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第 四 章 碳 硅 硼 §4-1 碳硅硼的结构特征 1-1 原子结构 1-2 碳硅硼的结构特征 碳硅硼的结构特征比较 C与Si相似性与差异性 1) 相似性: ①皆不易形成+4价离子,而主要以共价键存在; ②单质皆不活泼; ③都能与H—AH4、Cl— ACl4、O—AO2 ; 2) 差异性: ① CH4极稳定,不与酸碱反应,而SiH4则被碱水解; ② CCl4极稳定,而SiCl4极易水解; ③ CO2是气体, SiO2是熔点极高的固体; 分子晶体 原子晶体 ④碳氢化物CnH2n+2 ,n很大,几乎可以无限扩大,而SinH2n+2最高 n=15 ; 差别的原因: ①C—最高配位数为4,Si—最高配位数为6; ②Si-Si间形成共价键的倾向远不及C-C,此外 C=C、C≡C是司空见惯,而Si=Si、Si≡Si实属罕见; ③C与O成双键甚至叁键,而Si不能,因此CO2是小分子,而SiO2是巨型分子。 1) 在自然界中,二者都是以含氧化合物存在; 2) 二者在单质状态下都有半导体的性质; 3) B-O键和Si-O键都很稳定; 4) 氢化物多种多样,都有挥发性,且可自燃(在空气中),并能水解; 5) 卤化物均易水解; 6) H3BO3、H4SiO4都是弱酸,都能形成多酸盐,结构都很复杂 7) 氧化物都能熔解金属氧化物,生成特殊颜色的盐 §4-2 碳硅硼单质 2-2 硅同素异形体 1、硅: 两种同素异形体 (2) 化学性质: (3) 制备: 工业用焦炭在电炉中将石英砂还原得粗硅: SiO2+2C Si+2CO↑ 将粗硅氯化: Si +2Cl2 SiCl4 (精馏) 还原: SiCl4 +2Zn → Si(纯)+2ZnCl2 高纯硅:区域熔融法、提拉法、外延生长法,可得99.9999999999%的高纯硅。 2-3 硼的同素异形体 3、硼的性质(无定型硼) 在赤热条件下,无定型硼与水汽反应生成硼酸和氢气 2B+6H2O(g) 2B(OH)3+3H2 ↑ 与氧化性酸如热浓硫酸或热浓硝酸反应生成硼酸 B+3HNO3(浓) 2B(OH)3+3NO2 ↑ 2B+3H2SO4(浓) 2B(OH)3+3SO2 ↑ 与强碱共熔生成偏硼酸盐 2B+2NaOH()+2H2O 2NaBO2+3H2 ↑ 2B+2NaOH()+KNO3 2NaBO2+3KNO2+H2O↑ §4-3 氢化物 硅烷通式:SinH2n+2 一、性质 1、无色、无嗅有毒气体,熔点88K,沸点161K 2、还原性: Si H4 + 2O2 = Si O2 +2H2O(自燃) Si H4 +2KMnO4 =2MnO2 ↓+K2SiO3 + H2O+H2 ↑ Si H4 +8AgNO3 +2H2O =8Ag ↓+ SiO2 ↓ + HNO3 3、热稳定性不如 CH4 Si H4 → Si + 2H2 (773K) 2CH4 → C2H2 + 3H2 (1773K) 4、 Si H4易水解 CH4不水解: Si H4 +(n+2)H2O = Si O2.nH2O↓+4H2 (为什么?) 3-2 硼的氢化物 一、概述 二、硼烷的性质 三、硼烷的结构 一、概述 1、组成: BnHn+4类 : B2H6 B5H9 B6H10 B8H12 B16H20 B18H22 BnHn+6类 : B3H9 B4H10 B5H10 B6H12 B8H14 B9H25 二、乙硼烷的性质 1、剧毒气体 2、易燃性: B2H6 +3O2= B2O3 +3H2O △Ho=-2166kJ.mol-1 3、极易水解: B2H6 + 6H2O =H3BO3+6H2 △Ho=-493.7kJ.mol-1 4、加合性: B2H6 + 2CO 2[H3B←CO] 5、热稳定性: 6、还原性: B2H6 + 6Cl2(过量) =2BCl3+6HCl(过量) 三、硼烷的结构 1、乙硼烷的结构 2、硼氢化物的化学键及结构 (1)末端2c-2e键,B-H键 (2
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