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第十三章 p区元素(一)
§ 13.3 IVA碳族元素
§ 13.2 IIIA硼族元素
§ 13.1 p区元素概述
教学目的
1.了解硼族元素的通性、缺电子原子、缺电子化合物。
2.熟悉B2H6的结构、性质;了解B(OH)3的结构和性质。
3.熟悉铝、Al2O3、Al(OH)3的两性
4.了解碳族元素的通性；熟悉CO2、H2CO3及其盐的重要性质，能用离子极化理论说明碳酸盐的热稳定性。
5*.了解Si单质、氢化物、SiO2、 H2SiO3、盐、卤化物。
6. Pb(+4)的氧化性
7. Sn(+2)的还原性

2、各族从上到下电子层、原子半径、电离能、电极电势、还原性、化学性质如何变化？氧化值？
3、根据同族元素原子结构的异同推测同族元素化学性质的异同？
学习提纲
4、比较IIIA、IVA 性质的差异？
1、IIIA、IVA元素名称、元素符号、价电子构型
硼族(IIIA )： ns2 np1
B, Al, Ga, In, Tl
硼， 铝， 镓， 铟，铊
碳族(IVA )： ns2 np2
C, Si, , Ge, Sn , Pb
碳，硅，锗，锡，铅
1、元素名称、元素符号、价电子构型
§ 13.1 p区元素概述
(1)价层电子构型？
P区元素：
(2)同族从上到下：
失电子能力？金属性？
得电子能力？非金属性？
(3)氧化值特点？
IIIA IVA VA VIA VIIA 零族
ns2np1-6
失e-增强、金属性增强、
得e-减弱、非金属性减弱
呈现多种氧化值
氯价电子构型ns2np5
+1，+3，+5，+7，-1，0
离子稳定性
Si(+2) 3s2， 3s0
Pb(+2)>Pb(+4)
6s2， 6s0
惰性电子对效应：
p区同族元素从上到下ns2不易参与成键。
6s26p2
原子价电子
3s23p2
(4)第二周期元素具有反常性
(价层只有2s,2p共4轨道，是同族中半径最小的)
a、配位数不超过4；
b、单键键能反常的小于第三周期
E(N-N)=159 E(O-O)=142 E(F-F)=141
E(P-P)=209 E(S-S)=264 E(Cl-Cl)=199
(5)第四周期异样性 (因前面有d区插入)
如：溴酸、高溴酸氧化性比其他强。
§ 13.2 硼族元素
13.2.4 铝的化合物
13.2.3 硼的化合物
13.2.2 硼族元素的单质
13.2.1 硼族元素概述
13.2.1 硼族元素概述
+3 +3 +3 +3 +1 +1
1、硼族通性：元素名称、符号、价电子构型、氧化值？
B， Al， Ga， In， Tl
硼 铝 镓 铟 铊
价电子构型：ns2np1
缺电子原子：价电子数3<价层轨道数4
缺电子化合物：成键电子对数3<价层轨道数4
例如：BF3，B(OH)3。
2、
缺电子化合物易形成配位键：
b. 形成双聚物Al2Cl6
HF BF3
a. 形成配位化合物
13.2.2 硼族元素的单质
硼的单质
同素异形体： 粉末硼 结晶硼
棕 色 黑灰色
活性高 不活泼
α-菱形硼（B12）
原子晶体，12个B
组成的20等边三角形，
硬度大，熔点、沸点高
13.2.3 硼的化合物
1.硼的氢化物 通式： BnHn+4 BnHn+6
最简单硼烷 B2H6
硼：不等性sp3杂化，用其中2个杂化轨道与2个H形成σ键，另外2个杂化轨道与H、B原子形成3c-2e-(氢桥）
（1）乙硼烷的结构
·
·
.
“3c-2e”是一种多中心键，缺电子原子的一种特殊共价键形式，普遍存在于硼烷中， 是一种非定域键，键的强度只有一般共价键的一半，故硼烷性质比烷烃活泼。
（2）乙硼烷的性质
① 自燃
曾想做导弹或火箭的高能燃料，但剧毒（毒性大于氰化物、光气）
② 水解
③ 加合：与CO、NH3等分子发生加合
④ 氯化（完全的取代反应）
（1） B2O3
B(无定形)
B2O3
H3BO3
O2
Mg或Al
+H2O
-H2O
原子晶体：熔点460 C
无定形体：软化
2.硼的含氧化合物
B2O3
2HBO2
2H3BO3
+H2O
+H2O
-H2O
-H2O
偏硼酸
(原)硼酸
性质：
B：sp2杂化
（2）硼酸 B(OH)3平面三角形分子
性质：固体酸，常温下微溶于水
一元(路易斯)弱酸
与多羟基加合
受热易分解
=5.8×10-10
（3） 硼酸盐
重要的是硼砂，无色透明晶体，加热熔融成玻璃状可融解金属氧化物。
硼砂珠实验：
硼砂用途广的化工原料，陶瓷、搪瓷、玻璃等工业，配缓冲溶液，做微量元素肥料。
3.硼的卤化物
BX3结构：
物理性质：
B
X
X
X
化学性质：——水解
*4.硼的氮化物
BN与C2是等电子体，结构相似、性质相似：
BN有三种晶型：
无定形
六方晶型：作润滑剂
立方晶型：类于金刚石)
作磨料、坩埚材料
1.氧化铝
α- Al2O3 ：刚玉，硬度高(仅次于金刚石），不溶于水、酸、碱溶液，性质稳定，可做硬质、耐磨、耐火材料。
13.2.4 铝的化合物
γ- Al2O3 ：活性氧化铝，硬度小、质轻、不溶于水，可溶于酸、碱(两性)，表面积200-600m2/g,可做吸附剂和催化剂载体。
红宝石(Cr3+) 蓝宝石(Fe3+,Ti3+) 黄玉/黄晶(Fe3+)
刚玉中含有元素杂质而呈现鲜明颜色
2、氢氧化铝：
两性： Al(OH)3+ 3H+ Al3+ + 3H2O
Al(OH)3+ OH- [Al(OH)4]-
3.铝的卤化物
离子晶体
熔、沸点高，
易溶于水。
水解激烈：
AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3
离子键 共价键
分子晶体
熔点低，易挥发、易溶于有机熔剂
易形成双聚物。
潮湿空气中的AlCl3遇NH3白烟。
用干法合成AlCl3：
4、铝的硫酸盐
硫酸铝：
Al3+水解生成胶状沉淀有吸附和凝聚作用—净水剂
[Al3++H2O Al(OH)3 + H+
明矾：
泡沫灭火器反应原理。
① 活泼金属，在空气中易形成致密的氧化膜保 护层、硝酸中钝化
④ 卤化物均有共价型
③ 氧化物的熔点、硬度很高
② 两性金属
铍与铝的相似性
§ 13.3 碳族元素
13.3.5 锡、铅的化合物
13.3.4 硅的化合物
13.3.3 碳的化合物
13.3.2 碳族元素的单质
13.3.1 碳族元素概述
13.3.1 碳族元素概述
IVA ：元素名称？符号？价层电子结构？
碳 硅 锗 锡 铅
C +4 +2 -4
Si +4
Ge +4
Sn +4 (+2)
Pb +2 (+4)
ns2np2
*存在形式：
碳：金刚石、石墨；煤、石油、天然气、碳酸盐、 CO2
硅：SiO2和各种硅酸盐。
锗：硫银锗矿 4Ag2S GeS2 ，
硫铅锗矿2PbS GeS2 。
锡：锡石 SnO2 。
铅：方铅矿 PbS，白铅矿 PbCO3 。
锡石SnO2
方铅矿 PbS
13.3.2 碳族元素的单质
水晶 ( SiO2 )
方解石 ( CaCO3 )
碳的同素异形体：
金刚石：原子晶体，硬度最大， 熔点最高。
石 墨：层状晶体 ，质软，有金属光泽。
足球烯或富勒烯： C60， C70 等。
足球烯-富勒烯-C60
C60 是1985年用激光轰击石墨作碳的气化实验时发现的。
C60 是由12个五边形和20个六边形组成的
32面体。
sp2杂化与3个C相连，每个C剩余的P轨道电子在外围和内腔形成共轭大∏键，具有强还原性和活泼性，为新的具有光电磁性质的材料开辟了广阔的空间。
硅单质:无定形体、晶体(类似金刚石)。
锗单质:灰白色，硬而脆，结构类似金刚石。
锡单质:三种同素异形体：
铅单质：质软，能阻挡X射线。可作电缆的包皮，核反应堆的防护屏。
13.2℃
161℃
灰锡(α锡) 白锡(β锡) 脆锡
13.3.3 碳的化合物
与N2是等电子体、结构相似。
1.碳的氧化物
:C O:
(1) CO
:N N:
①强配位体 ： Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8
CO与血红蛋白结合力是O2的 270倍，空气中CO达0.1%引起中毒！
②还原剂：
CO+PdCl2+H2O==Pd 黑+CO2+2HCl
(2) CO2
经典结构：O=C=O
C=O实际 键长116pm
C采取sp杂化
：O C O ：
2.碳酸
CO2 1：1溶于水→CO2 H2O，有1-4%转为H2CO3
CO32-
与BF3是等电子体，结构相似。
sp2杂化
2-
-7
1
-
3
3
2
10
4.4
HCO
H
CO
H
×
=
+
+
K
11
-
2
-
2
3
-
3
10
4.7
CO
H
HCO
×
=
+
+
K
3.碳酸盐
M2+半径越小碳酸盐稳定性差
过渡金属碳酸盐稳定性差
（1）热稳定性
总之：Mn+极化力愈大，碳酸盐 愈不稳定。
正电荷高、 r 小、外层电子构型是18e_、(18+2)e_ ，
BeCO3 MgCO3 CaCO3 SrCO3 BaCO3
分解T/℃ 100 540 900 1290 1360
CaCO3 ZnCO3 PbCO3
分解T /℃ 900 350 315
（2）溶解度：
IA的碳酸盐易溶，其它金属碳酸盐难溶；　　
难溶碳酸盐的酸式盐溶解度大；
易溶碳酸盐的酸式盐溶解度较小。
由氢键形成二聚物或多聚物
如： Na2CO3 NaHCO3 K2CO3 KHCO3　
2-
-
-
-
100℃溶解度 45 16 156 60 克　　
OH
HCO
O
H
CO
-
-
3
2
-
2
3
+
+
Mn+与可溶性碳酸盐作用，有三种沉淀形式：
(3)水解性：
① 碳酸盐溶解度小——水解后生成碳酸盐沉淀。
例如：Ba2+、Sr2+、Ca2+、Ag+等。
②MOH和MCO3溶解度相近→碱式碳酸盐沉淀。
Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、 Mg2+等。
(g)
CO
(s)
CO
(OH)
Mg
O
H
2CO
2Mg
2
3
2
2
2
-
2
3
2
+
+
+
+
③Mn+水解性强→M(OH)n沉淀。
Al3+、Fe3+、Cr3+、Sn2+、Sn4+等。
(g)
3CO
(s)
Al(OH)
2
O
3H
3CO
Al
2
2
3
2
-
2
3
3
+
+
+
+
13.3.4 硅的化合物
1.SiO2
晶体：天然晶体为石英，水晶纯石英
含有杂质的石英：玛瑙，紫晶
无定形：石英玻璃、硅藻土、燧石
硅氧四面体
SiO2原子晶体
水晶
石英盐
黑曜石
紫晶
玛瑙
玛瑙
SiO2性质：
① 与碱作用
② 与HF作用
2.硅酸及其盐
H4SiO4 原硅酸
硅酸 H2SiO3 偏硅酸
xSiO2 yH2O 多硅酸
性质：
12
2
10
1
3
2
10
6
.
1
10
7
.
1
SiO
H
-
-
×
=
×
=
，
溶解度小，二元弱酸
K
K
制备：
硅胶用CoCl2的浸透后变色硅胶。用于干燥剂、吸附剂、催化剂载体。
胶冻状硅酸
硅胶
-H2O
2NaCl
SiO
H
2HCl
SiO
Na
3
2
3
2
+
+
硅酸盐
可溶性：Na2SiO3 (水玻璃) 、K2SiO3
不溶性：大部分难溶于水，且有特征颜色。
硅酸盐结构复杂, 基本结构单位为硅氧四面体，一般写成氧化物形式，。
白云石：K2O · 3Al2O3 · 6SiO2 · 2H2O
泡沸石：Na2O · Al2O3 · 2SiO2 · nH2O
4.硅的卤化物 均为共价化合物
SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4
聚集态 g l l s
（氟硅酸）
水解：
*5.硅烷 SinH2n+2
SiH4性质
自燃：
水解：
强还原性：
热稳定性差：
13.3.5 锡、铅的化合物
1.锡、铅的氧化物和氢氧化物
Pb(IV)的氧化性
Pb
0.58
PbO
0.25
PbO
/V
Pb
0.126
Pb
1.45
PbO
/V
2
B
2
2
A
-
-
+
E
E
O
H
NaCl
PbO
NaClO
Pb(OH)
2
2
2
+
+
+
2
2
-
4
2
2
O
2H
5Pb
2MnO
4H
2Mn
5PbO
+
+
+
+
+
+
+
2
2
2
2
O
2H
Cl
PbCl
)
4HCl(
PbO
+
+
+
浓
+
+
+
2
2
4
4
2
2
O
2H
O
2PbSO
SO
2H
2PbO
四氧化三铅(Pb3O4)----铅丹鲜红色
可看作：
与HNO3反应
O
2H
)
(
PbO
)
2Pb(NO
2
2
2
3
+
+
褐色
三氧化二铅(Pb2O3)：橙色
可看作：PbO·PbO2
氧化铅：(PbO)：橙黄色
Pb的其他氧化物
小结：
酸性增强
碱性增强
碱性增强
酸性增强
Sn(OH)4
Sn(OH)2
PbO2
Pb(OH)2
（1）Sn(II)的还原性
Sn2+,Hg2+的相互鉴定
鉴定Bi3+的反应
Sn
0.136
Sn
0.154
Sn
/V
2
4
A
-
+
+
E
-
Sn
0.91
]
[Sn(OH)
0.93
-
]
[Sn(OH)
/V
2
4
-
2
6
B
-
E
配制SnCl2溶液：将固体溶解于浓盐酸，加水稀释成所需浓度，再加Sn粒防治氧化。
2.锡、铅的盐
（1）Sn(II)的还原性
Sn2+,Hg2+的相互鉴定
鉴定Bi3+的反应
Sn
0.136
Sn
0.154
Sn
/V
2
4
A
-
+
+
E
-
Sn
0.91
]
[Sn(OH)
0.93
-
]
[Sn(OH)
/V
2
4
-
2
6
B
-
E
配制SnCl2溶液：将固体溶解于浓盐酸，加水稀释成所需浓度，再加Sn粒防治氧化。
2.锡、铅的盐
（2）水解：
铅白
HCl
)
,
Sn(OH)Cl(s
O
H
SnCl
2
2
+
+
白
4HCl
]
[Sn(OH)
H
-
O
6H
SnCl
6
2
2
4
+
+
α
)
(s
CO
[Pb(OH)]
O
H
2CO
2Pb
3
2
2
-
2
3
2
+
+
+
Pb(NO3)2, Pb(Ac)2可溶，可溶性盐有毒。
多数难溶：
（3）溶解性
PbCrO4溶于过量碱，而黄色BaCrO4不溶。
Pb2+的鉴定：
黄色
4
2
4
2
)
s,
(
PbCrO
CrO
Pb
+
-
+
3.锡、铅的硫化物
SnS(棕) SnS2(黄) PbS(黑)
SnS + 4HCl → H2SnCl4 + H2S
PbS + 4HCl → H2PbCl4 + H2S
SnS2 + 6HCl → H2SnCl6 +2H2S
PbS2
均不溶于稀盐酸、溶于浓HCl（配位溶解）
PbS溶于HNO3作用（氧化溶解）
O
4H
3S
2NO
)
3Pb(NO
8HNO
3PbS
2
2
3
3
+
+
+
+
思考题：
2、画结构、标注键型
3、说明硼酸一元酸原因
6、Al 、 Al(OH)3
9、
10、
11
习题：
6
13（2）
15（1）（5）
16
17
作业 P446

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