無機化學(xué)鈦釩

無機化學(xué)鈦釩第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-2-1鈦族、釩族元素概述13-2-1鈦族、釩族元素概述*d區(qū)ⅣBTiZrHfRf鈦鋯鉿ⅤBVNbTaDb釩鈮鉭Rf、Db為人工合成放射性元素稀有金屬分散稀有元素第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日d區(qū)ⅣBTiZrHfRf鈦鋯鉿ⅤBVNbTaDb釩鈮鉭于1789年被發(fā)現(xiàn)，到1910年才制得純鈦其含量比較豐富,列第十位。含量比Ni、Cu、Zn、Pb、Sn、Hg等常見元素的還多因為它難提煉,應(yīng)用晚,所以稱稀有元素。13-2-1鈦族、釩族元素概述第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日鈦(Ti)提取鈦礦比較分散，重要的礦石有：金紅石(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)、釩鈦鐵礦(攀枝花)

通常采用TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO9000CTiCl4+2MgTi+2MgCl2Ar氣、6000C第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日鈦(Ti)具有光澤的銀白色金屬密度小、硬度大，表面形成一層氧化物保護膜，抗腐蝕性強，可用來制造超音速飛機、潛艇和化工設(shè)備為“生物金屬”，易與肌肉生長在一起，可用作人工關(guān)節(jié)室溫下穩(wěn)定，高溫下可與許多非金屬和水蒸氣反應(yīng)第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日鈦(Ti)與HNO3反應(yīng)，生成H2TiO3，純化室溫下能緩慢溶于濃HCl或熱、稀HClTi+4HNO3

→

H2TiO3+4NO2+H2O溶于HF酸Ti+6HF→2H++[TiF6]2

+2H22Ti+6HCl→2TiCl3+3H2第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日鋯(Zr)、鉿(Hf)鋯用作耐腐蝕材料和反應(yīng)堆核燃元件的外殼材料鉿用作反應(yīng)堆的控制棒鋯和鉿性質(zhì)相似，分離困難分離方法目前主要有：離子交換法:用強堿型酚醛樹脂R-N(CH3)3+Cl-作陰離子交換劑2.溶劑萃取法：用三辛胺萃取鋯的硫酸鹽第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日釩(V)海洋生物、海參、海鞘等能從海水中攝取釩，濃集到血液中，據(jù)測定，海參、海鞘等燒成的灰分中，含釩量高達15%

具有光澤的銀灰色金屬,熔點高、硬度大可以刻劃玻璃和石英純釩富有延展性，但含大量雜質(zhì)時,非常脆，一敲就碎在地殼中分布分散，沒有富礦，幾乎所有的鐵礦都含有釩第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日釩(V)某些釩的化合物具有重要的生理作用，如膽固醇的生物合成主要用作制造釩鋼，其具有強度大、彈性好、抗磨損、抗沖擊等優(yōu)點，用于汽車、飛機等的制造釩的化合物有毒，吸多了，會得肺水腫常溫下不與堿、非氧化性酸作用，能溶于氫氟酸、濃硝酸、濃硫酸和王水第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日鈮(Nb)、鉭(Ta)鈮是某些硬質(zhì)鋼的組成元素，特別是耐高溫的特種鋼鉭具有低生理反應(yīng)和不被人體排斥性能，用于制作修復(fù)骨骼的金屬板材、縫合神經(jīng)的絲和箔鈮和鉭性質(zhì)類似，分離困難第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-2-2鈦的重要化合物13-2-2鈦的重要化合物鈦(Ti)——價電子構(gòu)型3d24s2氧化數(shù)+4+3主要化合物TiO2MIITiO3TiOSO4TiCl4TiCl3第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日二氧化鈦(TiO2)—鈦白性質(zhì)純TiO2是白色難熔固體，難溶于水有三種晶形,金紅石、銳鈦型、板鈦型兩性，以堿性為主TiO2+2NaOH(濃)Na2TiO3+H2O△溶于濃堿難溶于稀酸，可溶于濃硫酸TiO2+H2SO4(濃)TiOSO4+H2O△(硫酸氧鈦)生成TiO2+,而不是Ti4+因為電荷多、半徑小，極易水解

Ti4++H2O?Ti(OH)3++H+Ti(OH)3++H2O?Ti(OH)22++H+

-H2O

TiO2+

第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日二氧化鈦(TiO2)—鈦白性質(zhì)純TiO2是白色難熔固體，難溶于水有三種晶形,金紅石、銳鈦型、板鈦型兩性，以堿性為主可溶于氫氟酸TiO2+6HF→[TiF6]2-+2H+

+2H2O化學(xué)性質(zhì)不活潑,覆蓋能力強、折射率高、無毒，可制造高級白色油漆和白色顏料具有半導(dǎo)體性能，是光催化反應(yīng)常用的半導(dǎo)體材料是乙醇脫水、脫氫的催化劑第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日二氧化鈦(TiO2)—硫酸法制取鈦鐵礦(FeTiO3)用濃H2SO4煮沸、過濾FeSO4+TiOSO4煮沸H2TiO3FeSO4TiOSO4冷卻、減壓蒸發(fā)、過濾過濾、烘干、焙燒TiO2FeTiO3+2H2SO4(濃)FeSO4+TiOSO4+2H2O煮沸TiOSO4+2H2OH2TiO3+H2SO4煮沸H2TiO3TiO2+H2O焙燒第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日二氧化鈦(TiO2)—氯化法制取金紅石(TiO2)C+Cl2粗TiCl4凈化通O2焙燒TiO2TiCl4+O2TiO2+2Cl2焙燒TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO△第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日鈦酸鹽和鈦氧鹽鈦酸鹽大多難溶于水如BaTiO3是難溶于水的白色固體介電常數(shù)高,是最重要的壓電陶瓷材料硫酸氧鈦(TiOSO4)為白色粉末可溶于冷水在水溶液中TiO2+以鋸齒狀長鏈(TiO)n2n+形式存在

TiTiTiOOOOOTiTiTi均易水解，生成白色偏鈦酸沉淀Na2TiO3+2H2O

→

H2TiO3+2NaOHTiOSO4+2H2O

H2TiO3+H2SO4△第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日四氯化鈦制取性質(zhì)：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO高溫為易揮發(fā)的共價型分子化合物2.室溫下為無色液體，易揮發(fā)，有刺激性氣味，易溶于有機溶劑3.極易水解，在潮濕的空氣中冒白煙TiCl4+3H2O→H2TiO3+4HCl可用于制造煙霧4.是制備金屬鈦及其化合物的重要原料,有機反應(yīng)催化劑第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日三氯化鈦(紫色)制取1.在500～800℃用氫氣還原干燥TiCl4氣體2TiCl4+H22TiCl3+2HCl△2.將鈦溶于熱、濃HCl4Ti3+

+2H2O+

O2

→

4TiO2+

+4H+3.在HCl溶液中用Zn還原Ti(Ⅳ)2TiO2+

+4H+

+

Zn→2Ti3+

+Zn2++2H2O性質(zhì)：較強還原性，易被空氣氧化2Ti

+6H+

→

2Ti3+

+3H2第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日13-2-3釩、鈮、鉭的重要化合物13-2-3釩、鈮、鉭的重要化合物釩(V)——價電子構(gòu)型3d34s2主要氧化數(shù)：+5、+3、+2化合物具有各種美麗的顏色氧化數(shù)+1+2+3+4+5顏色棕灰黑藍紅氧化物V2OVOV2O3VO2V2O5第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日五氧化二釩(V2O5)橙黃至磚紅色固體，無味、有毒微溶于水,其水溶液呈淡黃色,顯酸性兩性，以酸性為主溶于冷、強堿——生成無色正釩酸根V2O5+6OH-

→

2VO43-

+3H2O溶于熱、強堿——生成黃色偏釩酸根V2O5+2OH-

→

2VO3-

+H2O溶于強酸——生成淡黃色VO2+V2O5+2H+

→

2VO2+

+H2O第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日五氧化二釩(V2O5)橙黃至磚紅色固體，無味、有毒微溶于水,其水溶液呈淡黃色,顯酸性兩性，以酸性為主中強氧化劑在硫酸工業(yè)中用作催化劑；石油化工中設(shè)備的緩蝕劑V2O5+6H++2Cl-→

2VO2++Cl2+3H2O藍色V2O5可被熱還原為低氧化態(tài)的氧化物

V2O5

VO2

V2O3VOSO2H2V

橙黃色

藍色黑色灰色第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日釩酸鹽不同氧化數(shù)釩的鹽具有不同的顏色VO43-VO2+VO2+V3+V2+淺黃黃藍綠紫縮合性在一定條件下，向釩酸鹽溶液中加H+pH>1212～1092.2<1離子VO43-

V2O74-

V3O92-

H2V10O284-

VO2+顏色淺黃

紅色逐漸加深

黃

pH值增加，縮合程度增大，溶液顏色由磚紅色淺黃黃色第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日釩酸鹽不同釩酸鹽具有不同的顏色縮合性VO2+在強酸性溶液中有氧化性釩酰離子亞釩酰離子黃色藍色VO2++Fe2+

+2H+

→

VO2+

+Fe3++H2OVO2++H2C2O4+2H+

→

2VO2++2CO2

+2H2O第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日釩酸鹽不同釩酸鹽具有不同的顏色縮合性VO2+在強酸性溶液中有氧化性VO2+有弱氧化、還原性氧化性2VO2++Sn2+