大学无机化学经典课件第10章 过渡元素

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1、IVB钛Ti锆Zr铪Hf(n-1)d2ns2本族特征氧化态+410.1钛分族1.概述四川攀枝花,钒钛铁矿（FeTiO3）储量约15亿吨。钛是未来的钢铁:质轻,抗腐蚀,硬度大，是宇航、航海、化工设备等的理想材料。第10章过渡元素钛合金还有记忆功能（Ti-Ni合金）、超导功能（Nb-Ti合金）和储氢功能（Ti-Mn、Ti-Fe等）。钛能与骨骼肌肉生长在一起，称为“生物金属”。TiHFH2TiF6+H2浓HCl△TiCl3(紫红)+H2↑Cu2+TiO2++CuCl↓TiO2H2SO4TiOSO4NaOH△Na2TiO3BaCO3BaTiO3+CO2Ti

2、Cl4+H2O=TiO2·H2O+HClTiCl4+Zn=TiCl3+ZnCl2TiO2++H2O2=橘红色，用来鉴定Ti[TiO(H2O2)]2+2.主要性质它属于简单四方晶系（a=b≠c，α=β=γ=90℃）。氧原子呈畸变的六方密堆积，钛原子占居一半的八面体空隙，而氧原子周围有3个近于正三角形配位的钛原子，所以钛和氧的配位数分别为6和3。TiO2是钛的重要化合物，俗称钛白或钛白粉，由于它耐化学腐蚀性、热稳定性、抗紫外线粉化及折射率高等方面显示出良好的性能，因而广泛应用。自然界中TiO2有三种晶型，金红石型、锐钛矿型和板钛矿型，其中最重要的是金红

3、石型。钛铁矿浓H2SO4FeTiO3+3H2SO4=TiOSO4+FeSO4+3H2OFeO、Fe2O3+H2SO4=FeSO4，Fe2(SO4)3Fe3+Fe2+TiO2+SO42-FeFe2+TiO2+SO42冷却FeSO4·7H2O↓TiO2+SO42-H2OH2TiO3↓TiOSO4+2H2O=H2TiO3↓+H2SO4煅烧TiO2△H2TiO3=TiO2+H2O缺点？3.钛铁矿制备TiO2副产物的利用及环境保护问题。TiO2(s)+2Cl2(g)+2C=TiCl4+2CO↑ArMg△MgCl2+Ti(1)不加碳,可行否?TiO2(s)+2

4、Cl2(g)=TiCl4(l)+O2(2)直接用C还原可行否？TiO2+2C=Ti(s)+2CO(g)4.金红石制取金属钛(氧化法)不加C:△H=141kJ·mol-1△S=-39.191J·K-1·mol-1，在标准态下的任何温度反应都不能自发进行。加入C：△H=-72.1kJ·mol-1△S=220J·K-1·mol-1，任何温度均自发，实际温度1173~1273K。热力学是可行的，但温度高：Ti+C=TiC(3)为什么在Mg还原时要在Ar气氛中？如果在空气中，高温Ti，Mg均与空气中O2，N2作用(4)Ti与Mg如何分离？(5)工业上从钛铁矿

5、制备TiCl4中，含有FeCl3、SiCl4、AlCl3、VOCl3、VOCl2副产物，如何分离？TiCl4FeCl3SiCl4AlCl3VOCl3VOCl2b.p/K409583329453400423但TiCl4与VOCl3接近，分馏困难，还原为四价易于分离：2VOCl3+Cu=2VOCl2+CuCl2真空蒸馏利用沸点差别或加入稀盐酸Mg溶解用分馏方法分离10.2钒分族VBV钒3d34s2Nb铌4d45s1Ta钽5d36s2钒钢——坚硬，韧性好，抗腐蚀性好V2O5是工业重要催化剂V2O5NaOHNa3VO4H2SO4(VO2)2SO4V2O5+

6、6HCl==2VOCl2+Cl2+H2O离子色彩丰富：V2+紫、V3+绿、VO2+蓝、VO2+、VO3-黄酸根极易聚合：V2O74-、V3O93-、V10O286-pH下降，聚合度增加，颜色从无色→黄色→深红，酸度足够大时为VO2+10.3铬分族ⅥB铬Cr3d54s1钼Mo4d55s1钨W5d46s2铬在自然界存在FeO·Cr2O3或FeCrO4铬铁矿辉钼矿MoS2(Fe，Mn)WO4黑钨矿CaWO4白钨矿1.存在-0.13V-1.1V-1.4VEBθ：CrO42-————Cr(OH)3————Cr(OH)2————Cr-1.2V

7、CrO2-酸性介

8、质氧化性强，碱性介质还原性强1.33V-0.41V-0.91VEAθ:Cr2O72-————Cr3+————Cr2+————CrCr(Ⅱ)：Cr2+Cr(Ⅲ)：Cr3+（酸性介质）CrO2-、[Cr(OH)4-]（碱性介质）Cr(Ⅵ)：Cr2O72-（酸性介质）CrO42-（碱性介质）2.铬的氧化态与形态变化Cr3+OH-Cr(OH)3↓灰蓝OH-CrO2-[Cr(OH)4-]H+H+Cr2O72-氧化剂还原氧化剂CrO42-H2O2OH-+H2O2H++2H+酸性介质Cr3+S2O82-Cr2O72-+SO42-MnO4-+H+Cr2O72-+M

9、n2+碱性介质CrO2-H2O2CrO42-+H2OBr2CrO42-+Br-Ag+Cr2O72-+H+I-H2SH2SO