高中化學課件：鈦族

1、15.2鈦族鈦族 鈦族，包括鈦（鈦族，包括鈦（ti）、鋯（）、鋯（zr）、）、鉿（鉿（hf），是），是d區(qū)區(qū)b族元素，價族元素，價電子層結(jié)構(gòu)為電子層結(jié)構(gòu)為(n-1)dns。 本節(jié)重點介紹鈦。本節(jié)重點介紹鈦。15.2.1鈦在自然界中的存在 位于b族的鈦，在自然界中的豐度（即元素的相對含量 ）為0.632%，金屬中次于鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂，所有元素中排第九。鈦，在自然界中很分散，冶煉也很困難，因此是稀有金屬。主要礦物有金紅石（tio2）、鈦鐵礦（fetio3）和釩鈦鐵礦。中國鈦產(chǎn)量居世界第一，在四川攀枝花地區(qū)有儲量極大的釩鈦磁鐵礦（鈦約占6.25%），約57億噸。釩鈦磁鐵礦巖釩鈦磁鐵礦巖15.2

2、.2鈦的性質(zhì)和用途物理性質(zhì)：熔點高、密度小，具有許多優(yōu)物理性質(zhì)：熔點高、密度小，具有許多優(yōu)異性能（比鐵輕，是鐵的強度的異性能（比鐵輕，是鐵的強度的2倍倍 鋁的鋁的5倍，并且具有無可比擬的抗腐蝕性能）。倍，并且具有無可比擬的抗腐蝕性能）。因此，廣泛應(yīng)用與制造航天飛機、火箭、因此，廣泛應(yīng)用與制造航天飛機、火箭、導彈、潛艇、輪船和化工設(shè)備。鈦還能承導彈、潛艇、輪船和化工設(shè)備。鈦還能承受超低溫，用于制備盛放液氮和液氧等的受超低溫，用于制備盛放液氮和液氧等的器皿。器皿。化學性質(zhì)：抗腐蝕性，無毒，具有相容性，化學性質(zhì)：抗腐蝕性，無毒，具有相容性，被譽為被譽為“生物金屬生物金屬”。在醫(yī)學上可用鈦代。在醫(yī)學上

3、可用鈦代替損壞的骨骼，制成人工關(guān)節(jié)等。替損壞的骨骼，制成人工關(guān)節(jié)等。 鈦是活潑金屬，其標準電極電勢為鈦是活潑金屬，其標準電極電勢為-1.63v，具有很強的還原，具有很強的還原性，在空氣中能迅速與氧反應(yīng)生成致密的氧化物膜而鈍化，性，在空氣中能迅速與氧反應(yīng)生成致密的氧化物膜而鈍化，使其在室溫下不與水、稀酸和堿反應(yīng)。鈦與使其在室溫下不與水、稀酸和堿反應(yīng)。鈦與hf能生成配合能生成配合物物tif62-二可溶于氫氟酸或酸性氧化物溶液中：二可溶于氫氟酸或酸性氧化物溶液中： ti+6hf=tif62-+2h+2h2鈦與濃硝酸反應(yīng)很慢，但能溶于熱的濃硝酸：鈦與濃硝酸反應(yīng)很慢，但能溶于熱的濃硝酸： 2ti+6hc

4、l(熱濃熱濃)=2ticl3+3h2鈦在高溫下可與非金屬（如鈦在高溫下可與非金屬（如n2、o2、b、h2、s、鹵素等）、鹵素等）反應(yīng)，產(chǎn)物碳化鈦反應(yīng)，產(chǎn)物碳化鈦tic、氮化鈦、氮化鈦tin、硼化鈦、硼化鈦tib，質(zhì)硬、難，質(zhì)硬、難溶、穩(wěn)定，成為金屬陶瓷。氮化鈦為青銅色涂層能仿金。溶、穩(wěn)定，成為金屬陶瓷。氮化鈦為青銅色涂層能仿金。鈦與氫反應(yīng)形成非整比的氫化物鈦與氫反應(yīng)形成非整比的氫化物tih2，可作為儲氫材料，與，可作為儲氫材料，與s、鹵素生成硫化鈦、鹵素生成硫化鈦tis2和鹵化鈦（和鹵化鈦（ticl4、ticl3等）。與等）。與氧反應(yīng)生成氧反應(yīng)生成tio2 .因為鈦與氧、氯、氮、氫有很大的親和

5、力，因為鈦與氧、氯、氮、氫有很大的親和力，使煉制純金屬很難。使煉制純金屬很難。鈦的應(yīng)用鈦的應(yīng)用長征2號ft1火箭美國“奮進”號航天飛機鈦合金人造關(guān)節(jié)人造關(guān)節(jié)中國目前最大載重火箭，有效載重8.6噸。15.2.3金屬鈦的制備金屬鈦的制備 大規(guī)模生產(chǎn)鈦一般采用金屬熱還原法：首大規(guī)模生產(chǎn)鈦一般采用金屬熱還原法：首先將碳粉混合加熱至先將碳粉混合加熱至10001100，進行，進行氯化處理制備氯化處理制備ticl4。此步氯化反應(yīng)必須有。此步氯化反應(yīng)必須有碳粉的參與，然后用金屬鎂或鈉在碳粉的參與，然后用金屬鎂或鈉在1070k，氬氣氛中還原得到鈦。反應(yīng)式為：氬氣氛中還原得到鈦。反應(yīng)式為： tio2(s)+2c(

6、s)+2cl2(g)=ticl4(g)+2co(g)(10001100k) ticl4(i)+2mg(s)=2mgcl2(s)+ti(s) (1070k ar)過量的過量的mg 和和mgcl2用稀鹽酸處理除去，得到用稀鹽酸處理除去，得到“海綿鈦海綿鈦”。海綿鈦，純度海綿鈦，純度%（質(zhì)量）（質(zhì)量）99.1 99.7現(xiàn)價現(xiàn)價7600073000元元/噸噸鋼鐵價格鋼鐵價格4360元元/噸噸15.2.4鈦的重要化合物 鈦的重要化合物有tio2，tioso4（硫酸氧鈦），ticl4以及偏鈦酸鹽fetio3等。tio2有稱鈦白，在自然界有三種晶體：金紅石，有稱鈦白，在自然界有三種晶體：金紅石，銳鈦礦和板鈦

7、礦。天然銳鈦礦和板鈦礦。天然tio2是金紅石，屬于簡是金紅石，屬于簡單四方晶體，是典型的單四方晶體，是典型的ab2型化合物結(jié)構(gòu)，常型化合物結(jié)構(gòu)，常稱之為金紅石結(jié)構(gòu)，純稱之為金紅石結(jié)構(gòu)，純tio2為白色，受熱變黃為白色，受熱變黃色，冷卻又變白色?？捎糜谥圃旄呒壈咨苛希?，冷卻又變白色?？捎糜谥圃旄呒壈咨苛希部捎米骷垙埖奶畛鋭?，在陶瓷中加入也可用作紙張的填充劑，在陶瓷中加入tio2可可提高其耐酸性。提高其耐酸性。tio2最大的優(yōu)點是無毒。最大的優(yōu)點是無毒。 tio2粒子具有半導體性能，且催化活性高、穩(wěn)定性好，粒子具有半導體性能，且催化活性高、穩(wěn)定性好，銳鈦礦型銳鈦礦型tio2是目前多相光催化

8、反應(yīng)中研究和是目前多相光催化反應(yīng)中研究和應(yīng)用最廣的一類催化劑。應(yīng)用最廣的一類催化劑。tio2不溶于水和稀酸，不溶于水和稀酸，可溶于熱的濃硫酸：可溶于熱的濃硫酸： tio2+h2so4(熱濃)=tioso4+h2o從溶解中析出的是tioso4h2o的白色粉末。在tioso4h2o晶體中，tio2+離子實際不是單個離子，而是鈦原子間通過氧原子而結(jié)合起來的鏈狀聚合物： ti ti o o o o o ti ti 這些長鏈在晶體中彼此之間由so42-離子連接起來，每個so42-與3個鈦相接觸，結(jié)晶中的水分子則與鈦締合。金紅石金紅石 純度：純度：95%以上以上鈦白粉鈦白粉 ticl4是無色液體，熔點是無色液體，熔點250k，沸點，沸點409k，有刺激氣味，在水或潮濕空氣中極，有刺激氣味，在水或潮濕空氣中極易水解：易水解： ticl4+3h2o=h2tio3+4hcl ti（）化合物在酸性溶液中與）化合物在酸性溶液中與h2o2反反應(yīng)生成比較穩(wěn)定的橘黃色配合物：應(yīng)生成比較穩(wěn)定的橘黃色配合物： tio2+h2o2=tio(h2o2)2+ 利用此反應(yīng)可進行鈦的比色分析。加入利用此反應(yīng)可進行鈦的比色分析。加入氨水則生成黃色的過氧鈦酸氨水則生成黃色的過氧鈦酸h4tio5沉淀，沉淀，這是定性檢出鈦的靈敏方法。這是定性檢出鈦的靈敏方法。 在酸性溶液中，用鋁等強還原劑