高中化学课件：钛族.ppt

15.2钛族,钛族，包括钛（ti）、锆（zr）、铪（hf），是d区b族元素，价电子层结构为(n-1)dns。 本节重点介绍钛。,15.2.1钛在自然界中的存在,位于b族的钛，在自然界中的丰度（即元素的相对含量 ）为0.632%，金属中次于铝、铁、钙、钠、钾、镁，所有元素中排第九。钛，在自然界中很分散，冶炼也很困难，因此是稀有金属。主要矿物有金红石（tio2）、钛铁矿（fetio3）和钒钛铁矿。中国钛产量居世界第一，在四川攀枝花地区有储量极大的钒钛磁铁矿（钛约占6.25%），约57亿吨。,钒钛磁铁矿岩,15.2.2钛的性质和用途,物理性质：熔点高、密度小，具有许多优异性能（比铁轻，是铁的强度的2倍 铝的5倍，并且具有无可比拟的抗腐蚀性能）。因此，广泛应用与制造航天飞机、火箭、导弹、潜艇、轮船和化工设备。钛还能承受超低温，用于制备盛放液氮和液氧等的器皿。 化学性质：抗腐蚀性，无毒，具有相容性，被誉为“生物金属”。在医学上可用钛代替损坏的骨骼，制成人工关节等。,钛是活泼金属，其标准电极电势为-1.63v，具有很强的还原性，在空气中能迅速与氧反应生成致密的氧化物膜而钝化，使其在室温下不与水、稀酸和碱反应。钛与hf能生成配合物tif62-二可溶于氢氟酸或酸性氧化物溶液中： ti+6hf=tif62-+2h+2h2 钛与浓硝酸反应很慢，但能溶于热的浓硝酸： 2ti+6hcl(热浓)=2ticl3+3h2 钛在高温下可与非金属（如n2、o2、b、h2、s、卤素等）反应，产物碳化钛tic、氮化钛tin、硼化钛tib，质硬、难溶、稳定，成为金属陶瓷。氮化钛为青铜色涂层能仿金。钛与氢反应形成非整比的氢化物tih2，可作为储氢材料，与s、卤素生成硫化钛tis2和卤化钛（ticl4、ticl3等）。与氧反应生成tio2 .因为钛与氧、氯、氮、氢有很大的亲和力，使炼制纯金属很难。,钛的应用,长征2号ft1火箭,美国“奋进”号航天飞机,钛合金,人造关节,中国目前最大载 重火箭，有效载 重8.6吨。,15.2.3金属钛的制备,大规模生产钛一般采用金属热还原法：首先将碳粉混合加热至10001100，进行氯化处理制备ticl4。此步氯化反应必须有碳粉的参与，然后用金属镁或钠在1070k，氩气氛中还原得到钛。反应式为： tio2(s)+2c(s)+2cl2(g)=ticl4(g)+2co(g)(10001100k) ticl4(i)+2mg(s)=2mgcl2(s)+ti(s) (1070k ar) 过量的mg 和mgcl2用稀盐酸处理除去，得到“海绵钛”。,海绵钛，纯度%（质量）99.1 99.7 现价7600073000元/吨 钢铁价格4360元/吨,15.2.4钛的重要化合物,钛的重要化合物有tio2，tioso4（硫酸氧钛），ticl4以及偏钛酸盐fetio3等。,tio2有称钛白，在自然界有三种晶体：金红石， 锐钛矿和板钛矿。天然tio2是金红石，属于简 单四方晶体，是典型的ab2型化合物结构，常 称之为金红石结构，纯tio2为白色，受热变黄 色，冷却又变白色。可用于制造高级白色涂料， 也可用作纸张的填充剂，在陶瓷中加入tio2可 提高其耐酸性。tio2最大的优点是无毒。 tio2 粒子具有半导体性能，且催化活性高、稳定性好， 锐钛矿型tio2是目前多相光催化反应中研究和 应用最广的一类催化剂。tio2不溶于水和稀酸， 可溶于热的浓硫酸：,tio2+h2so4(热浓)=tioso4+h2o 从溶解中析出的是tioso4h2o的白色粉末。在tioso4h2o晶体中，tio2+离子实际不是单个离子，而是钛原子间通过氧原子而结合起来的链状聚合物： ti ti o o o o o ti ti 这些长链在晶体中彼此之间由so42-离子连接起来，每个so42-与3个钛相接触，结晶中的水分子则与钛缔合。,金红石 纯度：95%以上,钛白粉,ticl4是无色液体，熔点250k，沸点409k，有刺激气味，在水或潮湿空气中极易水解： ticl4+3h2o=h2tio3+4hcl ti（）化合物在酸性溶液中与h2o2反应生成比较稳定的橘黄色配合物： tio2+h2o2=tio(h2o2)2+ 利用此反应可进行钛的比色分析。加入氨水则生成黄色的过氧钛酸h4tio5沉淀，这是定性检出钛的灵敏方法。,在酸性溶液中，用铝等强还原剂可将ti（）还原成紫红色的ti3+： 3tio2+6h+al=3ti3+