Transcript Ch17碳硅硼

第17章 碳 硅 硼
本书下册P555
§17.1
通性
碳(Carbon) 是有机世界的主角，由于碳自
相成链的能力最强，因此碳的化合物是最多的。
硅(Silicon) 贝采利乌斯1823年发现，拉丁文
（石头）中译为“矽”，因与锡同音，改为“硅”。
硅是无机世界的主角，二氧化硅是构成地壳的主要
成分。
硼 在宇宙中不太丰富：主要是由银河中宇宙射线轰击所
引起的碎裂反应产生的。
地壳岩石中的含量约为9ppm,不如锂和铅丰富(18和
13ppm)。硼几乎总是以硼酸盐矿或硼硅酸盐矿存在。主
要产地：美国、俄罗斯、土耳其、中国、阿根廷。
硼酸盐矿的结构十分复杂。
17.1.1 元素的基本性质
原子共价半径/pm
熔点/K
碳
77
3823
硅
117
1683
硼
88
2573
第一电离势/(kJ·mol-1)
1086
786.1
792.4
单健离解能/(kJ·mol-1)
X-O 离解能/(kJ·mol-1)
345.6
357.7
222
452
293
561-690
X-H 离解能/(kJ·mol-1)
X-F 离解能/(kJ·mol-1)
411
485
318
565
389
613
电负性（鲍林）
2.55
1.90
2.04
碳、硅、硼三种元素晶体的熔点和沸点很高，除石墨外硬度也大。
碳单键键能大,碳结合成链能力强;硅、硼的X-O键能大,属于亲氧元素,碳的
氢化物与O2燃烧得碳的氧化物,而硅、硼的氢化物大部分遇水就可生成含氧化
合物。
X-H键能都较大,它们都有一系列的氢化物。
17.1.2 电子构型和成键性质
一、电子构型
电子构型
常见氧化态
C
[He]2s22p2
-2,-4,0,+2,+4
Si
[Ne]3s23p2
-4,0,+2,+4
B
[He]2s22p1
0,+3
二、 碳、硅、硼的成键特征
碳与硅的价电子构型为ns2np2,价电子数目与价电子轨道
数相等,它们被称为等电子原子。
硼的价电子构型为2s22p1,价电子数少于价电子轨道数，
所以它是缺电子原子。
碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成2到4个s键。碳
的原子半径小，还能形成pp-pp键，所以碳能形成多重键(双
键或叁键)，硅的半径大，不易形成pp-pp键，所以Si的sp和
sp2态不稳定，很难形成多重键(双键或叁键)。
硼用sp2或sp3杂化轨道成键时，除了能形成一般的s键以
外，还能形成多中心键。例如3个原子共用2个电子所成的键
就叫做三中心两电子键,不同于大p键。
17.1.3自然存在和丰度
1.碳、硅、硼在地壳中的丰度分别为0.023%，
25.90%，1.2×10-3 % 。
2.硅的含量在所有元素中居第二位，它主要以硅酸
盐矿石和石英砂（化学式SiO2）存在于自然界。
3.碳在地壳中含量不多，但分布极为广泛，单质状
态的碳有金刚石和石墨，化合态的碳种类就更多。
§ 17.2 碳
17.2.1 单质
3种 常见 同素异形体
石墨
硬度小，熔点极高，层状结构 。
碳原子
sp2 杂化，形成分子平面。
木炭和焦炭基本属
335pm
于石墨类型，但是
晶形不完整。
碳原子的 pz 轨道互相平行，均垂直于分子平面，
在层内形成  nn 键。有离域 p 电子，所以石墨导
电。层间的分子间作用力小，易滑动，有润滑性。
金刚石
硬度最大，熔点最高的单质。
熔点（ m.p.） 3823 K 。
碳原子 sp3 等性杂化，
无自由电子，不导电。
碳簇
以 C60 （足球烯，富勒烯）为最常见。
介于sp3和sp2杂化之间
1967年蒙特利尔世界博览会美国
馆 （Buckminster Fuller ）
1985年发现“富勒烯”，之后主要发现者获“诺贝尔化学奖”。主要贡献目
前是在理论方面的，对现有“化学键理论”形成强大冲击：球面也可形成离
域π键。
Rb-C60导电超导体；富勒烯化合物作“催化剂”。
17.2.2 碳的氧化物、含氧酸及其盐
（一）一氧化碳 CO
1．分子结构
CO 与 N2、CN-、NO+（亚硝酰离子）互为等电子体。
：C  O ：
1s + 1p + 1p 配键
CO 无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小。
2．化学性质 --- 强还原性、强配位性.
（1）强还原性
CO对O2、O3、H2O2皆很稳定，日光下也无作用，但高温下
，CO在空气中燃烧生成CO2
微量的 CO 通入 PdCl2 溶液中，会使溶液变黑，可鉴定 CO
CO + PdCl2 + H2O  Pd (s) + CO2 + 2 HCl
（2）强配位性
1．羰基配合物 M(s) + x CO(g) = M(CO)x
M
Ni
Fe（Ru, Os ）
Cr（Mo, W, V）
0
x值
4
5
6
颜色、状态
无色液体
黄色液体
白色晶体，
M(CO)x几何构型
正四面体
三角双椎
正八面体

Ni (CO )4 (l ) 

Ni ( s )  CO 
例1 CO中毒机理
HmFe(II) ←O2 + CO(q) = HmFe(II) ←CO + O2(g)
CO对HmFe(II) 络合能力为O2的230—270倍
CO中毒处理 送患者到空气清新处, 吸纯氧;

注射亚甲基蓝(C16 H18 N3ClS ), 它与CO结合力更强
对比NO2-使人中毒机理：
HmFe(II) + NO2- → HmFe(III)
3. 与非金属反应
2O3 ZnO 623--673 K
CO  2H2 Cr


CH3OH
CO + Cl2 ———— COCl2 ( 光气 )
4 与碱反应
423 K ,1.0103 kPa
CO  NaOH(粉末) 
 HCOONa
另有反应
热浓 H SO
2
4
HCOOH ————
CO↑ + H2O
所以,可以把CO看作甲酸的酸酐,所以甲酸脱水可以得到CO
（二）二氧化碳CO2
1．分子结构
CO2与N3-、N2O、NO2+、OCN-、SCN- 互为等电
子体---16电子体。
··
·
·
： O —— C —— O ：
·
·
2s  234
··
2．性质
（1）酸性氧化物
（2）CO2 灭火器不可用于活泼金属Mg、Na、K等引起的
火灾：
CO2(g) + 2Mg(s) = 2MgO(s) + C(s)
（三）
碳酸及其盐
1 结构
H2CO3
O
OH
C
采用 sp2 等性杂化
与端 O 之间
C
1个 s 键
1个 p 键
OH
与羟基 O 之间
2个 s 键
sp2 － p
CO32－
C
采用 sp2 等性杂化
存在  64
2.碳酸及其盐的热稳定性：
①H2CO3<MHCO3<M2CO3
H 2 CO 3 
 H 2 O  CO 2 (g)
2MI HCO 3 
 M I2 CO 3  H 2 O  CO 2
M II CO 3 
 M II O  CO 2 (g)
②同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加
BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
分解T/℃ 100
540
900
1290
1360
金属离子加入可溶性碳酸盐时，生成
沉淀的类型：
① 氢氧化物碱性较强的金属离子与之反应生
成碳酸盐沉淀。
例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+和Ag+等。
Ba 2  CO32- 
 BaCO3 (s)
②氢氧化物碱性较弱的金属离子与之反应生
成碳酸羟盐(碱式碳酸盐)沉淀。
例如：Pb2+、Bi3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、
Hg2+、Co2+、Ni2+和Mg2+等。
2
2
2Mg 2CO 3  H 2O

2Cu 2  2CO 32-  H 2O
Mg 2 (OH) 2 CO 3 (s)  CO 2 (g)
Cu 2 (OH) 2 CO 3 (s)  CO 2 (g)
③ 水解性强、两性的金属离子与之反应生
成氢氧化物沉淀。例如：Al3+、Fe3+、Cr3+、
Sn2+、Sn4+和Sb3+等。
3
2
2Al 3CO 3  3H 2 O
2Al(OH)3 (s)  3CO 2 (g)
17.2.3 碳的硫化物和卤化物
碳的硫化物和卤化物
1．二硫化碳： 重要的非水溶剂。
二硫化碳CS2为无色有毒的挥发性液体，极易着火：
CS2(l)+3O2(g)==CO2(g)+SO2(g)
它不溶于水，可作为有机物、磷和硫的溶剂。
制备 ： 硫蒸气通过红热木炭 C + 2 S  CS2
2．碳的卤化物
非极性分子，稳定，不分解，比重比水大。CC14是常
用的灭火剂，阻燃剂，其作用原理是使燃烧物隔绝空气。但
不能扑灭金属。

CCl4  H2O 金属，


COCl2  HCl
§
17.3
硅
17.3.1单质硅的性质、制备和用途
采用电弧炉中以高纯焦炭还原石英或沙子的办法
制备纯度为96~99%的硅
SiO2 + 2C == Si +2CO
粗硅提纯
400－600 ℃
Si + 2 Cl2 —— SiCl4 ( l )
蒸馏得纯 SiCl4 ，用 H2 还原纯 SiCl4 得纯硅
催化
SiCl4 + 2 H2 ———> Si (纯) + 4 HCl
电炉
（一）原子晶体，金刚石结构。最重要的半导体。
（二）化学性质：
室温下很稳定，∵表层有致密SiO2膜。
1．与单质：亲O、亲F元素：
Si(s) + O2(g) = SiO2(s)
Si（粉末）+ 2F2(g)= SiF4(g)
与其它单质，需加热或高温，显反应惰性：
400。C
Si(s)  2Cl2 ( g) 
 SiCl（
4 l）
1500。C
Si (纯)  C (纯)  SiC 金刚砂（原子晶体）
2．与HF(aq)或（HF+HNO3）反应:
Si(s) + 4HF(aq) = SiF4(g) + 2H2(g)
200-400 摄氏度才发生明显反应: 单一的酸不容易和Si发
生反应
3Si(s) + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO↑ + 8H2O
3.与碱作用
H2SiF6 氟硅酸，强酸
(粉末状硅) Si  2NaOH  H2O 
 Na2 SiO3  H2 
17.3.2 硅烷 (硅的氢化物)
Si － Si 键不如 C－C 键强，尤其是 Si ＝ Si 双键。
因为 Si 的原子半径比 C 大， 成 s 键时原子轨道重叠程
度小，成 p 键时重叠程度更小。
故硅烷的种类比烷烃少得多，Sin H2n+2 ( n ≤ 6 ) 。
最典型的是甲硅烷 SiH4 ——— 无色无臭气体。
1 制备
SiO2 与金属一同灼烧
SiO2 + 4 Mg  Mg2Si + 2 MgO
之后在酸中水解
Mg2Si + 4 HCl  SiH4 + 2 MgCl2
这样制得的 SiH4 中含有 Si2H6 ， Si3H8 等杂质 。
制备纯的 SiH4目的是为了置备高纯硅，硅的纯度越高，大
规模集成电路的性能就越好。
SiCl4 + LiAlH4  SiH4 + LiCl + AlCl3
2 化学性质
与 CH4 对比进行讨论。
1°稳定性比 CH4 差（其余硅烷比甲硅烷更不稳定）
773 K
SiH4  Si + 2 H2↑
甲烷分解 1773 K
2°还原性比 CH4 强
SiH4 + 2 O2
自燃
 SiO2 + 2 H2O
而甲烷不能自燃
SiH4 + 2 MnO4－  MnO2 + SiO32－ + H2O + H2↑
SiH4 + 8 AgNO3 + 2 H2O SiO2 + 8 HNO3 + 8 Ag
这二个反应可用于检验硅烷。
3 ° 水解性
SiH4 + ( n + 2 ) H2O  SiO2n H2O + 4 H2↑
( 需微量 OH－ 参与, 纯水不水解 )
甲烷不水解，无此反应。
13.3.3硅的卤化物
SiF4 ( g )，SiCl4 ( l )，SiBr4 ( l )，SiI4 ( s ) 均无色 。
1 水解性
SiX4 + 4 H2O  H4SiO4 + 4 HX
此为共性，
SiCl4 ，无色液体，空气中潮解发烟，可作烟雾剂
可以从结构上分析 SiCl4 水解反应进行的机理。
Cl
Cl
Si
Cl
Cl
Cl
Cl
+ OH －
－ Cl
Si
Si
Cl
Cl
－
OH
Cl
Cl
OH
Cl
sp3 杂化
继续取代
sp3d 杂化
OH
+ 3 OH－
－ 3 Cl
sp3 杂化
－
Si
OH
OH
OH
关键是 Si 有 3 d 空轨道，可以接受 －OH 以形成 sp3d 杂
化的五配位中间体，故 SiCl4 易水解。
而 CCl4 中 C 的价层无 d 轨道，故不易水解 。
SiF4 + 4 H2O  H4SiO4 + 4 HF
SiF4 + 2 HF  H2SiF6
H2SiF6 是强酸，和 H2SO4 相近。但纯的 H2SiF6 尚未制得，
其盐 Na2SiF6 ，K2SiF6 较难溶，但 PbSiF6 却易溶。
2
制 备
SiO2 + 2 Cl2 + 2 C  SiCl4 + 2 CO↑
和焦炭共热
SiO2 + 4 HF  SiF4↑ + 2 H2O
或者使用现制取的 HF
SiO2 + 2 CaF2 + 2 H2SO4  2 CaSO4 + SiF4 + 2 H2O
17.3.4硅的含氧化合物
一、 二氧化硅
SiO2 不溶于水，但它是硅酸的酸酐。加热可使其溶于强碱
的水溶液或与 Na2CO3 共熔融，形成可溶性硅酸盐，如硅酸钠。
SiO 2  2NaOH
 Na 2SiO 3  H 2 O
SiO 2  Na 2 CO 3 
 Na 2SiO 3  CO 2 (g)
与HF作用
SiO 2  4HF
SiF4 (g)  2H2 O
Si采用sp3杂化轨道与氧形成硅氧四面体
硅氧四面体
水晶
紫晶
石英盐
缟玛瑙
黑曜石
玛瑙
二、 硅 酸
可溶性硅酸盐与酸反应可得正硅酸
SiO44－ + 4 H+  H4SiO4
正硅酸 Ka = 3.0  10 －10
硅酸根之间易缩合，使硅酸的存在形式变得很复杂，经常用
x SiO2  y H2O 表示硅酸根的组成，如
x=1， y=1，
H2SiO3
偏硅酸
x=1， y=2，
H4SiO4
正硅酸
x=2， y=1，
H2Si2O5
二偏硅酸
x=2， y=3，
H6Si2O7
焦硅酸
正硅酸放置时，将聚合成分子量较高的硅酸。
H6Si2O7 + H4SiO4 —— H8Si3O10 + H2O
H6Si2O7 + H8Si3O10 —— H12Si5O16 + H2O
 
当分子量达到一定程度时，则生成硅胶。
聚合程度的高低，和溶液的 pH 有关。碱性强时，聚合程度
较低；酸性时，聚合程度较高。
三、 硅 胶
在单聚可溶性硅酸盐 Na2SiO3 中，加 H+
Na2SiO3 + 2 H+ ——— H2SiO3 + 2 Na+
至 pH = 7 ～ 8 时，硅酸根缩聚，聚合度逐渐加高，形成大分子
量的胶体溶液。
当分子量达到一定程度时，变成凝胶。用热水洗涤，去掉
生成的盐，烘干 ( 333 － 343 K )，加热 ( 573 K ) 活化，得到一种
多孔性有吸附作用的物质 —— 多孔硅胶。
多孔硅胶可用为干燥剂，具有吸水作用。
吸水前后，若有颜色变化，会更有利于使用。为此，可用
CoCl2 溶液浸泡后，再烘干。CoCl2 无水时呈蓝色，当干燥剂吸
水后，随吸水量不同，硅胶呈现蓝紫－紫－粉红。
无水 CoCl2
————
CoCl2·6 H2O
最后 Co ( H2O )62+ 使硅胶呈粉红色，说明硅胶已经吸饱水，
再使用时要烘干。
称这种硅胶为变色硅胶。
硅胶的结构是以 Si－O－Si 键联为基础的。胶体处于不完
整键合和混杂无序状态。
天平室中，天平的玻璃罩内，有一小烧杯变色硅胶，用来吸
收空气中水份，保持仪器的干燥。若变红，则表示硅胶已经失效，
无吸水性，需烘干变蓝后再用。
四、 硅酸盐
1°硅酸盐结构的图示法
硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网络状，
但其基本结构单元都是硅氧四面体。
从 O － Si 连
O
线投影， 得到平面
Si
O
O
O
SiO44－ (单聚正硅酸根 )
图形，中心是 Si
和一个 O 的重叠，
则单聚正硅酸根可表示如右图：
焦硅酸根 Si2O74－
二聚硅酸根
2° 硅酸盐结构的分类
硅氧四面体共用两个顶点，可连接成长链 ：
通式
[ Si n O 3n + 1 ] ( 2n + 2 ) －
这种链状硅酸根之间，通过阳离子相互结合成束，即成纤维
状硅酸盐，如石棉。
蓝石棉
温石棉
H4 (Mg Fe)3 Si2O9
SiO44－ 共三个顶点相联，可形成片状（层状）结构，层与
层之间通过阳离子约束，得片层状硅酸盐。
如云母 KMg3 ( OH )2 Si3 AlO10
金云母
H4K2Mg6Al2Si6O24
SiO44－ 共用四个顶点，结成三维网络状结构，如沸石类。
这是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架
结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。
空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径
小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大得分子排斥在外,因而能把形状直径大
小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开
来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛
吸附量
吸附量
分子半径
活性炭
分子半径
沸石分子筛
石油工业上广泛使用沸石分子筛做催化剂或催化剂载体。石油
工业中，往往需要碳链长度在一定范围的烷烃，来组成不同用途的燃料，比如说汽油，
煤油，柴油，重油，石蜡等。还有就是支链的烷烃和取代苯环这些有很高辛烷值的组
分。怎么办呢？除了选择合适的催化裂解/重整催化剂外，人们还发现，有一种奇妙结
构的物质，可以“筛选”出想要的组分。
§ 17.4 硼
17.4.1硼原子的成键特征
一、硼成键特征：
（一）主要以共价键成键：
∵ B原子半径小，I1、I2、I3 大
B sp2杂化： BX3、B(OH)3、
sp3杂化： BF4-、 BH4-、 B(OH)4（二）B缺电子 → 缺电子化合物，Lewis酸：
价轨道数4（ 2s 2px 2py 2pz ） 价电子数3 2s22p1 价
电子数少于轨道数，缺电子结构
例 BX3 , B(OH)3
BF3 + F- = BF4-
（三）形成多中心缺电子键，形成多面体：
硼晶体中有B-B-B，硼烷中有B-B-B，或BH-B
3c - 2e键 (3c-2e bond)
（四）B是亲F、亲O元素：
键能/kJ·mol-1
B-O 561~690； Si-O 452；
B-F 613；
Si-F 565
17.4.2硼的单质
硼有多种同素异形体，可
以以无定形和晶形硼形式
存在，化学活性明显地取
决于纯度、结晶度、细分
状态和反应温度。
在物理性质方面，单质硼
的硬度大（在单质中仅次
于金刚石），熔点、沸点
都很高。
α-菱形硼（B12）：最简
单的同素异形体，
属原子晶体
在B12单元中，共有36个价电
子。其中：
26个价电子用于填满二十面
体中的13个成键轨道.
6个电子与来自相邻的6个二
十面体的邻近平面上的另六
个电子共用，形成6个连接外
围二十面体的正常共价键.
剩下的4个电子满足6个赤道
上的B原子形成两个三中心二
电子键.
（一）硼的化学性质
晶体硼惰性，无定形硼稍活泼，高温下显还原性。
1．2B(s) + 3F2(g) ═══ 2BF3 室温就可以反应
2．高温下与O2、N2、S、Cl2、Br2、I2等反应，显还原性：
4B(s) + 3O2(g) ═══ 2B2O3(s)
△rH298 = - 2887 kJ·mol-1
△rG298 = - 2368 kJ·mol-1
∴B在炼钢中作脱氧剂。
B-O
键能/kJ·mol-1
Si-O
C-O
560-690 > 452 > 358
(B亲O)
△
2n B(s) + nN2(g) ═══ 2(BN)n (s)
氮化硼，石墨结构，为B-N键极性，禁带宽，绝缘体。
氮化硼
BN与C2是等电子体，性质相似：
BN有三种晶型：
•无定型(类似于无定型碳)
•六方晶型
(类似于石墨)
作润滑剂
但不导电，N的电负性
大，大π键上电子
被固定在N的周围无法
自由移动
•立方晶型
(类似于金刚石)
作磨料
2B(s) + 3X2(g) ═══ 2BX3 (X = Cl、Br、I）
3．无定形B被热的浓H2SO4或浓HNO3氧化：
△
2B(s) + 3H2SO4(浓) ═══ 2H3BO3 + 3SO2(g)
B(s) + 3HNO3(浓) ═══ H3BO3 + 3NO2(g)
4．强热时与碱作用： 类似Si的反应，放出氢气
△
2B(s) + 2H2O +2NaOH ═══ 2NaBO2 + 3H2(g)
有氧化剂存在时：
+3
共熔
2B + 2KOH + 3KNO3 ═══ 3KNO2 + 2KBO2 + H2O
（二）分离与提纯
１、高温下用金属还原：95~98%纯度, Moissan
硼
B2O3 + 3Mg == 2B + 3MgO
２、电解还原熔融的硼酸盐或四氟硼酸盐：95%
粉末状的硼
３、用氢还原挥发性的硼化合物：99%晶态硼
2BBr3 + 3H2 == 2B + 6HBr
４、热分解硼烷或卤化硼：硼烷－无定型硼；卤
化硼－晶态硼
17.4.3硼的氢化物—硼烷
硼烷分类：BnHn+4和 BnHn+6
例： B2H6
B4H10
乙硼烷
丁硼烷
对于碳元素有CH4，但硼却无BH3存在
H
最简单的硼烷：B2H6
其结构并非如右图所示：
H
B
H
B
H
H
H
B2H6 分子 逆磁性（电子均已成对）
实验测定
1
H NMR → 2 种 H，比例 4：2（4 个 H 和 2 个 H）
2 个 B 与 4 个 H 共平面
（一）硼烷的结构
B元素利用sp3杂化轨道，与氢形成三中
心两电子键。（氢桥）
记作：
B
H
要点：B的杂化
方式，三中心二电子
键、氢桥。
H
H
H
B
H
H
两类重要的硼烷在组成上可表示为：
巢型硼烷：BnHn+4，如B2H6, B5H9, B6H10
蛛网型硼烷：BnHn+6 ，如B4H10, B5H11,
B6H12
在硼烷中，原子成键成键类型可为：
端梢二中心二电子硼-氢键
三中心二电子氢桥键
二中心二电子硼-硼键
开口的三中心二电子硼桥键
闭合的三中心二电子硼桥键
B4H10分子结构
（二）硼烷的性质
① 自燃
B2H6 (g)  3O2 (g) 
 B2O3 (s)  3H2O(g)
含
火
硼
焰
高能燃料，剧毒
化
呈
合
现
物
绿
燃
色
② 水解
烧
B2H6 (g)  3H2O(l) 
 2H3BO3 (s)  6H2 (g)
¡÷ rHm  -2034kJ mol-1
¡÷ rHm  -509.3kJ mol
-1
水下火箭燃料
③ 加合反应
B2H6  2CO 
 2[H3B  CO]

-
B2H6  2NH3 
[BH2  (NH3 )2 ]  [BH4 ]
2LiH B2H6 
 2LiBH4
2NaH B2H6 
 2NaBH4
④ 被氯氯化
B2H6 (g)  6Cl2 (g) 
 2BCl3 (l)  6HCl
¡÷ rHm  -1376kJ mol-1
17.4.4.硼的卤化物
X
• BX3结构： B：sp2杂化
B
• BX3性质：
BF3
X
X
BCl3 BBr3
室温下
g
g
l
聚集态
熔点/℃ -127.1 -107 -46
沸点/℃ -100.4 12.7 91.3
BI3
s
49.9
210
水解：
BX3  3H2O 
 H3BO3  3HX
(X  Cl, Br, I)
4BF3  3H2O 
 H3BO3  3H[BF4 ]
BF3  HF 
 HF  BF3 ( H[ BF4 ])
17.4.5.硼的含氧化合物
① 三氧化二硼 B2O3
结构：原子晶体：熔点460C
无定形体：软化
O2
B(无定形)
Mg或Al
+H2O
B2O3
-H2O
H3BO3

制备： 4B(s)  3O2 (g) 
2B2 O 3 (s)

2H3 BO 3  B 2 O 3  3H2 O
性质：
B 2 O 3  3Mg 
 2B  3MgO
B2O3
+H2O
-H2O
2HBO2
偏硼酸
+H2O
-H2O
xB2O3·yH2O 多硼酸
2H3BO3
(原)硼酸
通过氢键与其他三个硼酸相连
② 硼酸 H3BO3结构：
所以在冷水中溶解度不大
B：sp2杂化
H
O
B
O
H
O
H
性质：
•一元弱酸 ：不是给出质子，而是其缺电子分子性质，接受
来自H2O中OH-上的孤对电子
B(OH)-4  H K =5.8×10-10
H3BO3  H2O
同样地，与多羟基化合物加合（使得酸性
R
R
R
加强）
H3 BO3  2
H
C
OH
H
C
O
H
C
OH
H
C
O
R'
R'
R
H
C
O
H HO
H
C
O
H HO
•受热易分解
B
R'
O
C
O
C
H


H
 3H2 O
H
R'
B
R
OH H
O
C
H
H
O
C
H
R'
H3BO3 
 HBO2 
 B2O3 (玻璃态)
-H2O
-H2O
③ 硼砂
Na 2 B4 O7  10H2 O
Na 2 B4 O5 (OH)4  8H2 O
硼酸根的结构：
性质：
•水解呈碱性
24H
BO

2OH
[B4O5 (OH)4 ]  5H2O
3
3
+
H  B(OH)4
H3BO3  H2O
所以构成缓冲溶液 pH=9.24 (20 ℃ )
•与酸反应制H3BO3
Na2B4O7  H2SO 4  5H2O 
 4H3BO3  Na2SO 4
•脱水
878℃
Na2B4O7 10H2O 
 B2O3  2NaBO2 10H2O
硼砂珠实验：
Na2B4O7  CoO 
Co(BO2 )2  2NaBO2 (蓝色)
Na2B4O7  NiO 
 Ni(BO2 )2  2NaBO2 (棕色)