高中化学竞赛无机化学全套钛副族和钒副族分析报告.pptVIP

第二十二章 钛副族和钒副族 1.1 钛族概述 1.2 钛的单质 1.3 钛的重要化合物 1.4 锆铪的化合物 1.1 钛族概述 1. 发现史 钛： 1791 年英国 Cornish 教区牧师，兼业余化学家 William Gregor 最先得到钛的不纯氧化物。1795年德 国化学家M. H. Klaproth 独立发现同样的化合物，并 按希腊神话中被罚生活于地球隐秘之火中的天与地的 子女－－Titans之名，将新元素命名为（Titanium）。 锆： 1789年Klaproth 从被当作宝石的锆石中分离出 锆的氧化物，直到1925年A.E.Van 和 J.H.de Boer 用 碘化物分解法制得锆（Zirconium）。 1.3 钛的重要化合物 1. 二氧化钛(TiO2) 金红石(rutile) 锐钛矿(anatase) 板钛矿(brookite)。 其中最重要的金红石属四方晶系，Ti 的配位数 为 6，氧的配位数为 3。自然界中是红色或桃红色晶 体，有时因含Fe, Nb, Ta, Sn , Cr等杂质而呈黑色。 性质： (1) TiO2不溶于水或酸，但溶于热浓硫酸或熔化的 KHSO4中：TiO2 + H2SO4 ＝ TiOSO4 + H2O 2. 卤化物 （1）四氯化钛（TiCl4） 物理性质 无色液体（mp249k，bp409.5k），有刺鼻气味， 极易水解，在潮湿空气中会发烟。 化学性质 TiCl4 + 2H2O = TiO2（或TiOCl2 ）+ 4HCl 2TiCl4 + H2＝2TiCl3 + 2HCl 2TiCl4 + Zn = 2TiCl3 + ZnCl2 TiO2+的检验：TiO2+＋H2O2＝TiO(H2O2)2+ (弱酸中橙黄色，强酸中橙红色) （2）三氯化钛 物理性质： 水合TiCl3为紫色晶体，在TiCl3浓溶液中加无水乙醚，并通入氯化氢至饱和，在乙醚层得到绿色的异构体，结构式分别是：[Ti(H2O)6]Cl3、[Ti(H2O)5Cl]Cl2·H2O。 1.4 锆、铪的化合物 锆铪化合物主要呈+4价; 由于d0结构，所以它们的盐几乎都是无色; 氢氧化物的碱性要比酸性大，酸碱性之间的差别， 比钛更显著; 锆铪性质相似，造成两者分离上的困难。 3. 四氟化锆（ZrF4） ① 无色晶体，具有高折射率，几乎不溶于水; ② 与氟化铵作用可生成 (NH4)2[ZrF6]，它在稍加热下 就可分解： (NH4)2[ZrF6] = ZrF4 + 2NH4F 剩下的ZrF4在873K开始升华，利用这一特性可以 将锆与铁及其它杂质分离。 §22-2 钒族概述 1. 发现史 钒：A.M.delRio在1801年宣称发现了一种新元素，但 是遗憾的是四年后他却放弃了自己的主张；直到 1830年，N.G.Sefstr?m从瑞典某些矿石中“再发 现”了该元素，并以神话中斯堪的纳维亚的美女 神Vanadis的名字命名，称之为钒（Vanadium） 铌： 1801年，C .Hatchett 化验了英国大不列颠博物 馆一种矿石中分离出的一种新元素的氧化物并将 其命名为“钶”，1844年，H.Rose将其称之为铌 （niobium，以Tantalus的女儿Niobe命名） * §22-1 钛副族 铪： 1922－1923年，在哥本哈根 Bohr 实验室工作 D.Coster和G.Von Hevesy 用 X 射线分析法证实 72号 元素存在于挪威的锆石中。此元素被命名为铪 （Hafnium，哥本哈根的拉丁名称是Hafnia） 2. 元素性质 Ti、、Zr、Hf 位于周期系第IVB族，统称钛副 族，价电子层结构（n-1）d2ns2，稳定化态为IV 钛主要存在于钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2 锆主要存在于锆英石ZrSiO4和斜锆石ZrO2 铪通常与锆共生 1.2 钛单质 物理性质：银白色，密度 4.54， 比钢铁的 7.8小，比铝的 2.7大， 较轻，强度接近钢铁，兼有铝铁 的优点，既轻强度又高 (航天材料，眼镜架等)。 钛 记忆性合金 (镍钛合金, NT)，加工成形，在高温下处理