第十三章P区元素(一) 1.完成并配平下列反应方程式 (1)B2H6+O2→ (2)B2H6+H2O→ 3)H3BO3+HOCH2CH2OH→ 4)BBr3+H2O→ 解: (1)B2H6+3O2→B2O3+3H2O (2)B2H6+6H2O→2H3BO(S)+6H2(g) (3)H3 BO3+2HOCH_ CH2OH-BO4 (CH2 ++3H2O (4)BBr3+ BO3+ 3HBr ●上述四种反应表明了硼化合物的重要性质 反应(1)是乙硼烷的燃烧反应这是一个氧化还原反应氧化剂O2将乙硼烷中-1价的氢氧化,而硼 的氧化值并没有改变。 乙硼烷燃烧反应的产物在不同的教材或文献中有所不同主要有两种 B2H6(g)+3O2(g)→B2O3(s)+3H2O(g) △r=-20338kJmo-1 △rHe=-22243kJ.mo B2H6+3O2→2H3BO(s) 那么,何者对,何者错?其实两者都对。 反应产物与反应条件有关,如果反应温度较高,乙硼烷燃烧反应的产物应是B2O3(s)和H2Og) 温度较低时,产物应为硼酸。这与高温下脱水可成为B2O3,温度较低时,B2O3与H2O反应可生成 H3BO3的事实是一致的 本习题中的反应(2)是B2H6与O2的反应,这是氢元素的氧化还原反应 反应(3)表明H3BO3是缺电子化合物,是 Lewis酸;它与多元醇(这里是乙二醇)发生了加合反 应生成了配合物 反应(4)是的卤化物水解反应,生成了硼酸和氢卤酸两种产物 写出下列反应方程式 (1)用氢气还原三氯化硼 (2)由三氟化硼和氢化铝锂制备乙硼烷 (3)由三氟化硼生成氟硼酸 (4)由三氟化硼生成硼酸; (5)硼酸不断加热
第十三章 P 区元素（一） 1 . 完成并配平下列反应方程式： (1)B2H6＋O2→ (2)B2H6＋H2O→ (3)H3BO3＋HOCH2CH2OH→ (4)BBr3＋H2O→ 解: (1)B2H6＋3O2→B2O3＋3H2O (2)B2H6＋6H2O→2H3BO3(s)＋6H2(g) (3)H3BO3＋2HOCH2CH2OH→[BO4(CH)2]－ ＋H +＋3H2O (4)BBr3＋3H2O→H3BO3＋3HBr ●上述四种反应表明了硼化合物的重要性质： 反应（1）是乙硼烷的燃烧反应这是一个氧化还原反应氧化剂 O2 将乙硼烷中1 价的氢氧化，而硼 的氧化值并没有改变。 乙硼烷燃烧反应的产物在不同的教材或文献中有所不同主要有两种： B2H6(g)＋3O2(g)→B2O3(s)＋3H2O(g) m rH B2H6＋3O2→2H3BO3(s) m rH 那么，何者对，何者错？其实两者都对。 反应产物与反应条件有关，如果反应温度较高，乙硼烷燃烧反应的产物应是 B2O3(s) 和 H2O(g)； 温度较低时，产物应为硼酸。这与高温下脱水可成为 B2O3，温度较低时，B2O3与 H2O 反应可生成 H3BO3的事实是一致的。 本习题中的反应（2）是 B2H6与 O2的反应，这是氢元素的氧化还原反应。 反应（3）表明 H3BO3是缺电子化合物，是 Lewis 酸；它与多元醇（这里是乙二醇）发生了加合反 应生成了配合物 反应（4）是的卤化物水解反应，生成了硼酸和氢卤酸两种产物。 2 . 写出下列反应方程式： (1) 用氢气还原三氯化硼； (2) 由三氟化硼和氢化铝锂制备乙硼烷； (3) 由三氟化硼生成氟硼酸； (4) 由三氟化硼生成硼酸； (5) 硼酸不断加热
解:(1)2BCl3(g)+6H2(g)→B2H6(g)+6HCl(g) (2)4BF3(g+3LiAIH4(s)-2B2H6(g)+ 3LiF(s)+3AIF3(s (3) BF3(aq)+HF(aq)HBF4(aq) 4BF3 (g)+3H2O()-H3 BO3 (S)+3BF(aq) (4)BCl3(g)+3H20()-H3BO3(s)+3HCI(aq) (5)H3 BO3(S)->>HBO2(s)+H2O(g) 2HBO, (s) 300C ,B2O3(s)+H2O(g) ●(1)在电弧下或高温活泼金属上面,氢气可将BCl3制成B2H6,这是乙硼烷的制备反应之一,那 么,BCl3与H2反应能否制备单质硼呢? 单质硼最普通的制备方法是:用镁在高温下还原三氧化二硼(或BX3和碱金属、碱土金属作用被 还原为单质硼)。 BCl3和H2的混合物通过以上1000C的高温钨丝(或但*丝)可以形成较高纯度(999%以上) 的硼实际操作中是用BBr3代替BCl (2)BX3与NaH,LiAH4等强氧化剂反应,用于制备B2H6。这也是制B2H6的重要方法之一 (3)BF3与HF在气相中不能反应,只能在水溶液中进行,所生成的HBF4是强酸,也只能存在于 水溶液中。 3.以硼砂为原料如何制备下列物质?写出有关的反应方程式。 (1)HbO (2)B2O (3)B (4)BF3 解:(1)将纯的硼砂(Na2B4O7·10H2O溶于沸水中,并加入盐酸,放置后可析出硼酸: Na2 B407+2HCIt5H20-4H3 BO3 (s)+2NaCI ●这种制取硼酸的方法是依据强酸和弱酸盐作用生成弱酸的原理,以及硼酸在冷水中溶解度比较小 的性质。 (2)B2O3是将硼酸加热脱水后得到的 2H3 BO3(s)->B2O3(s)+3H2O(g) (3)在高温下B2O3被金属镁还原得到单质硼 B2O3(s)+3Mg(s)->2B(s)+ 3MgO(s) ●用盐酸将MgO溶解并将分离出来 (4)比较早的制备BF3的方法是用B2O3,浓H2SO4和萤石(CaF2)的混合物加热而得到的 B2O3+3H2SO4+3CaF2-2BF3+3CaS04+3H2O ●但这种方法的产率较低。现在基本上是通过下列两步反应来制备三氟化硼: Na2B4O7+12HF-Na2 O(BF3)4+6H2O
解：（1）2BCl3(g)＋6H2(g)→B2H6(g)＋6HCl(g) （2）4BF3(g)＋3LiAlH4(s)→2B2H6(g)＋3LiF(s)＋3AlF3(s) （3）BF3(aq)＋HF(aq)→HBF4(aq) 4BF3(g)＋3H2O(l) → H3BO3(s)＋3BF4(aq) （4）BCl3(g)＋3H2O(l) →H3BO3(s)＋3HCl(aq) （5）H3BO3(s) æ 1æ 50æ °CÆHBO2(s)＋H2O(g) 2HBO2（s） æ 3æ 00æ °CÆ B2O3(s)+H2O(g) ●（1）在电弧下或高温活泼金属上面，氢气可将 BCl3制成 B2H6，这是乙硼烷的制备反应之一，那 么，BCl3与 H2反应能否制备单质硼呢？ 单质硼最普通的制备方法是：用镁在高温下还原三氧化二硼（或 BX3和碱金属、碱土金属作用被 还原为单质硼）。 BCl3 和 H2 的混合物通过以上 1000°C 的高温钨丝（或但*丝）可以形成较高纯度（99.9%以上） 的硼实际操作中是用 BBr3 代替 BCl3。 （2）BX3 与 NaH，LiAlH4 等强氧化剂反应，用于制备 B2H6。这也是制 B2H6 的重要方法之一。 （3）BF3 与 HF 在气相中不能反应，只能在水溶液中进行，所生成的 HBF4 是强酸，也只能存在于 水溶液中。 3. 以硼砂为原料如何制备下列物质？写出有关的反应方程式。 ⑴ H3BO3 (2)B2O3 (3 )B (4)BF3 解：(1) 将纯的硼砂(Na2B4O7·10H2O)溶于沸水中，并加入盐酸，放置后可析出硼酸： Na2B4O7＋2HCl＋5H2O→4H3BO3(s)＋2NaCl ●这种制取硼酸的方法是依据强酸和弱酸盐作用生成弱酸的原理，以及硼酸在冷水中溶解度比较小 的性质。 (2) B2O3 是将硼酸加热脱水后得到的： 2H3BO3(s) æ æDÆ B2O3 (s)＋3H2O(g) (3) 在高温下 B2O3 被金属镁还原得到单质硼： B2O3(s)＋3Mg(s) æ æDÆ 2B(s)＋3MgO(s) ●用盐酸将 MgO 溶解并将分离出来。 (4)比较早的制备 BF3 的方法是用 B2O3 ，浓 H2SO4 和萤石（CaF2）的混合物加热而得到的： B2O3＋3H2SO4＋3CaF2→2BF3＋3CaSO4＋3H2O ●但这种方法的产率较低。现在基本上是通过下列两步反应来制备三氟化硼： Na2B4O7＋12HF→Na2O (BF3)4＋6H2O
Na2O(BF3)4+2H2SO4-+4BF3+2NaHSO4+HO 完成并配平下列反应方程式: (1)Sr2+Co3→ (2)A+CO3+H2O→ (3)Mg2+CO3+H2O→ 解:(1)Sr2+CO3→SrCO(s) (2)2AF+3CO3+3H2O→2A(OH)3(s)+3CO2(g) (3) 2Mg+2C02-+ H20-Mg(OH)2. MgCO3 (s)+ CO2(g) ●这是碳酸钠与金属离子反应生成三种不同难溶物的实例。这与金属离子的相应氢氧化物和碳酸盐 的容度积有关。 5.(1)试根据有关热力学数据估算当P(CO2)=100kPa时,Na2CO3(s),MgCO3(s,BaCO3(s)和 CdCO3(S)的分解温度。 (2)从书中査出上述各碳酸盐的分解温度(CdCO3为345℃),与计算结果加以比较,并加以 评价 (3)各碳酸盐分解温度的实验值与计算结果所得出的有关碳酸盐的分解温度的规律是否一致?并 从离子半径、离子电荷、离子的电子构型等因素对上述规律加以说明 解: (1)Na2CO3(s),MgCO(S),BaCO3(S)和CdCO3(S)分解反应的产物为CO2(g)和相应金属的 氧化物:Na2O,MgO,BaO和CdO 根据下式来估算分解温度: T分 r △rSm(298K) Na2CO3()-Na2O(s)+ Co2(g) /(kJ- mor-) 1130.68 -414.22 393.509 m/(JK- mor) 134.98 75.06 213.74 △r1B=3295kJ.mo-1 △S=15382JK1,ma1 T分=32295×103 K=2100K t分=1827℃ 153.82
Na2O(BF3)4＋2H2SO4→4BF3＋2NaHSO4＋H2O 4. 完成并配平下列反应方程式： (1) Sr2+＋CO 2- 3 → (2) Al 3++CO 2- 3 + H2O→ (3) Mg 2++CO 2- 3 + H2O→ 解：（1）Sr2+＋CO 2- 3 →SrCO3(s) （2）2Al 3++3CO 2- 3 + 3H2O→2Al（OH）3（s）+3 CO2(g) （3）2Mg 2++2CO 2- 3 + H2O→Mg（OH）2·MgCO3(s)+ CO2(g) ●这是碳酸钠与金属离子反应生成三种不同难溶物的实例。这与金属离子的相应氢氧化物和碳酸盐 的容度积有关。 5. .(1)试根据有关热力学数据估算当 P(CO2)=100kPa 时，Na2CO3(s)，MgCO3(s)，BaCO3(s) 和 CdCO3(s)的分解温度。 （2）从书中查出上述各碳酸盐的分解温度（CdCO3 为 345℃），与计算结果加以比较，并加以 评价。 （3） 各碳酸盐分解温度的实验值与计算结果所得出的有关碳酸盐的分解温度的规律是否一致？并 从离子半径、离子电荷、离子的电子构型等因素对上述规律加以说明。 解： （1） Na2CO3(s)，MgCO3(s)，BaCO3(s) 和 CdCO3(s)分解反应的产物为 CO2(g)和相应金属的 氧化物：Na2O，MgO，BaO 和 CdO。 根据下式来估算分解温度： T (298K) rS m m rH (298K) 分 = Na2CO3(s) →Na2O(s) + CO 2(g) fHm/（kJ∙mol 1） 1130.68 414.22 393.509 Sm/（J∙K 1 ∙mol 1 ） 134.98 75.06 213.74 m rH r m S T 分= 153 .82 322 .95 10 3 ¥ K=2100K t 分=1827℃
MgCO3(s)→MgO(s) /(K].mol-) -10958 -60170 -393.509 (J. K- mol-l) 65.7 26.94 213.74 △r=100dkJ,mo-1 △rSm=1750J.ma 100.6×10 T K=575K t分=302℃ 1750 BaCO3(s)→BaO(s) CO2(g) /(k].mol-) -1216.3 553.5 393.509 112.1 70.42 213.74 △rH=269.3kJmo 172.1.Kmo 2693×10 K=1565K t分=1292℃ 172.1 CdCO3(s)→CdO(s) CO(g) /(k].mol") -750.6 258.2 393.509 m/(J-K- morl) 92.5 54.8 213.74 △r1倍=989kJ,m-1 176.0J.KmO T=9809×103 K=562K t分=289℃ 176.0 (2)将估算结果和查到的相应碳酸盐分解温度汇总如下: Caco3(s) Na2CO3 (s) MgCO3 (s) BaCO3(s) 实际分解温度/℃C 1800 540 1360 345 估计分解温度/℃ 1826 302 比较结果说眀,有的碳酸盐分解温度两者很相符,有的偏高或偏低,多数偏差不太大。 (3)各碳酸盐分解温度的实验值与计算结果所反应出来的规律是一致的。 Na,CO Meco Baco CacO3 r(M")/pm|95 M"的电子构型|8e
MgCO3(s) → MgO(s) + CO2(g) fHm/（kJ∙mol 1） 1095.8 601.70 393.509 S m（J∙K 1 ∙mol 1 ） 65.7 26.94 213.74 m rH r m S T 分= 175 .0 100 .6 10 3 ¥ K=575K t 分=302℃ BaCO3(s) → BaO(s) + CO2(g) fHm/（kJ∙mol 1） 1216.3 553.5 393.509 S m（J∙K 1 ∙mol 1 ） 112.1 70.42 213.74 m rH r m S T 分= 172 .1 269 .3 10 3 ¥ K=1565K t 分=1292℃ CdCO3(s) → CdO(s) + CO2(g) fHm/（kJ∙mol 1） 750.6 258.2 393.509 Sm/（J∙K 1 ∙mol 1 ） 92.5 54.8 213.74 m rH r m S T 分= 176 .0 9809 10 3 ¥ K=562K t 分=289℃ （2）将估算结果和查到的相应碳酸盐分解温度汇总如下： CdCO3(s) Na2CO3(s) MgCO3(s) BaCO3(s) 实际分解温度/℃ 1800 540 1360 345 估计分解温度/℃ 1826 302 1292 289 比较结果说明，有的碳酸盐分解温度两者很相符，有的偏高或偏低，多数偏差不太大。 （3）各碳酸盐分解温度的实验值与计算结果所反应出来的规律是一致的。 r（M n+）/pm M n+的电子构型 n + Na2CO3 95 8e— +1 MgCO3 65 8e— +2 BaCO3 135 8e— +2 CdCO3 97 18e— +2
金属离子半径越小,离子电荷数越大,其极化能力越强,相应的碳酸盐分解温度越低;金属离子为 l8e构型的极化能力强于构型的离子,相应的碳酸盐易分解。 完成并配平下列方程式(1)和(4)略) (2)PbO+Cl2+NaOH→ (3)SnS+Na2S2→ (5)PbO2Mn(NO3) 2+HNO3++ (6)Na2SnS3+HCl→ 解 (2) Pbo+C12+2NaOH-PbO2+2NaCH+H2O (3) SnS+Na2 S2-Na2 SnS3 (5) 5PbO2+2Mn (NO3) 2+6HNO3-5Pb(NO3)2+2HMnO4+2H2O (6)Na2SnS3+2HCI-SnS2+2NaCI+HS 重点总结Sn(Ⅱ)的还原性,Pb(Ⅳ)的氧化性
金属离子半径越小，离子电荷数越大，其极化能力越强，相应的碳酸盐分解温度越低；金属离子为 18e— 构型的极化能力强于构型的离子，相应的碳酸盐易分解。 6. 完成并配平下列方程式((1)和(4)略): （2）PbO+Cl2+NaOH→ （3）SnS+Na2S2→ （5）PbO2+Mn（NO3）2+HNO3→ （6）Na2SnS3+HCl→ 解： （2）PbO+Cl2+2NaOH→PbO2+2NaCl+ H2O （3）SnS+Na2S2→Na2SnS3 （5）5PbO2+2Mn（NO3）2+6HNO3→5Pb（NO3）2+2HMnO4+2H2O （6）Na2SnS3+2HCl→SnS2+2NaCl+H2S ● 重点总结 Sn（Ⅱ）的还原性，Pb（Ⅳ）的氧化性