硼酸的结构及酸碱特性介绍

硼酸的结构及酸碱特性介绍

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本文拟介绍硼酸的基本结构及酸碱特性，供参考.

硼酸的结构特性

硼酸的化学式为：H3BO3，分子空间构型为平面三角形，参见如下图1所示.

图1. 硼酸分子空间构型示意图

B的价电子构型为2s22p1；成键时采用等性sp2杂化，参见如下图2所示：

图2. B原子sp2等性杂化示意图

B原子三个sp2杂化轨道分别接受3个氧原子提供的自旋方向相反的单电子，形成三个完全相同的σ单键，
<OBO=120°.

硼酸的酸碱特性

硼酸[1]是一种白色固体酸，微溶于冷水，升高温度，硼酸的溶解度明显增大.

硼酸是一元弱酸，Kaθ=5.8×10-10.

硼酸水溶液之所以显酸性，是由于硼酸中的B原子是缺电子原子，具有2p空轨道；硼酸水解时，易接受配
位体（OH-）提供的孤电子对，形成加合物（或配离子）；参见如下式（1）所示：

H3BO3+H2O→[B(OH)4]-+H+ （1）

式（1）显示，硼酸水解时，可产生“一个”H+；因此也把硼酸称为一元酸.

备注：[B(OH)4]-中B原子的杂化轨道方式为等性sp3杂化，空间构型为正四面体.

质子酸与电子酸

酸碱质子理论认为：溶液中，凡能提供质子（或H+）的物质，均被称为质子酸；凡能接受质子（或H+）
的物质, 均被称为质子碱.

硼酸的Kaθ值很小，溶液中硼酸的直接解离可以忽略，因此不能将硼酸称为质子酸.

酸碱电子理论认为：溶液中，凡能提供电子对的物质（分子、离子或原子团），均被称为电子碱；凡能接
受电子对的物质（分子、离子或原子团）, 均被称为电子酸.

由式（1）可知，硼酸水解时，H3BO3分子接受“OH-”中O原子提供的孤对电子，形成一个配位键；因此
可将硼酸称为电子酸（或Lewis酸）.

结论

⑴H3BO3分子中B原子采用等性sp2杂化，空间构型为平面三角形；

⑵H3BO3为电子酸，非质子酸；

⑶因水解反应，H3BO3常被称为一元酸；水溶液中H3BO3的直接解离可忽略.

参考文献

[1]天津大学无机化学教研室编. 无机化学（第五版）. 北京:高等教育出版社,2018,6:319.