无机化学 钛钒

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二节钛族、钒族元素,无机化学多媒体电子教案,第十三章 过渡元素,第二节,钛族、钒族元素,1,13-2-1 钛族、钒族元素概述,13-2-1 钛族、钒族元素概述,*,Rf、Db,为人工合成放射性元素,稀有金属,分散稀有元素,2,于1789年被发现，到1910年才制得纯钛,其含量比较丰富,列第十位。含量比Ni、Cu、Zn、Pb、Sn、Hg等常见元素的还多,因为它难提炼,应用晚,所以称稀有元素,。,13-2-1 钛族、钒族元素概述,3,钛(Ti),提取,钛矿比较分散，重要的矿石有：,金红石(,TiO,2,)、钛铁矿(,FeTiO,3,)、,钒钛铁矿(攀枝花),通常采用,TiO,2,+ 2C + 2Cl,2,TiCl,4,+ 2CO,900,0,C,TiCl,4,+ 2Mg Ti + 2MgCl,2,Ar,气,、,600,0,C,4,钛(Ti),具有光泽的银白色金属,密度小、硬度大，表面形成一层氧化物保护膜，抗腐蚀性强，可用来制造超音速飞机、潜艇和化工设备,为“生物金属”，易与肌肉生长在一起，可用作人工关节,室温下稳定，高温下可与许多非金属和水蒸气反应,5,钛(Ti),与,HNO,3,反应，生成,H,2,TiO,3,，纯化,室温下能缓慢溶于浓HCl或热、稀HCl,Ti + 4HNO,3,H,2,TiO,3,+4NO,2,+ H,2,O,溶于,HF,酸,Ti + 6HF,2H,+,+ TiF,6,2,+ 2H,2,2Ti + 6HCl,2TiCl,3,+ 3H,2,6,锆(Zr)、铪(Hf),锆用作耐腐蚀材料和反应堆核燃元件的外壳材料,铪用作反应堆的控制棒,锆和铪性质相似，分离困难,分离方法目前主要有：,离子交换法,:,用强碱型酚醛树脂,R-N(CH,3,),3,+,Cl,-,作阴离子交换剂,2. 溶剂萃取法：用三辛胺萃取锆的硫酸盐,7,钒(V),海洋生物、海参、海鞘等能从海水中摄取钒，浓集到血液中，据测定，海参、海鞘等烧成的灰分中，含钒量高达15%,具有光泽的银灰色金属, 熔点高,、,硬度大可以刻划玻璃和石英,纯钒富有延展性，但含大量杂质时, 非常脆，一敲就碎,在,地壳中分布分散，没有富矿，几乎所有的铁矿都含有钒,8,钒(V),某些钒的化合物具有重要的生理作用，如胆固醇的生物合成,主要用作制造钒钢，其具有强度大、弹性好、抗磨损、抗冲击等优点，用于汽车、飞机等的制造,钒的化合物有毒，吸多了，会得肺水肿,常温下不与碱、非氧化性酸作用，能溶于氢氟酸、浓硝酸、浓硫酸和王水,9,铌(Nb)、钽(Ta),铌是某些硬质钢的组成元素，特别是耐高温的特种钢,钽具有低生理反应和不被人体排斥性能，用于制作修复骨骼的金属板材、缝合神经的丝和箔,铌和钽性质类似，分离困难,10,13-2-2 钛的重要化合物,13-2-2 钛的重要化合物,钛(Ti)价电子构型3d,2,4s,2,氧化数,+4,+3,主要,化合物,TiO,2,M,II,TiO,3,TiOSO,4,TiCl,4,TiCl,3,11,二氧化钛(TiO,2,)钛白,性质,纯TiO,2,是白色难熔固体，难溶于水,有三种晶形,金红石、锐钛型、板钛型,两性，以碱性为主,TiO,2,+ 2NaOH(浓) Na,2,TiO,3,+ H,2,O,溶于,浓碱,难溶于稀酸，可溶于,浓硫酸,TiO,2,+ H,2,SO,4,(浓) TiOSO,4,+ H,2,O,(硫酸氧钛),生成TiO,2+, 而不是Ti,4+,因为电荷多、半径小，极易水解,Ti,4+,+ H,2,O,Ti(OH),3+,+ H,+,Ti(OH),3+,+ H,2,O,Ti(OH),2,2+,+ H,+,-H,2,O,TiO,2+,12,二氧化钛(TiO,2,)钛白,性质,纯TiO,2,是白色难熔固体，难溶于水,有三种晶形,金红石、锐钛型 、板钛型,两性，以碱性为主,可溶于氢氟酸,TiO,2,+ 6HF,TiF,6,2-,+ 2H,+,+ 2H,2,O,化学性质不活泼, 覆盖能力强,、,折射率高,、,无毒，可制造高级白色油漆和白色颜料,具有半导体性能，是光催化反应常用的半导体材料,是乙醇脱水、脱氢的催化剂,13,二氧化钛(TiO,2,),硫酸法,制取,钛铁矿(FeTi,O,3,),用浓,H,2,SO,4,煮沸、过滤,FeSO,4,+Ti,OSO,4,煮沸,H,2,Ti,O,3,FeSO,4,Ti,OSO,4,冷却、减压蒸发、过滤,过滤,、,烘干,、,焙烧,Ti,O,2,FeTiO,3,+2H,2,SO,4,(浓) FeSO,4,+TiOSO,4,+2H,2,O,煮沸,TiOSO,4,+2H,2,O H,2,TiO,3,+H,2,SO,4,煮沸,H,2,TiO,3,TiO,2,+ H,2,O,焙烧,14,二氧化钛(TiO,2,),氯化法,制取,金红石,(Ti,O,2,),C+Cl,2,粗Ti,Cl,4,净化,通O,2,焙烧,Ti,O,2,TiCl,4,+ O,2,TiO,2,+ 2Cl,2,焙烧,TiO,2,+2C +2Cl,2,TiCl,4,+2CO,15,钛酸盐和钛氧盐,钛酸盐大多难溶于水,如 BaTiO,3,是难溶于水的白色固体,介电常数高, 是最重要的压电陶瓷材料,硫酸氧钛(TiOSO,4,)为白色粉末可溶于冷水,在水溶液中,TiO,2+,以锯齿状长链(TiO),n,2n+,形式存在,Ti Ti Ti,O O O O O,Ti Ti Ti,均易水解，生成白色偏钛酸沉淀,Na,2,TiO,3,+ 2H,2,O,H,2,TiO,3,+ 2NaOH,TiOSO,4,+ 2H,2,O,H,2,TiO,3,+ H,2,SO,4,16,四氯化钛,制取,性质：,TiO,2,+2C+2Cl,2,TiCl,4,+2CO,高温,为易挥发的共价型分子化合物,2.室温下为无色液体，易挥发，有刺激,性气味，,易溶于有机溶剂,3.,极易水解，在潮湿的空气中冒白烟,TiCl,4,+3H,2,O,H,2,TiO,3,+ 4HCl,可用于制造烟雾,4.是制备金属钛及其化合物的重要原料,有机反应催化剂,17,三氯化钛(紫色),制取,1. 在500,800,用氢气还原干燥TiCl,4,气体,2TiCl,4,+ H,2,2TiCl,3,+ 2HCl,2. 将钛溶于热、浓HCl,4Ti,3+,+2H,2,O +,O,2,4TiO,2+,+ 4H,+,3. 在HCl溶液中用Zn还原Ti(),2TiO,2+,+ 4H,+,+,Zn,2Ti,3+,+Zn,2+,+ 2H,2,O,性质：较强还原性，易被空气氧化,2Ti,+ 6H,+,2Ti,3+,+ 3H,2,18,13-2-3 钒、铌、钽的重要化合物,13-2-3 钒,、,铌,、,钽的重要化合物,钒(V)价电子构型3d,3,4s,2,主要氧化数：,+5,、+3、+2,化合物具有各种美丽的颜色,氧化数 +1 +2 +3 +4 +5,颜 色 棕 灰 黑 蓝 红,氧化物,V,2,O,VO,V,2,O,3,VO,2,V,2,O,5,19,五氧化二钒(V,2,O,5,),橙黄至砖红色固体，无味、有毒,微溶于水, 其水溶液呈淡黄色, 显酸性,两性，以酸性为主,溶于冷、强碱生成无色,正钒酸根,V,2,O,5,+ 6OH,-,2VO,4,3-,+ 3H,2,O,溶于热、强碱生成黄色,偏钒酸根,V,2,O,5,+ 2OH,-,2VO,3,-,+ H,2,O,溶于强酸生成淡黄色,VO,2,+,V,2,O,5,+ 2H,+,2VO,2,+,+ H,2,O,20,五氧化二钒(V,2,O,5,),橙黄至砖红色固体，无味、有毒,微溶于水, 其水溶液呈淡黄色, 显酸性,两性，以酸性为主,中强氧化剂,在硫酸工业中用作催化剂；石油化工中设备的缓蚀剂,V,2,O,5,+ 6H,+,+2Cl,-,2VO,2+,+ Cl,2,+3H,2,O,蓝色,V,2,O,5,可被热还原为低氧化态的氧化物,V,2,O,5,VO,2,V,2,O,3,VO,SO,2,H,2,V,橙黄色,蓝色,黑色,灰色,21,钒酸盐,不同氧化数钒的盐具有不同的颜色,VO,4,3-,VO,2,+,VO,2+,V,3+,V,2+,浅黄 黄 蓝 绿 紫,缩合性,在一定条件下，向钒酸盐溶液中加H,+,pH 12 12,10 9 2.2 1,离子,VO,4,3-,V,2,O,7,4-,V,3,O,9,2-,H,2,V,10,O,28,4-,VO,2,+,颜色,浅黄,红色逐渐加深,黄,pH值增加，缩合程度增大，,溶液颜色由,砖红色,浅黄,黄色,22,钒酸盐,不同钒酸盐具有不同的颜色,缩合性,VO,2,+,在强酸性溶液中有氧化性,钒酰离子 亚钒酰离子,黄色 蓝色,VO,2,+,+,Fe,2+,+2H,+,VO,2+,+,Fe,3+,+ H,2,O,VO,2,+,+H,2,C,2,O,4,+2H,+,2VO,2+,+2CO,2,+2H,2,O,23,钒酸盐,不同钒酸盐具有不同的颜色,缩合性,VO,2,+,在强酸性溶液中有氧化性,VO,2+,有弱氧化、还原性,氧化性,2VO,2+,+Sn,2+,+4H,+,2V,3+,+Sn,4+,+2H,2,O,还原性 5,VO,2+,+MnO,4,-,+H,2,O 5VO,2,+,+Mn,2+,+2H,+,VO,2+,VO,2,+,V,3+,V,2+,Zn Zn Zn,蓝色,绿色,紫色,黄色,(演示),24,本节内容讲授完毕,本节内容,讲授完毕,！,25,