解放军文职招聘考试三氧化二硼
三氧化二硼
硼被称为亲氧元素,硼氧化合物有很高的稳定性。
1 、制备
制备 B 2 O 3 的一般方法是加热硼酸 H 3 BO 3 使之脱水。
在高温下脱水可得玻璃态的 B 2 O 3 ,很难粉碎;在 200 ℃以下减压缓慢脱水,可得白色粉末状 B 2 O 3 ,它是硼酸的酸酐,有很强的吸水性,在潮湿的空气中同水结合转化成硼酸。因此可以用作干燥剂。
2 、性质
(1)B 2 O 3 的熔点 723K ,沸点 2338K 。 B 2 O 3 易溶于水,重新生成硼酸。但在热的水蒸气中则生成挥发性的偏硼酸 HBO 2 ,同时放热:
B 2 O 3 (无定形) +3H 2 O ( l ) =2H 3 BO 3 ( aq )
(2) 熔融的 B 2 O 3 可以溶解许多金属氧化物而得到有特征颜色的片硼酸盐玻璃,这个反应可用于定性分析中,用来鉴定金属离子,称之为硼珠试验。例如:
B 2 O 3 + CuO == Cu(BO 2 ) 2 蓝色
B 2 O 3 + NiO == Ni(BO 2 ) 2 绿色
(3)B 2 O 3 与 NH 3 在 873K 时反应可制得氮化硼 (BN) 2x ,其结构与石墨相同:
x B 2 O 3 + 2xNH 3 == (BN) 2x + 3xH 2 O
(4)B 2 O 3 在 873K 时与 CaH 2 反应生成六硼化钙 CaB 6 。
硼酸和硼酸盐
1 、硼酸的结构
在 H 3 BO 3 的晶体中,每个 B 原子以三个 sp 2 杂化轨道与三个 O 原子结合成平面三角形结构(平面三角形的 BO 3 是构成 B 2 O 3 ,硼酸和多硼酸的基本结构单元),每个 O 原子除以共价键与 1 个 B 原子和 1 个 H 原子相结合外,还通过氢键与另一个 H 3 BO 3 单元中的 H 原子结合而连成片层结构,层与层之间则以微弱的范德华力相吸引。所以硼酸晶体是片状的,有滑腻感,可作润滑剂。
2 、硼酸的性质
(1)H 3 BO 3 是白色片状晶体,微溶于水( 273K 时溶解度为 6.35g/(100gH 2 O) ),加热时,由于晶体中的部分氢键断裂,溶解度增大( 373K 时溶解度为 27.6 g/(100gH 2 O) )。
(2)H 3 BO 3 是个一元弱酸, Ka=5.8 × 10 -10 ,它之所以有弱酸性并不是它本身电离出质子,而是由于 B 是缺电子原子,它加合了来自 H 2 O 分子中的(其中 O 原子上的孤对电子对向 B 原子的空的 P 轨道上配位)而释放出离子:
B(OH) 3 + H 2 O → B(OH) 4 - + H +
(3) 硼酸的这种电离方式表现出了硼化合物是缺电子特点。所以硼酸是一个典型的路易士酸,它的酸性可因加入甘露醇或甘油(丙三醇)而大为增强,例如硼酸溶液的 pH ≈ 5~6 ,加入甘油后, pH ≈ 3~4 。表现出一元酸的性质,可用强碱来滴定。
(4) 硼酸和甲醇或乙醇在浓 H 2 SO 4 存在的条件下,生成硼酸酯,硼酸酯在高温下燃烧挥发,产生特有的绿色火焰,此反应可用于鉴别硼酸,硼酸盐等化合物。
H 3 BO 3 + 3CH 3 OH → B(CH 3 O) 3 + 3H 2 O
(5) 硼酸加热脱水分解过程中,先转变为偏硼酸 HBO 3 ,继续加热变成 B 2 O 3 。
(6) 在同极强的酸性氧化物 ( 如 P 2 O 5 或 AsO 5 ) 或酸反应时 , H 3 BO 3 被迫表现出弱碱性:
2B(OH) 3 + P 2 O 5 → 2BPO 4 + 3H 2 O
2B(OH) 3 + H 3 PO 4 → 2BPO 4 + 3H 2 O
3 、硼砂
硼酸和硅酸相似,可以缩合为链状或环状的多硼酸 x B 2 O 3 ·yH 2 O ,所不同的是在多硅酸中有两种结构单元:一种即 B 2 O 3 平面三角形 , 另一种系 B 原子以 sp 3 杂化轨道与 O 原子结合而成的 BO 4 四面体。多硼酸不能稳定存在于溶液中,但多硼酸却很稳定 , 其中最重要的因素是四硼酸钠盐 Na 2 B 4 O 5 (OH) 4 · 8H 2 O, 亦称之为硼砂。
在中 [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2- , 4 配位的 B 原子是 BO 4 四面体结构单元中的中心原子,而 3 配位的 B 原子是 BO 3 平面三角形结构单元中的中心原子。即在四硼酸根中有两个 BO 3 平面三角形和两个 BO 4 四面体通过共用角顶 O 原子而联结起来的复杂结构。
四硼酸钠盐 Na 2 B 4 O 5 (OH) 4 ·8H 2 O ,工业上一般把它的化学式写成 Na 2 B 4 O 7· 10H 2 O 。
硼砂的性质
(1) 硼砂 (Na 2 B 4 O 7? · 10H 2 O) 是无色半透明的晶体或白色结晶粉末。在空气中容易失水风化,加热到 650K 左右,失去全部结晶水成无水盐,在 1150K 熔成玻璃态。
(2) 熔融状态的硼砂同 BO 3 一样,亦有硼珠反应,也能溶解一些金属氧化物,并依金属的不同而显出特征的颜色,例如:
Na 2 B 4 O 7 + CoO == 2NaBO 2 · Co(BO 2 ) 2 宝石蓝色
此反应可用于定性分析及焊接金属时除锈。
(3) 硼砂是一个强碱弱酸盐,可溶于水,在水溶液中水解而显颇强的碱性:
B 4 O 7 2- + H 2 O → [HB 4 O 7 ] - + OH -
也可写成: [B 4 O 5 (OH) 4 ] 2- + 5H 2 O → 2 H 3 BO 3 + 2B(OH) 4 -
硼砂水解时得到等物质的量的酸和碱,所以这个水溶液具有缓冲作用。硼砂易于提纯,水溶液又显碱性,在实验室中常用它配制缓冲溶液或作为标定酸浓度的基准物质。在工业上还可用做肥皂和洗衣粉的填料.
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