大学无机化学-课件-第22章钛副族和钒副族剖析.ppt

第 22 章 钛副族和钒副族 2 卤化物 (1)　四氯化钛(TiCl4) 物性：无色液体(mp：249 K，bp：409.5 K)，有刺鼻气味，极易水解，在潮湿空气中会发烟。 (2)　三氯化钛 水合 TiCl3 : 紫色晶体，在 TiCl3 浓溶液中加无水乙醚，并通入氯化氢至饱和，则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。 (3) 与过氧化氢(H2O2)的配合物 　　在 Ti(IV) 的溶液中加入过氧化氢，在强酸性溶液中显红色，在稀酸或中性溶液显黄色。 　　原因：O22－离子的变形性。 　　pH 小于 1：有色配离子是 [Ti(O2)(OH)(H2O)4]＋ 　　pH ＝ 1～3：有色配离子是 Ti2O52＋ * * 22 － 1 钛副族 (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，将新元素命名为钛 (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)。 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 　　①　钛 (Ti) 锆 (Zr) 铪 (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； 　　②　钛主要存在于钛铁矿 FeTiO3 和金红石 TiO2 ； 　　③　锆主要存在于锆英石 ZrSiO4 和斜锆石 ZrO2 ； 　　④　铪通常与锆共生 22－1－1 钛副族单质 1 单质的性质 (1)　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)，加工成甲形状，在高温下处理数分钟至半小时，于是NT合金对甲形状产生了记忆。在室温下，对合金的形状改变，形成乙形状，以后遇到高温加热， 则自动恢复甲形状。如： 固定接头。 记忆性合金 (2)　化学性质 　　a. 与非金属反应： Ti ＋ O2 ＝ TiO2 (红热) ； 3 Ti ＋ 2 N2 ＝ Ti3N4 (点燃) Ti ＋ 4 Cl2 ＝ TiCl4 ( 300 oC) 　　所以钛是冶金中的消气剂。 　　钛族金属在常温下不活泼，但在高温条件下它们可以直接和大多数非金属反应： 　　b. 与酸反应： 不与稀酸反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中， 但 Zr 和 Hf 则不溶，它们的最好溶剂是氢氟酸。 2 Ti ＋ 6 HCl ＝ 2 TiCl3 (紫色) ＋ 3 H2↑ Ti ＋ 6 HNO3 ＝ [TiO(NO3)2] ＋ 4 NO2 ↑＋ 3 H2O Ti ＋ 6 HF ＝ [TiF6]2－ ＋ 2 H＋ ＋ 2 H2↑ Zr ＋ 6 HF ＝ [ZrF6]2－ ＋ 2 H＋ ＋ 2 H2↑ 2 用 途： ①　钛及其合金广泛地用于制造喷气发动机、超音速飞机和潜水艇(防雷达、防磁性水雷)以及海军化工设备。 　②　钛与生物体组织相容性好，结合牢固，用于接骨和制造人工关节；钛具有隔热、高度稳定、质轻、坚固等特性，由纯钛制造的假牙是任何金属材料无法比拟的，所以钛又被称为“生物金属”。因此，继 Fe、Al 之后，预计 Ti 将成为应用广泛的第三金属。 钛合金 3　钛单质的制备 ①　从钛铁矿中提二氧化钛 ②　通过氧化物来制备金属钛 (海绵状钛) TiCl4 在 950℃ 真空分馏纯化 1000℃下真空蒸馏除去 Mg、MgCl2， 电弧熔化铸锭 TiCl4 ＋ 2 Mg Ti ＋ 2 MgCl2 800 ℃ Ar TiCl4 海绵钛 Mg(l) MgCl2(l) 制备海绵钛反应器 示意图 Ar 在充氩气的密封 炉中用熔融Mg(Na) 还原 22—1—2 钛副族元素的重要化合物 TiO2： 金红石、锐钛矿、板钛矿 金红石的