第22章 钛副族和钒副族.ppt

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1、第22章钛副族和钒副族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WilliamGregor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.deBoer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.VonHevesy用

2、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

3、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)；3Ti＋2N2＝Ti3N4(点燃)Ti＋4Cl2＝TiCl4(300oC)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。2Ti＋6HCl＝2TiCl3(紫色)＋3H2↑Ti＋6HNO3＝[TiO(NO3)2]＋4

4、NO2↑＋3H2OTi＋6HF＝[TiF6]2－＋2H＋＋2H2↑Zr＋6HF＝[ZrF6]2－＋2H＋＋2H2↑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

5、去Mg、MgCl2，电弧熔化铸锭TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2800℃ArTiCl4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、板钛矿金红石的晶胞(1)二氧化钛(TiO2)其中最重要的金红石属四方晶系，Ti的配位数6，氧的配位数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。1氧化物性质：①TiO2不溶于水或酸，但溶于热浓硫酸或熔化的KHSO4中TiO2＋H2SO4＝TiOSO4＋H2O②TiO2＋BaCO3＝BaTiO3(偏

6、钛酸钡)＋CO2↑压电材料，用于超声波发生装置偏钛酸钡用途：①TiO2的化学性质不活泼，且覆盖能力强、折射率高，可用于制造高级白色油漆。它兼有锌白(ZnO)的持久性和铅白[Pb(OH)2CO3]的遮盖性，最大的优点是无毒，在高级化妆品中作增白剂。②TiO2也用作高级铜板纸的表面覆盖剂，以及用于生产增白尼龙。③TiO2粒子具有半导体性能，且以其无毒、廉价、催化活性高、稳定性好等特点，成为目前多相光催化反应最常用的半导体材料。(2)二氧化锆(ZrO2)ZrO2有三种晶型：单斜(monoclinic)；四方(tetragonal)；立方(cubic)。三者之间可以相互转换物性:ZrO2

7、白色粉末，不溶于水，熔点很高。化性:除HF外不与其他酸作用。2卤化物(1)四氯化钛(TiCl4)物性：无色液体(mp：249K，bp：409.5K)，有刺鼻气味，极易水解，在潮湿空气中会发烟。TiCl4TiCl4＋2H2O＝TiO2＋4HCl(利用TiCl4的水解性，可制作烟幕弹)2TiCl4＋H2＝2TiCl3＋2HCl2TiCl4＋Zn＝2TiCl3＋ZnCl2可用作制备TiCl3化性：(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