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硼单质及其化合物简介

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 硼及其化合物

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一、硼单质 硼的同素异形体 无定形硼 晶形硼 棕色粉末 黑灰色 化学活性高 硬度大 熔点,沸点都很高 1、单质硼的晶体结构 晶体硼(B 12 结构单元)结构 晶体硼结构单元为正二十面体, 12个硼原子占据着多面体的顶点。 2、单质硼的化学性质 2 B + 3F 2 = 2 BF 3 4 B + 3O

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一、硼单质

硼的同素异形体

无定形硼

晶形硼

棕色粉末

黑灰色

化学活性高

硬度

熔点,沸点都很高

1、单质硼的晶体结构

硼单质及其化合物简介

晶体硼(B12结构单元)结构

晶体硼结构单元为正二十面体,12个硼原子占据着多面体的顶点。

2、单质硼的化学性质

2 B + 3F2 = 2 BF3

4 B + 3O2 = 2 B2O3    放出大量热,硼在炼钢过程中作为去氧剂。

B + 6 H2O(g) = 2 B(OH)3 + 3 H2

高温下,与N2、S、X2等非金属反应:

2 B+ N2 = 2 BN

2 B + 3Cl2 = 2 BCl3

2 B + 3S =B2S3

无定性硼不与非氧化性酸作用,但与热浓HNO3、热浓H2SO4反应。

B + 3 HNO3(浓)=B(OH)3 + 3 NO2

2B + 3 H2SO4 (浓)=2 B(OH)3 + 3 SO2

有氧化剂存在时,硼与强碱共熔得到偏硼酸盐。

2B+ 2NaOH+3 KNO3=2 NaBO2+3KNO2+H2O

二、硼的氢化物

最简单的硼烷是 B2H6

1、乙硼烷的制备与性质

Mg3B2+H3PO4 → 硼烷混合物 → B2H6 

2BCl3+6H2=6HCl+ B2H6

6LiH + 8BF3=6LiBF4 + B2H6

3NaBh4 + 4BF3=3NaBF4 + 2B2H6

4BCl3+3LiAlH4=LiCl+2 B2H6+3AlCl3

2、乙硼烷的物理性质

无色、难闻的气体或液体

3、乙硼烷的化学性质

很不稳定,在空气中易自燃,热效应很大,可作为高能燃料,但价格昂贵

B2H6(g) + 3O2(g)=B2O3(s) + 3H2O(g) ΔH =-2034 kJ/mol

易被氯气氧化

B2H6(g) + 6Cl2(g)=2BCl3(l) + 6HCl(g)

极易水解

B2H6+6H2O=2H3BO3 + 6H2

有毒

在空气中B2H6的最高允许限量仅为0.1cmm-3

2、硼烷的结构

硼的成键特征

(1)共价性

ⅢA中,B的原子半径最小,第一电离能较高,电负性较大,不易失去电子,易形成共价键。

(2)缺电子原子

B 原子轨道:

硼单质及其化合物简介

硼原子的价电子数  成键轨道数硼原子为 “ 缺电子原子 ”

B原子形成共价化合物时只用3对电子,多一个空轨道---“ 缺电子化合物 ”

具有很强的接受电子能力,容易聚合,容易与电子对给予体形成配合物

硼单质及其化合物简介

三中心两电子氢桥键

氢桥的形成过程:

硼单质及其化合物简介

硼单质及其化合物简介


这种由1个氢原子和2个硼原子共用2个电子构成的键,称“三中心二电子”键,简写为“3C-2E”键,也称为氢桥。

书写:

硼单质及其化合物简介

键能比一般共价键小(1/2)

硼烷中有五种键型:

①硼氢键B-H

②硼硼键B-B

③氢桥键

硼单质及其化合物简介

④开放的3中心-2电子硼桥键

硼单质及其化合物简介

⑤闭合的3中心-2电子硼桥键

硼单质及其化合物简介

三、硼的含氧化合物

1、B2O3 和 H3BO3

①B2O3 是最难结晶的物质之一。

硼酸在红热条件下脱水:玻璃态的 B2O3在较低的温度下缓慢脱水: B2O3 晶体。

B2O3易溶于水生成硼酸,粉末状的B2O3可用作吸水剂

B2O3+3 H2O=2 H3BO3 (aq)

若水量不充足,如遇到热的水蒸气或潮气时

B2O3 + H2O ( g )=2 HBO2 ( g )偏硼酸

在熔融的条件下,B2O3可与碱性金属氧化物反应生成有特征颜色的偏硼酸盐熔珠:

B2O3+CuO=Cu(BO2)2 (蓝色)

B2O3+Fe2O3=2Fe(BO2)3 (黄色)

②H3BO3硼酸具有片层状结构,层与层之间以分子间力联系在一起。因此硼酸晶体有解理性,可作为润滑剂。

硼单质及其化合物简介

B:sp2杂化

B(OH)3+H2O=[B(OH)4]+H     Ka=5.81×10-10

硼单质及其化合物简介

H3BO3是Lewis酸,是一元酸。

硼酸能与某些多元醇作用,生成较强的酸。

加入的物质可以与B(OH)4结合成很稳定的物质,用于分析化学中!

2、硼砂及其它硼酸盐

硼单质及其化合物简介

硼砂晶体在空气中易失去水而风化。受热到400 ˚C左右,将失去 8 个结晶水和 2 个羟基水,形成化学式为 Na2B4O7 的无水盐。

硼单质及其化合物简介

①硼砂

化学式:Na2B4O7·10H2O,无色透明晶体,在空气中易风化,加热到878℃,熔化为玻璃状物,此时能溶解许多金属氧化物,生成具有特征颜色的偏硼酸的复盐:

Na2B4O7 + COO =2NaBO2+CO(BO2)2(宝蓝色)

Na2B4O7 + NiO=2NaBO2+Ni(BO2)2(淡红色)

用途:硼砂珠实验(鉴定离子),可用于除氧化物,定性分析,玻璃、陶瓷上釉、制造人造宝石等。

硼砂易溶于水,发生水解而呈碱性:

B4O72+7H2O硼单质及其化合物简介4H3BO3 +2OH硼单质及其化合物简介2H3BO3 +2B(OH)4

20℃时,硼砂溶液pH值为9.24。

硼砂本身为缓冲溶液,在洗衣粉中作填料。

偏硼酸钠与过氧化氢作用,可以生成过硼酸钠,大量的过硼酸钠被用于洗衣粉中作增白剂。

NaBO2 + H2O2=NaBO3·H2O

工业上可用来制备硼酸

Na2B4O7·10H2O + H2SO4=4H3BO3 + Na2SO4 + 5H2O

H3BO3加热易失水:

H3BO3=HBO2+H2O

4HBO2=H2B4O7 +H2O

H2B4O7=2B2O3+H2O

四、硼的卤化

BX3的中心硼原子的轨道采用sp2杂化,构型为三角形,为缺电子结构。

BX3 是典型的强的路易斯酸,如:

BF3(g) + NH3=H3N→BF3

BX3水中发生强烈水解:BCl3+3 H2O=B(OH)3+3 HCl

将 BF3 通入水中:BF3+3 H2O=B(OH)3 + 3 HF

进一步反应:BF3 + HF=H + BF4

(责任编辑:化学自习室)
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