SiCl4， Si(粗) + 3HCl SiHCl3 + H2 ↓粗馏提纯 >1273K >1173K SiCl4 + 2H2 Si(纯) + 4HCl， SiHCl3 + H2 Si(纯) + 3HCl ↓区域融熔 单晶硅 ● 硅(Silicon)：冶金级硅（纯度 98.5%~99.7%）全世界年产量约5×105 t. 大部分以各种品级的硅铁进入市场，年产量 5×108 t. SiO2 + 2 C Si + 2 CO >2000℃ 制法 冶金级硅的65%用于制造合金, 约 30%用于制造硅橡胶， 约 4% 用于制造半导体和高 分散度的二氧化硅。大量硅 铁被用作炼钢过程的除氧剂 区域融熔示意图

  30. 性质 （1）与非金属反应 单质 F2 Cl2 O2 N2 C • 产物 SiF4 SiCl4 SiO2 Si3N4 SiC • 温度／K 常温 673 873 1573 2273 • （2）与酸作用 • Si + HF＋HNO3 =H2[SiF6] + 4NO +H2O • （3）与碱作用 • Si + 2H2O(g) = SiO2 + H2↑ • Si + NaOH ＋ H2O =Na2SiO3 + 2H2↑ • （4）与金属反应

  31. 自 燃：SiH4 + O2 = SiO2 + H2O 强还原性：SiH4 + 2 KMnO4= 2 MnO2 + K2SiO3 + H2O + H2(g) 水 解：SiH4 + (n+2) H2O = SiO2· nH2O + 4H2(g) 热稳定性差：SiH4= Si + 2 H2S 性质： 500℃ 原因是亲氧性 3－2硅烷(silane or silicon) 硅的饱和氢化物称为硅烷. 通式为SinH n+2 (7≥n≥1) 最简单的为SiH4. 气态：SiH4 Si2H6 液态：Si3H8 Si4H10 Si5H12 Si6H14 甲硅烷 制法 • Si O2 + 4Mg = 2MgO + Mg2Si • Mg2Si + 4H+ = 2Mg2+ + SiH4↑

  32. SiO2 + 4 HF = SiF4 + 2 H2O Si + 2 Cl2 = SiCl4 SiO2 + 2 C + 2 Cl2 = SiCl4 + 2 CO SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 聚集态 g l l s 相对分子质量 小 大 溶沸点 低 高 3－3 四卤化硅和氟硅酸 1. SiX4 ● 制备 ● 物性 →

  33. ● 性质(水解) 3 SiF4(g) + 8 H2O(l) → H4SiO4(s) + 4 H3O+(aq)+ 2 [SiF6]2-(aq) (比 H2SO4 酸性还强) SiCl4 + 4H2O→ H4SiO4 + 4HCl (产生白色酸雾) SiF4 + 2HF → H2[SiF6] SiX4(g 或l) + 2 H2O(l) SiX4(OH2)2(aq) 水解产物 形成加合物 消除HX分子 扩大配位层 氟硅酸的酸性比硫酸还强! 水解快并生成 [SiF6]2−的性质与其路易斯酸性有关! • 3SiF4 + 2Na2CO3+ 2H2O = 2Na2[SiF6]↓ + H4SiO4 + CO2

  34. 3-4 硅的含氧化合物 无定型体：石英玻璃，硅藻土，燧石 (silicon dioxide) 晶 体：天然为石英(原子晶体) 纯 石 英：水晶 含有杂质的石英：玛瑙 缟玛瑙 石英盐 黑曜石 水晶 紫晶 玛瑙 一 、 二氧化硅 —硅石

  35. 共用一个顶点的二硅酸根离子[Si2O7]6- 正硅酸根离子[SiO4]4- 共用两个顶点的链状翡翠NaAl(SiO3)2 绿柱石中共用两个顶点的环状[Si6O18]12- ● 结构 ：Si 采用 sp3 杂化轨道与 O 形成硅氧四面体, 处于四面体顶端的 氧原子均为周围的四面体共用，这种结构导致其化学性质很稳定 .

  36. SiO2 + 2 Mg → 2 MgO + Si 高温 加热 与碱作用 SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3 + 2 H2O SiO2 + 2 Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2(g) 熔融 ● 性质： 不活泼，高温时只能被Mg、Al 或 B 还原 说明不能用磨口玻璃瓶盛碱！ 与 HF 作用 SiO2 + 4HF → SiF4(g) + 2H2O 说明可用HF在玻璃上刻字！

  37. H4SiO4原硅酸（正硅酸） H2SiO3偏硅酸，二元弱酸 xSiO2·yH2O 多硅酸 硅酸 Na2SiO3 + 2 HCl = H2SiO3 + 2 NaCl Na2SiO3 + 2 NH4Cl = H2SiO3 + 2 NaCl + 2 NH3(g) 胶冻状硅酸 硅胶 制备： -H2O 几种不同的多硅酸（x SiO2·y H2O ） 名 称 化学组成 x 值 y 值 正硅酸 H4SiO4 1 2 偏硅酸 H2SiO3 1 1 二偏硅酸 H2Si2O5 2 1 焦硅酸 H6Si2O7 2 3 三硅酸 H4Si3O8 32 二 硅酸及硅酸盐(silicic acid & silicate)

  38. 硅胶的形成及应用 • H4SiO4（PH＝2－3稳定）→（放置脱水）形成多硅酸即多硅酸溶胶→（加电解质或H+）形成凝胶（半凝固状，软而透明，富有弹性）→（干燥脱水）形成硅胶（多孔性固体，干燥剂、吸附剂、催化剂载体） • 硅胶＋CoCl2浸泡即为变色硅胶（兰色、红色）

  39. 可溶性：Na2SiO3、K2SiO3 不溶性：大部分硅酸盐难溶于水，且有特征颜色（可制 造水中花园） 硅酸盐 硅酸盐结构复杂，一般写成氧化物形式. 硅酸钠：Na2O · nSiO2 泡沸石：Na2O · Al2O3 · 2SiO2 · nH2O

  40. 碱金属硅酸盐水解使溶液显碱性，酸或铵盐促进水解使之沉淀出硅酸： + H2O(l) + OH-(aq) + 2 NH4+(aq) + 2 NH3(g) + 2 H3O+(aq) + 2 H2O(l) ● 性质： 碱金属硅酸盐大量用于制造洗涤剂，用作制造橡胶、塑料工业中的SiO2填料和石油裂解催化剂的起始物, 也用于合成分子筛和硅胶。

  41. 分子筛(Molecolar sieves) 具有分子那般大小孔径的一类结晶铝硅酸盐. 削顶八面体是个十四面体, 叫钠沸石笼(sodalite cage), 是构成一大类沸石骨架的基础。 Na12(AlO2)12 (SiO2)12·zH2O 三、铝硅酸盐材料——沸石 ● 沸石(Zeolites)的组成和结构 沸石是一类最重要的分子筛，其骨架由顶角相连的 SiO4和 AlO4 四 面体组成 . 通式表示为[(M+, M 2+0.5) AlO2]x ·[SiO2]y·[H2O]z，阴离子 骨架中的Si/Al 比是影响沸石结构和性质的重要参数，分子筛的耐酸 能力和热稳定 性随此增大而升高. ● 分子筛的功能和用途 离子交换功能 吸附功能 分离功能 催化功能

  42. Question 一个钠沸石笼中分别有多少 Si 和 Al 原子？ Solution “β笼”是个 14 面体(8 个六边形面和 6 个四边形面)， 或者将其看作削顶八面体。 八面体的 6 个顶角被削变成 6 个四方形，原来的 8 个三角形面变成了正六边形。 14 面体的顶点被 Si 原子和 Al 原子相间占据， 每个Si 原子和 Al 原子都处于由周围 O 原子围成的四面体中心。 原子处于 14 面体的棱边上。由此可看出有 24 个顶角，因此 Si 和 Al 原子总数为 24。

  43. 当今发展中的无机高分子材料有三大类： 聚硅氧烷 聚磷腈 聚硅烷 组成硅氧烷的基本结构单元为： R3SiO(1/2) 单功能基（M） R3SiO(2/2) 双功能基（D） R3SiO(3/2) 三功能基（T） R3SiO(4/2) 四功能基（Q） 硅无机高分子 它们几乎能以任何相象得出来的方式相结合. 由聚硅氧烷可以得到硅油、硅橡胶、硅树脂等多种无机高分子材料. 这些材料具有许多优异的性能，如高温下的稳定性、抗氧化和抗风蚀能力、疏水性、起泡和稳泡能力、绝缘性、高透气性、对人体无害、物理性能几乎不随温度而变化等 .

  44. 第四节 硼 • 4－1 硼原子结构特征及成键特征 • B：2s22p1→2s12px12py1 硼化学的独特性 ①缺电子原子；小半径； ② 高电离能； ③ 电负性大。 一．成健特性 • ①共价性：共用电子对形成共价化合物，氧化态3，不能形成＋3价离子（电负性大）、不能形成金属键、不形成多重键。 缺电子(13 族) (electron-deficient) 氢化物 B2H6 ② 缺电子性：共用电子对形成多中心键，缺电子性质

  45. 金刚石立方氮化硼 B3N3H6 (无机苯) • ③多面体习性：成链能力极强，可形成网状结构，且自我成链能力极强（B），还可以与其它元素化合形成网状结构（笼状、巢状）

  46. 硼酸晶体的片层结构 二、硼在形成化合物时的成键特征 • 1．单个硼原子形成的化合物 • ①sp2杂化BF3、BCl3(π46) • ②sp3杂化KBF4、NaBH4 • 2.硼亲氧原子B－O • 基本结构单元：BO3 BO4 • 晶态B2O3：具二维片层结构；固态B2O3：BO4空间网状结构； H3BO3：具六方形对称的片层结构；

  47. 三．形成三中心键乙硼烷结构 • B2H6 14个价轨道、12个电子。三中心二电子键（氢桥键3c-2e键） • 1976年lipscomp研究了硼烷的成健要素： • 名称 硼氢键 硼硼键 氢桥健 硼桥键 闭合硼桥键 • 2c-2e 2c-2e 3c-2e 3c-2e 3c-2e • 结构 B-H B-B

  48. 上图为 a-菱形硼中 B12 二十面体透视图. 4－2 单质硼 结构 • 键型：硼硼键B－B，3c-2e硼桥键；B12正二十面体（多面体，二十面体的不同连接方式形成不同的同素异形体）原子晶体

  49. 2 B + 6 H2O 2 B(OH)3 + 3 H2 B + 3 HNO3H3BO3 + 3 NO2 2 B + 2 OH--+ 2 H2O 2 BO2 - + 3 H2 性质 • 原子晶体：硬度大(9.5)、熔点高(2573K)、沸点高(2823K)、化学性质不活泼。 • 1．与氧、非金属：亲氧亲氟能力特别强无定形硼比较活泼，室 温下与 F2 反应，与Cl2，Br2，O2， S 等反应需加热，高温下与 C，N2 反应生成碳化物和氮化物 • 2．与酸 • 3．与强碱：与碱作用放出氢气： • 4．生成硼化物 以下几 个反应较重要：

  50. ● 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. ● 碱法：Mg2B2O5·H2O + 2 NaOH 2 NaBO2 + 2 Mg(OH)2 (浓) ↓ 结晶出来 浓的水溶液 ↓通CO2调碱度 4 NaBO2 + CO2 + 10 H2O 2 Na2B4O7·10H2O + NaCO3 硼砂 ↓ 溶于水，用H2SO4调酸度 Na2B4O7 + H2SO4 + 5 H2O 4 H3BO3+ Na2SO4 溶解度小 ↓脱水 2 H3BO3 B2O3 + 3H2O ↓Mg B2O3 + 3 Mg 3 MgO + 2 B (粗硼)  制备：分酸法和碱法两种

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