西安石油大学：《无机化学 Inorganic Chemistry》课程教学资源（学习指导）第十三章 p区元素（一）内容提要.pdf_大学文库

第十三章P区元素(一) 教学基本要求 (1)了解硼族元素得通性,熟悉缺电子原子和缺电子化合物;熟悉乙硼烷的结构和性质;掌握三氧化二硼,硼酸,硼砂的结构和性质;了解硼的卤化物的结构和性质。 (2)熟悉铝、三氧化二铝、氢氧化二铝的两性,铝盐和铝酸盐、铝的卤化物 (3)了解碳族元素的通性,碳单质的结构;熟悉二氧化碳、碳酸及其盐的重要性质,能用离子极化理论说明碳盐酸的热稳定性 (4)了解硅单质,硅的氢化物、二氧化硅、硅酸和硅胶、硅酸盐、硅的卤化物 (5)了解锡、铅的氧化物,熟悉锡、铅氢氧化物的酸碱性及其变化规律,掌握锡(Ⅱ)的还原性和铅 (Ⅳ)的氧化性,掌握锡、铅硫化物的溶解性。重点内容概要· 区元素包括周期系中ⅢA~ⅧA族元素,B、Si、As、Te、At及其右上部分为非金属元素其余的左下部分的10种元素为金属元素。同一族P区元素从上到下原子半径增大,金属性増强,非金属性减弱 P区元素的价层电子构型为ns2np26,它门多数能形成多种氧化质的化合物。P区元素的原子在许多化合物中以共价键结合。 1.硼的化合物硼主要以含氧化合物的形式存在自然界中,单质硼有多种同素异形体硼的晶体为原子晶体。α-菱形硼的基本结构单元为B1正二十面体硼原子的价层电子构型为22p,能形成氧化值为+3的共价型化合物硼原子是缺电子原子。硼的化合物中有些是缺电子化合物。在硼的化合物中,硼原子以sp2或sp3杂化轨道成键,其配位数为3或4 (1)硼的氢化物硼氢化物又称为硼烷。最简单的硼烷是乙硼烷B2Hl 在B2H6中,B采取不等性sp3杂化,与H之间除了形成B一H键之外,还形成三中心键(或氢桥) B2H6能自燃,与O2反应生成B2O3和H2O。B2H6与H2O反应生成HBO3和H2 B2H是缺子化合物,作为 Lewis酸能与 Lewis碱发生加合反应 (2)硼的含氧化合物

第十三章 P 区元素（一） ·教学基本要求· ⑴了解硼族元素得通性，熟悉缺电子原子和缺电子化合物；熟悉乙硼烷的结构和性质；掌握三氧化二硼，硼酸，硼砂的结构和性质；了解硼的卤化物的结构和性质。 ⑵熟悉铝﹑三氧化二铝﹑氢氧化二铝的两性，铝盐和铝酸盐﹑铝的卤化物。 ⑶了解碳族元素的通性，碳单质的结构；熟悉二氧化碳﹑碳酸及其盐的重要性质，能用离子极化理论说明碳盐酸的热稳定性。 ⑷了解硅单质，硅的氢化物、二氧化硅、硅酸和硅胶、硅酸盐、硅的卤化物。 ⑸了解锡、铅的氧化物，熟悉锡、铅氢氧化物的酸碱性及其变化规律，掌握锡(Ⅱ)的还原性和铅 (Ⅳ)的氧化性，掌握锡、铅硫化物的溶解性。 ·重点内容概要· P 区元素包括周期系中 ⅢA ~ ⅧA 族元素，B、Si、As、Te、At 及其右上部分为非金属元素，其余的左下部分的 10 种元素为金属元素。同一族 P 区元素从上到下原子半径增大，金属性增强，非金属性减弱。 P 区元素的价层电子构型为 2 1 6 ns np : ,它门多数能形成多种氧化质的化合物。P 区元素的原子在许多化合物中以共价键结合。 1．硼的化合物硼主要以含氧化合物的形式存在自然界中，单质硼有多种同素异形体。硼的晶体为原子晶体。 a -菱形硼的基本结构单元为 B12正二十面体。硼原子的价层电子构型为 2 1 2s 2 p ,能形成氧化值为+3 的共价型化合物。硼原子是缺电子原子。硼的化合物中有些是缺电子化合物。在硼的化合物中，硼原子以 sp 2 或 sp 3 杂化轨道成键，其配位数为 3 或 4。（1）硼的氢化物硼氢化物又称为硼烷。最简单的硼烷是乙硼烷 B2H6。在 B2 H6中，B 采取不等性 sp 3杂化，与 H 之间除了形成 B—H 键之外，还形成三中心键（或氢桥） BºB H 。 B2H6能自燃，与 O2反应生成 B2O3和 H2O。B2H6 与 H2O 反应生成 H3BO3和 H2。 B2H6是缺子化合物，作为 Lewis 酸能与 Lewis 碱发生加合反应。（2）硼的含氧化合物

硼的重要含氧化合物有 B2O3，H3BO3和硼砂。硼酸和 B2O3之间的相互转化可表示如下： 2 2 2 2 3 3 2 2 3 H O H O H O H O H BO HBO B O - - + + áàààààààÜà áàààààààÜà 硼酸为层状晶体，B 以 2 sp 杂化轨道成键，H3BO3间以氢键结合，层间靠分子间力结合。 H3BO3为一元弱酸，其解离方程式特殊： H3BO3 + H2O É [B(OH)4] + H + H3BO3作为 Lewis 酸能发生加合反应。四硼酸钠 Na2B4O5(OH)4∙8H2O（或 Na2B4O7∙10H2O）俗称为硼砂。其水溶液因水解而呈碱性，可用来配制缓冲溶液。硼砂与盐酸或硫酸反应可制取硼酸。硼砂受热脱水。熔融的硼砂可以溶解许多金属氧化物，利用硼砂珠试验可以坚定某些金属离子。（3）硼的卤化物 BX3为非极性分子，空间构型为平面三角形。随着相对质量的增大，其熔点沸点升高。 BX3也是缺电子化合物，易发生水解反应，生成 H3BO3和 HX。BF3还能与 HF 生成 H[BF4]。 2 . 铝的化合物铝也是亲氧元素，在自然界中的铝矾土矿是工业上提取铝的原料。铝是典型的两性金属，也是重要的金属还原剂，它与氧化合时放出大量的热。铝的价层电子构型为 2 1 3s 3p ，一般形成氧化值为+3 的化合物，其中有离子型化合物，也有共价型化合物（1）氧化铝和氢氧化铝氧化铝 Al2O3有 A 2 3 a - l O 和 A 2 3 g - l O 等多种晶形。前者即自然界中的刚玉，其化学性质不活波，后者可溶于稀酸或碱，可用作吸附剂或催化剂载体。氢氧化铝是典型的两性化合物： ( ) ( ) ( ) 2 3 4 OH OH H H Al Al OH s Al OH - - + + - È ˘ Î ˚ áààààààÜà áààààààÜàà （2）铝盐铝的卤化物中，AlF3是离子型化合物，AlCl3、AlBr3、AlI3是共价型化合物。无水 AlCl3能溶于有机溶剂，在水中水解强烈。AlCl3 是 Lewis 酸，在气态中双聚为 Al2Cl6。 Al2(SO4)3∙18H2O、Al(NO3)2∙9H2O 易溶于水，其溶液由于 Al 3+水解而成酸性。在 Al 3+的溶液中加入 S2-或 CO3 -则生成 Al(OH)3沉淀。 ⒊ 碳的化合物碳同素异形体有金刚石，石墨和 C60等富勒烯。金刚石为原子晶体，石墨为层状晶体

碳原子的价层电子构型为 2s 22p 2，能形成氧化值为－4，+2，+4 的无机化合物。 (1) CO 和 CO2 CO 的结构为 : C O : ，它与 N2为等电子体。 CO 是重要的还原剂。CO 能与过渡金属形成羰合物，其中配位原子为 C。 CO2是直线形分子，C 与Ｏ之间除了形成s 键外，还能形成 2 个 4 p 3 键。（2）碳酸及其盐碳酸是二元弱酸，能形成正（碳酸盐）和酸式盐（碳酸氢盐）。CO 2- 3 的空间构型为平面三角形，C 与 O 间除形成s 键外，还形成 6 p 4 键。碱金属（锂除外）的碳酸盐（如 Na2CO3）易溶于水，其水溶液呈碱性；其相应的酸式盐（如 NaHCO3）溶解度小，溶液呈弱碱性。其它金属的碳酸盐（如 CaCO3）难溶于水，通常其酸式盐（如 Ca(HCO3)2）溶解度大。碳酸、碳酸氢盐、碳酸盐、的热稳定性高低的顺序为：碳酸＜碳酸氢盐＜碳酸盐。这可以用离子极化理论加以解释。金属离子的极化力越，碳酸盐越不稳定。 ⒋ 硅的化合物晶体硅是原子晶体。高纯硅是重要的半导体材料。（1）二氧化硅 SiO2又称硅石。石英是天然的 SiO2晶体，属于原子晶体，其结构单元为 SiO4四面体。 SiO2能与 HF 或氢氟酸反应生成 SiF4(g)和 H2O，也能与酸或碱性氧化物反应生成硅酸盐。（2）硅酸及其盐硅酸 H2SiO3是弱酸，其酸性比 H2CO3弱。可溶性的硅酸盐有 NaSiO3和 K2SiO3，其水溶液成碱性。其它硅酸盐难溶于水。天然硅酸盐的基本结构单元是 SiO4四面体。硅酸钠溶液与盐酸反应可以制得硅酸。由硅酸凝胶可制得硅胶，作为干燥剂或催化剂载体。 ⒌ 锡、铅的化合物锡原子和铅原子的价层电子构型分别为 5s 25p 2和 6s 26p 2，它门都能形成氧化值为+2 和+4 的化合物。（1）锡、铅的氧化物和氢氧化物的酸碱性锡、铅的氧化物有 SnO（黑色），SnO2（白色），PbO（橙黄色），PbO2（黑色），Pb3O4（鲜红色）等。 PbO2受热分解为 Pb3O4和 O2。锡、铅的氢氧化物都是两性的