1、第十一章第十一章 p區元素（區元素（1） p區元素概述區元素概述 硼族元素概述硼族元素概述 硼元素硼元素 鋁元素鋁元素s 區區ns12 p 區區ns2np16（he無無p電子）電子）d 區區(n1)d110ns12 (pd無無 s 電子電子)f 區區(n2)f114(n1)d02ns2結構分區結構分區第一節第一節 p區元素概述區元素概述vp區元素包括了除氫以外的所有非金屬元素和部區元素包括了除氫以外的所有非金屬元素和部分金屬元素。分金屬元素。vp區元素的性質有如下四個特征：區元素的性質有如下四個特征：第二周期元素具有反常性質；第二周期元素具有反常性質；第四周期元素表現出異樣性；第四周期元素表現

2、出異樣性；各族第四、五、六周期三種元素性質緩慢遞變；各族第四、五、六周期三種元素性質緩慢遞變；各族第五、六周期兩種元素性質有些相似。各族第五、六周期兩種元素性質有些相似。第二節第二節 硼族硼族元素概述元素概述周期系第周期系第a族元素包括硼、鋁、鎵、銦、鉈族元素包括硼、鋁、鎵、銦、鉈5種種元素，稱為硼族元素。硼和鋁有富集礦藏，價、元素，稱為硼族元素。硼和鋁有富集礦藏，價、銦、鉈是分散的稀有元素，常與其他礦共生。銦、鉈是分散的稀有元素，常與其他礦共生。一、包括的元素一、包括的元素二、二、特征特征v硼、鋁在原子半徑、電離能、電負性、熔點等性硼、鋁在原子半徑、電離能、電負性、熔點等性質上有較大差異，即

3、質上有較大差異，即p區第二周期元素的反常性。區第二周期元素的反常性。v一般形成一般形成+3價的化合物，隨著原子序數的增加，價的化合物，隨著原子序數的增加，形成形成+1價化合物的趨勢逐漸增強。價化合物的趨勢逐漸增強。v硼族元素化合物中形成共價鍵的趨勢自上而下硼族元素化合物中形成共價鍵的趨勢自上而下依次減弱依次減弱 。v硼族元素為硼族元素為缺電子原子缺電子原子價電子數小于價鍵軌價電子數小于價鍵軌道數的原子。所形成的化合物中有些為成鍵電子道數的原子。所形成的化合物中有些為成鍵電子對數小于中心原子的價鍵軌道數的對數小于中心原子的價鍵軌道數的缺電子化合物缺電子化合物，即容易形成聚合型分子即容易形成聚合型

4、分子al2cl6和配位化合物和配位化合物hbf4（硼原子的最高配位數為（硼原子的最高配位數為4，其他原子為，其他原子為6），此），此時中心原子的價鍵軌道雜化方式由時中心原子的價鍵軌道雜化方式由sp2雜化過渡雜化過渡到到sp3雜化，分子的空間構型由平面結構過渡到雜化，分子的空間構型由平面結構過渡到立體結構。立體結構。第三節第三節 硼元素硼元素一、硼的單質一、硼的單質v硼在地殼中的含量很小，在自然界不以單質存在，主要硼在地殼中的含量很小，在自然界不以單質存在，主要以含氧化合物的形式存在。硼的重要礦石有硼砂、方硼石、以含氧化合物的形式存在。硼的重要礦石有硼砂、方硼石、硼鎂礦和少量的硼酸等。硼鎂礦和少

5、量的硼酸等。v單質硼有無定型（棕色粉末）和晶型（黑灰色）等多種單質硼有無定型（棕色粉末）和晶型（黑灰色）等多種同素異性體。同素異性體。v硼的熔點、沸點都很高。晶形硼的硬度很大，在單質中，硼的熔點、沸點都很高。晶形硼的硬度很大，在單質中，硬度略次于金剛石。硬度略次于金剛石。v工業上制備單質硼一般采取濃堿溶液分解硼鎂礦工業上制備單質硼一般采取濃堿溶液分解硼鎂礦（mg2b2o5 h2o）的方法。的方法。v硼具有一般常見的非金屬元素的反應性能。晶形硼相當硼具有一般常見的非金屬元素的反應性能。晶形硼相當穩定，不與氧、硝酸、熱濃硫酸、燒堿等作用。無定型硼穩定，不與氧、硝酸、熱濃硫酸、燒堿等作用。無定型硼則

6、比較活潑，能與熔融的則比較活潑，能與熔融的naoh反應。反應。v硼有較大的電負性，能與金屬形成硼化物，其中硼的氧硼有較大的電負性，能與金屬形成硼化物，其中硼的氧化值一般認為是化值一般認為是-3。v硼是親氧元素，與氧的結合力極強。硼是親氧元素，與氧的結合力極強。v硼能把銅、錫、鉛、銻、鐵合鈷的氧化物還原為金屬單硼能把銅、錫、鉛、銻、鐵合鈷的氧化物還原為金屬單質。質。v硼有較高的吸收中子的能力，在核反應堆中，作為良好硼有較高的吸收中子的能力，在核反應堆中，作為良好的中子吸收劑使用。的中子吸收劑使用。二、硼的化合物（四種類型）二、硼的化合物（四種類型）1. 硼的氫化物（硼的氫化物（缺電子化合物缺電子

7、化合物）一系列約一系列約20多種共價型氫化物，如多種共價型氫化物，如b2h6，b4h10，b5h9等，它們的性質與烷烴相似，又被稱為硼烷。硼烷的制取等，它們的性質與烷烴相似，又被稱為硼烷。硼烷的制取采用間接的方法。采用間接的方法。最簡單的硼烷是乙硼烷最簡單的硼烷是乙硼烷b2h6，無色氣體，具有難聞的臭無色氣體，具有難聞的臭味，極毒。味，極毒。26224hnai2hbinabh2 二二甘甘醇醇二二甲甲醚醚在乙硼烷分子中，硼原子采取不等性在乙硼烷分子中，硼原子采取不等性sp3雜化。兩個硼雜化。兩個硼原子和與其形成正常原子和與其形成正常鍵的四個氫原子位于同一平面，而鍵的四個氫原子位于同一平面，而兩個

8、三中心鍵則對稱分布于該平面的上方和下方，且與平兩個三中心鍵則對稱分布于該平面的上方和下方，且與平面垂直。面垂直。三中心鍵，又稱為氫橋，一種特三中心鍵，又稱為氫橋，一種特殊的共價鍵，體現了硼氫化合物殊的共價鍵，體現了硼氫化合物的缺電子特征。的缺電子特征。正常的正常的鍵鍵bbhhhhhh乙硼烷的分子結構示意圖乙硼烷的分子結構示意圖通常情況下硼烷很不穩定，在空氣中極易燃燒，甚至自燃。通常情況下硼烷很不穩定，在空氣中極易燃燒，甚至自燃。 goh3sobgo3ghb232262 硼烷與水發生不同程度的水解，反應速率也不同。硼烷與水發生不同程度的水解，反應速率也不同。 gh6sboh2loh6ghb233

9、262 硼烷作為硼烷作為lewis酸，能與酸，能與co，nh3等具有孤對電子的分子等具有孤對電子的分子發生加合反應。發生加合反應。 cobh2co2hb362 4232362bhnhbhnh2hb乙硼烷在乙醚中與乙硼烷在乙醚中與lih，nah直接反應生成直接反應生成libh4，nabh4。462libh2hb2lih 462nabh2hb2nah 2. 硼的含氧化合物硼的含氧化合物bo鍵的鍵能（鍵的鍵能（806kj mol-1）大，硼的含氧化合物具有大，硼的含氧化合物具有很高的穩定性。硼與氧只能形成單鍵，不能形成雙鍵。很高的穩定性。硼與氧只能形成單鍵，不能形成雙鍵。構成硼的含氧化合物的基本結構

10、單元是平面三角形的構成硼的含氧化合物的基本結構單元是平面三角形的bo3合四面體形的合四面體形的bo4（硼元素的（硼元素的親氧性親氧性和和缺電子性缺電子性）。）。a. .三氧化二硼三氧化二硼ohhboboh22c15033o ohobhbo2232c3002o mgo3b2mg3ob32 低溫時得到的是晶體，低溫時得到的是晶體，高溫時得到的是玻璃高溫時得到的是玻璃狀狀b2o3。 b2o3與水與水反應又可生成偏硼酸反應又可生成偏硼酸和硼酸。和硼酸。mgo與鹽酸作用生成溶于水的與鹽酸作用生成溶于水的mgcl，過濾后得到粗硼。，過濾后得到粗硼。b. .硼酸硼酸硼 酸 包 括 原 硼 酸硼 酸 包 括

11、原 硼 酸 h3b o3、 偏 硼 酸、 偏 硼 酸 h b o2和 多 硼 酸和 多 硼 酸xb2o3 yh2o。硼酸微溶于冷水，但在熱水中溶解度較大。硼酸微溶于冷水，但在熱水中溶解度較大。硼酸是一元酸，其水溶液呈弱酸性。硼酸是一元酸，其水溶液呈弱酸性。硼酸是典型的硼酸是典型的lewis酸，在溶液中加入多羥基化合物，由酸，在溶液中加入多羥基化合物，由于形成配合物和于形成配合物和h+二使溶液酸性增強。二使溶液酸性增強。硼酸和單元醇反應則生成硼酸酯。硼酸酯可揮發并且易硼酸和單元醇反應則生成硼酸酯。硼酸酯可揮發并且易燃，燃燒時火焰呈綠色，可用來鑒定硼化合物的存在。燃，燃燒時火焰呈綠色，可用來鑒定硼

12、化合物的存在。硼酸只有一種晶型，晶體結構為層狀。硼酸只有一種晶型，晶體結構為層狀。nacl2boh4oh5hcl2obna332742 硼酸的分子結構硼酸的分子結構平面三角形平面三角形氫鍵氫鍵sp2雜化軌道形雜化軌道形成的成的鍵鍵ohbc. .硼酸鹽硼酸鹽硼酸鹽包括原硼酸鹽、偏硼酸鹽和多硼酸鹽。最重要的硼硼酸鹽包括原硼酸鹽、偏硼酸鹽和多硼酸鹽。最重要的硼酸鹽是四硼酸鈉，俗稱硼砂，分子式是酸鹽是四硼酸鈉，俗稱硼砂，分子式是na2b4o5(oh)4 8h2o。晶體中晶體中b4o5(oh)42-陰離子通過氫鍵互相連接成鏈，鏈與鏈陰離子通過氫鍵互相連接成鏈，鏈與鏈之間借鈉離子聯系在一起，其中還含有水分

13、子。之間借鈉離子聯系在一起，其中還含有水分子。硼砂是無色透明的晶體，在干燥的空氣中容易風化失水。硼砂是無色透明的晶體，在干燥的空氣中容易風化失水。熔融的硼砂可以溶解許多金屬氧化物，形成偏硼酸的復鹽，熔融的硼砂可以溶解許多金屬氧化物，形成偏硼酸的復鹽，它們各自有不同的特征顏色，可用來鑒定某些金屬離子，稱它們各自有不同的特征顏色，可用來鑒定某些金屬離子，稱為硼砂珠試驗。為硼砂珠試驗。 藍色藍色222742nabo2bococooobna 棕棕色色222742nabo2bonioniobna 硼砂易溶于水，其溶液因硼砂易溶于水，其溶液因b4o5(oh)42-的水解而呈堿性，的水解而呈堿性，可用它來配

14、制緩沖溶液。可用它來配制緩沖溶液。 4333322454ohb2boh2oh2boh4oh5ohob在硼砂溶液中含有的在硼砂溶液中含有的h3bo3和和b(oh)4-的物質的量相等。的物質的量相等。硼砂可用來制備低熔點釉；制造耐溫度驟變的特種玻璃和硼砂可用來制備低熔點釉；制造耐溫度驟變的特種玻璃和光學玻璃；焊接金屬時用作助熔劑以熔去金屬表面的氧化物；光學玻璃；焊接金屬時用作助熔劑以熔去金屬表面的氧化物；用作防腐劑等用作防腐劑等。3. 硼的鹵化物硼的鹵化物鹵素都能和硼形成三鹵化硼鹵素都能和硼形成三鹵化硼bx3，可用鹵素單質與硼在加，可用鹵素單質與硼在加熱的條件下直接反應而生成。熱的條件下直接反應而

15、生成。三鹵化硼的分子構型為平面三角形（三鹵化硼的分子構型為平面三角形（sp2雜化）。雜化）。三鹵化硼分子時共價型的，在室溫下，隨著分子質量的增三鹵化硼分子時共價型的，在室溫下，隨著分子質量的增加，由氣態（加，由氣態（bf3， bcl3 ），經液態（），經液態（bbr3）過渡到固態）過渡到固態（bi3）。）。三鹵化硼在潮濕的空氣中因水解而發煙。三鹵化硼在潮濕的空氣中因水解而發煙。三鹵化硼時缺電子化合物，表現出三鹵化硼時缺電子化合物，表現出lewis酸的性質，與酸的性質，與lewis堿生成加合物。但不能形成二聚分子。堿生成加合物。但不能形成二聚分子。hf3bohoh3bf3323 43bfhhfb

16、f 其他三鹵化其他三鹵化物無此反應物無此反應氟硼酸氟硼酸hbf4是一種強酸。酸性比氫氟酸強。但其鈉鹽和是一種強酸。酸性比氫氟酸強。但其鈉鹽和鉀鹽鉀鹽 的水溶液卻呈微酸性。的水溶液卻呈微酸性。 324hobfhfohbf fhf3bohoh3bf3324三鹵化硼和堿金屬、堿土金屬作用被還原為單質硼，而和三鹵化硼和堿金屬、堿土金屬作用被還原為單質硼，而和某些強還原劑（某些強還原劑（nah，lialh4等）作用被還原為乙硼烷。等）作用被還原為乙硼烷。62334hb2alcl3licl3bcl4lialh3 4. 硼的氮化物硼的氮化物氮化硼氮化硼bn是一種新型的無機合成材料。是一種新型的無機合成材料。

17、bn中共有中共有12個電子，與兩個碳原子的核外電子數相等。像個電子，與兩個碳原子的核外電子數相等。像這類具有相同原子數目和電子數目的分子（或離子）屬于這類具有相同原子數目和電子數目的分子（或離子）屬于等等電子體電子體。等電子體常常表現出相似的結構和相近的性質。等電子體常常表現出相似的結構和相近的性質。第四節第四節 鋁元素鋁元素一、鋁的單質一、鋁的單質v鋁在自然界分布很廣，主要以鋁礬土礦形式存在。鋁在自然界分布很廣，主要以鋁礬土礦形式存在。v鋁石銀白色的有光澤的輕金屬，具有良好的導電性和延鋁石銀白色的有光澤的輕金屬，具有良好的導電性和延展性。展性。v鋁和氧化合時放出大量的熱，比一般金屬與氧化合時

18、放鋁和氧化合時放出大量的熱，比一般金屬與氧化合時放出的熱大得多（原因在于出的熱大得多（原因在于al2o3具有很大的晶格能具有很大的晶格能）。）。v鋁能將大多數金屬氧化物還原為單質，因此可用于制備鋁能將大多數金屬氧化物還原為單質，因此可用于制備許多難熔的金屬單質（如許多難熔的金屬單質（如cr，mn，v等），稱為鋁熱法。等），稱為鋁熱法。v鋁是典型的兩性元素，其單質既能溶于酸，又能溶于堿。鋁是典型的兩性元素，其單質既能溶于酸，又能溶于堿。二、鋁的化合物二、鋁的化合物v鋁的氧化物是兩性氧化物，既能溶于酸生成鋁鹽，又能鋁的氧化物是兩性氧化物，既能溶于酸生成鋁鹽，又能溶于堿生成鋁酸鹽。溶于堿生成鋁酸鹽。

19、val3+與難變形的陰離子（與難變形的陰離子（f-，o2-）形成離子型化合物，其）形成離子型化合物，其熔點高，不溶于有機溶劑；熔點高，不溶于有機溶劑；al3+與較易變形的陰離子（與較易變形的陰離子（cl-，br-，i-）形成共價型化合物，其熔點低、易揮發，能溶于）形成共價型化合物，其熔點低、易揮發，能溶于有機溶劑。有機溶劑。1. 氧化鋁氧化鋁al2o3有多種晶型，主要的變體是有多種晶型，主要的變體是 -al2o3和和 -al2o3。兩。兩者的生成條件不同，后者在者的生成條件不同，后者在1000oc高溫下轉變為前者。前高溫下轉變為前者。前者被稱為剛玉，熔點高、硬度僅次于金剛石。者被稱為剛玉，熔點

20、高、硬度僅次于金剛石。 -al2o3和和 -al2o3的晶體結構不同，化學性質也不同。前的晶體結構不同，化學性質也不同。前者化學性質極不活潑，除溶于熔融的堿外，與所有試劑都者化學性質極不活潑，除溶于熔融的堿外，與所有試劑都不反應，后者則可溶于稀酸，也能溶于堿，又稱為活性氧不反應，后者則可溶于稀酸，也能溶于堿，又稱為活性氧化鋁。由于其比表面積大，所以用作吸附劑和催化劑載體。化鋁。由于其比表面積大，所以用作吸附劑和催化劑載體。2. 氫氧化鋁氫氧化鋁氫氧化鋁是兩性氫氧化物，既可溶于酸生成氫氧化鋁是兩性氫氧化物，既可溶于酸生成al3+，又可，又可溶于過量的堿生成溶于過量的堿生成al(oh)4-。鋁酸鹽

21、溶液中不存在鋁酸鹽溶液中不存在alo2-或或alo33-。在鋁酸鹽溶液中通入在鋁酸鹽溶液中通入co2沉淀出來的是氫氧化鋁白色沉淀出來的是氫氧化鋁白色晶體，而在鋁鹽溶液中加入氨水或適量的堿得到的凝膠晶體，而在鋁鹽溶液中加入氨水或適量的堿得到的凝膠狀白色沉淀是含水量不定的水合氧化鋁。狀白色沉淀是含水量不定的水合氧化鋁。3. 鋁的鹵化物鋁的鹵化物鹵化鋁中除鹵化鋁中除alf3是離子型化合物外，其他是離子型化合物外，其他alx3均為共均為共價型化合物。價型化合物。af3是難溶固體，而其他是難溶固體，而其他alx3均易溶于水。均易溶于水。鋁鹽溶液水解，故在水溶液中不能制得無水鋁鹽溶液水解，故在水溶液中不能

22、制得無水alcl3。 32alcl2gcl3al2 gh3alcl2ghcl6al223 co3alcl2cl3c3oal3232 無水無水alcl3能溶于有機溶劑，在水中的溶解度也很大，能溶于有機溶劑，在水中的溶解度也很大，其水解反應非常激烈并放出大量的熱；無水其水解反應非常激烈并放出大量的熱；無水alcl3易揮發。易揮發。alcl3是典型的是典型的lewis酸，表現出強烈的加合作用傾向。酸，表現出強烈的加合作用傾向。在氣態中兩個在氣態中兩個alcl3聚合為雙聚分子聚合為雙聚分子al2cl6。clclclclclclalalal2cl6的結構的結構sp3雜化軌道雜化軌道clal配鍵，配鍵，a

23、l的缺電子特的缺電子特性決定的。性決定的。在一個平面內在一個平面內在平面的兩側在平面的兩側四面體結構四面體結構4. 鋁的含氧酸鹽鋁的含氧酸鹽鋁的含氧酸鹽有硫酸鋁、氯酸鋁、高氯酸鋁、硝酸鋁等。鋁的含氧酸鹽有硫酸鋁、氯酸鋁、高氯酸鋁、硝酸鋁等。硫酸鋁常易與堿金屬硫酸鋁常易與堿金屬m()()（除（除li）的硫酸鹽結合呈一類）的硫酸鹽結合呈一類復鹽，稱為礬，其組成可用通式復鹽，稱為礬，其組成可用通式m()al(so4)2 12h2o來表來表示。示。類質同晶物質類質同晶物質組成形似而晶體形狀完全相同的物質。組成形似而晶體形狀完全相同的物質。相應的現象叫做類質同晶現象，礬類大多數都有類質同晶相應的現象叫做類質同晶現象，礬類大