無機(jī)化學(xué)課件：第20章 鈦副族和礬副族

1、Ti副族、V副族第一節(jié)、Ti分族w B 族w Ti Zr Hfw 價(jià)電層結(jié)構(gòu): (n-1)d2ns2 一、單質(zhì)Ti的性質(zhì)和用途 1、含量和物理性質(zhì)：地殼含量（0.63%）僅次于Fe的過渡元素，稱第三金屬（Fe、Al）。 物理性質(zhì)：密度小，強(qiáng)度大，比鋼輕、強(qiáng)度大、耐高溫耐腐蝕、作航空材料、潛艇、深水探測(cè)器和化工設(shè)備2、化學(xué)性質(zhì)w （1）不與H2O 稀HCl、 H2SO4 、HNO3作用-致密的氧化膜。 w 與O、Cl、N、H的親合力大-脫氧、脫氮?jiǎng)掍摚灰睙捈僒i困難的原因。 w （2）可溶于濃的HCl， H2SO4 、HNO3和王水特別易溶于加有HF的酸中。 Ti + HF TiF62-

2、+ H2 （同Si） Ti + HCl TiCl3+ H2 Ti + H2SO4 Ti2 (SO4) 3 + SO2 + H2O Ti + HNO3 H2TiO3 + NO2 + H2O Ti + HCl + HNO3 TiCl4 + NOCl + H2O 3、Ti的提取w TiO2 + Cl2 + C TiCl4 + COw TiCl4 + Mg MgCl2 + Tiw 熔鹽電解（ CaCl2+ TiO2）w TiO2 可由鈦鐵礦（702）二、二氧化鈦w 天然的二氧化鈦稱為金紅石，是一種桃紅色的八面體晶體，有時(shí)因含有微量的Fe、Nb、Sn、V、Cr等雜質(zhì)而呈黑色。P703w 經(jīng)過化學(xué)處理制造

3、出來的純凈二氧化鈦是雪白色的粉末（冷時(shí)為白色，受熱時(shí)則為淺黃色，俗稱鈦白粉鈦白的特點(diǎn)w 雪白。鈦白是世界上最白的東西，1g鈦白就可以把450多平方厘米的面積涂得雪白，其遮蓋性大于鋅白，持久性高于鉛白，是一種寶貴的白色顏料。w 粘附性很強(qiáng)。w 不易起化學(xué)變化。w 無毒。P704TiO2的用途w 704高級(jí)白色顏料w 白色橡膠、高級(jí)紙張、化妝品等的填充劑w 合成纖維的消光劑w 又因TiO2的熔點(diǎn)很高（1800，還常被用來制造耐火玻璃、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿、瓷釉、琺瑯等。w 催化劑TiO2的性質(zhì)w 二氧化鈦不溶于水或稀酸，但能溶于氫氟酸和熱的濃硫酸以及熔融的KOH中，顯兩性。704TiO2 + 6HF

4、= H2TiF6 + 2H2OTiO2 + H2SO4 = TiOSO4 + H2O TiO2 + 2H2SO4 = Ti(SO4 )2 + H2OTiO2 + KOH = K2TiO3+ H2O三鈦酸(TiO2 xH2O)w 新鮮水合二氧化鈦，即型鈦酸，或稱為正鈦酸。既能溶于酸也能溶于濃堿而具有兩性。 TiOSO4 + nH2O + 2NaOH = TiO2.nH2O + Na2SO4 + H2OTiO2.nH2O + NaOH Na2TiO3.nH2O TiO2.nH2O + BaCO3熔融BaTiO3 + CO2w 偏鈦酸，即型鈦酸。分子式也常寫成H2TiO3。 其反應(yīng)活性比型鈦酸小。

5、制取鈦白主要有兩種方法w 方法1、用干燥的氧氣與四氯化鈦在9231023K進(jìn)行氣相反應(yīng)制取TiO2。 TiCl4 + O2 = TiO2 + Cl2方法2、硫酸法：首先使磨細(xì)的鈦鐵礦與濃硫酸在343353K反應(yīng)制得可溶性硫酸鹽，然后降低溫度至273K以下，使FeSO47H2O結(jié)晶析出，這樣既除去了鈦液中的雜質(zhì)，又獲得了副產(chǎn)品綠礬。FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2OTiOSO4 + 2H2O = H2TiO3+H2SO4 H2TiO3 =TiO2 + H2O四、TiCl4w 共價(jià)化合物，四面體結(jié)構(gòu)，分子晶體w 極易水解-發(fā)煙，可作煙霧劑 TiCl4 +

6、 H2O H2TiO3 + HCl 特征反應(yīng)w TiO2+ + H2O2 TiO(H2O2)2+桔黃色 -定性檢驗(yàn)和比色分析，P686五、TiCl3一種紫色的粉末狀固體。 2TiCl4 + H2=2TiCl3 + 2HCl 2TiCl4 + Zn = 2TiCl3 + ZnCl2w TiCl3水溶液中有紫色、綠色兩種異構(gòu)體 紫色六水合三氯化鈦Ti(H2O)6Cl3綠色六水合三氯化鈦 Ti(H2O)5ClCl2H2O原因？ w Ti3+具有強(qiáng)還原性-在空氣中不穩(wěn)定,需保存在惰性氣中 (TiO2Ti3+)0.1V (Sn4+Sn2+)0.15V Ti3+ + Fe3+ TiO2+ + Fe2+ T

7、i3+ Cu2+ + Cl- CuCl + TiO2+ H+ 第二節(jié)、V分族w B 族w V Nb Ta w 價(jià)電層結(jié)構(gòu): (n-1)d3ns2 Nb（ 4d45s1） 一、釩（Vanadium）w 釩是一種銀灰色的金屬，在地殼中的豐度為0.015%，大大超過銅、鋅、鈣等普通元素的含量。w 大部分釩呈分散狀態(tài)(以氧化態(tài)3+，5+存在于礦物中)，且釩幾乎不生成自己的礦物而分散在鐵礦或鋁礦中。 釩被列為稀有金屬。-因提取和分離比較困難，釩的性質(zhì)w 室溫下釩的化學(xué)活潑性較低。不與空氣、水、苛性堿作用，也不和非氧化性的酸作用，但溶于氫氟酸、濃硫酸、硝酸和王水中。 2V + 6HF = 2H3VF6 +

8、 3H23V + 10HNO3 = 3VO(NO3)2 + 4NO+ 5H2Ow 在高溫時(shí)，釩能和大多數(shù)非金屬化合，并可與熔融的苛性堿發(fā)生作用。 2V + O2 =2VO 4V + 3O2 = 2V2O3 2V2O3 + O2 = 4VO2 4V + 5O2 = 2V2O5 V + 2Cl2 = VCl4釩的主要用途w 冶煉特種鋼。 釩鋼具有很大的強(qiáng)度、彈性、以及優(yōu)良的抗磨損和抗沖擊的性能。廣泛用于結(jié)結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、工具鋼、裝甲鋼和鋼軌構(gòu)鋼、彈簧鋼、工具鋼、裝甲鋼和鋼軌。特別對(duì)汽車和飛機(jī)制造業(yè)有重要意義。w 釩的鹽類的顏色五光十色，如二價(jià)釩鹽常呈紫色，三價(jià)釩鹽呈綠色，四價(jià)釩鹽呈淺藍(lán)色，而五氧化

9、二釩是紅色的。這些色彩繽紛的釩的化合物被制成鮮艷的顏料，把它們加到玻璃中制成彩色的玻彩色的玻璃璃，也可用來制造，也可用來制造彩色墨水彩色墨水。w 釩的化合物大多數(shù)都是有毒的，吸入人體中會(huì)使人得肺水腫病。二、V2O5w 五氧化二釩是釩的重要化合物之一。 它顯橙黃色或磚紅色，無嗅、無味、有毒。它大約在923K熔融，冷卻時(shí)結(jié)晶成橙色針狀結(jié)晶。它的結(jié)晶熱很大，當(dāng)迅速結(jié)晶時(shí)會(huì)因灼熱而發(fā)光。V2O5性質(zhì)w 微溶于水，每100g水能溶解0.07gV2O5，溶液呈黃色，顯酸性，pH值約為56。 V2O5 + 2H2O =HVO3 + H3VO4 （偏釩酸) （正釩酸）w V2O5為兩性偏酸性的氧化物，主要顯酸

10、性： V2O5 + 6NaOH = 2Na3VO4 + 3H2O 也具有微弱的堿性： V2O5 + H2SO4(pH1) = (VO2)2SO4 + H2Ow 較強(qiáng)的氧化性。 V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O三、釩酸鹽w 易縮合 VO43-+H+ pH8.4 V3O93- pH 3 -8 V10O186- pH=2 V2O5 pH=1 VO2+w 具有氧化性，還原產(chǎn)物與還原劑的還原性有關(guān) VO2+ + Fe 2+ + H+ VO2+ + Fe3+ 蘭色蘭色 VO2+ + I- + H+ V3+ + I2 綠色綠色 VO2+ + Zn + H+ V2+ + Zn2+ 紫色紫色 （蘭色蘭色 綠色綠色 紫色紫色）w 正釩酸根離子正釩酸根離子VO43-是水合離子易與是水合離子易與H2O2作用。作用。在弱堿性、中性或弱酸性溶液中：在弱堿性、中性或弱酸性溶液中