高中化学课件：钛族

1、15.2钛族钛族 钛族，包括钛（钛族，包括钛（ti）、锆（）、锆（zr）、）、铪（铪（hf），是），是d区区b族元素，价族元素，价电子层结构为电子层结构为(n-1)dns。 本节重点介绍钛。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。钒钛磁铁矿岩钒钛磁铁矿岩15.2

2、.2钛的性质和用途物理性质：熔点高、密度小，具有许多优物理性质：熔点高、密度小，具有许多优异性能（比铁轻，是铁的强度的异性能（比铁轻，是铁的强度的2倍倍 铝的铝的5倍，并且具有无可比拟的抗腐蚀性能）。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、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受超低温，用于制备盛放液氮和液氧等的器皿。器皿。化学性质：抗腐蚀性，无毒，具有相容性，化学性质：抗腐蚀性，无毒，具有相容性，被誉为被誉为“生物金属生物金属”。在医学上可用钛代。在医学上

3、可用钛代替损坏的骨骼，制成人工关节等。替损坏的骨骼，制成人工关节等。 钛是活泼金属，其标准电极电势为钛是活泼金属，其标准电极电势为-1.63v，具有很强的还原，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，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。钛与使其在室温下不与水、稀酸和碱反应。钛与hf能生成配合能生成配合物物tif62-二可溶于氢氟酸或酸性氧化物溶液中：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：钛与浓硝酸反应很慢，但能溶于热的浓硝酸： 2ti+6hc

4、l(热浓热浓)=2ticl3+3h2钛在高温下可与非金属（如钛在高温下可与非金属（如n2、o2、b、h2、s、卤素等）、卤素等）反应，产物碳化钛反应，产物碳化钛tic、氮化钛、氮化钛tin、硼化钛、硼化钛tib，质硬、难，质硬、难溶、稳定，成为金属陶瓷。氮化钛为青铜色涂层能仿金。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钛与氢反应形成非整比的氢化物tih2，可作为储氢材料，与，可作为储氢材料，与s、卤素生成硫化钛、卤素生成硫化钛tis2和卤化钛（和卤化钛（ticl4、ticl3等）。与等）。与氧反应生成氧反应生成tio2 .因为钛与氧、氯、氮、氢有很大的亲和

5、力，因为钛与氧、氯、氮、氢有很大的亲和力，使炼制纯金属很难。使炼制纯金属很难。钛的应用钛的应用长征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金属钛的制备金属钛的制备 大规模生产钛一般采用金属热还原法：首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先将碳粉混合加热至10001100，进行，进行氯化处理制备氯化处理制备ticl4。此步氯化反应必须有。此步氯化反应必须有碳粉的参与，然后用金属镁或钠在碳粉的参与，然后用金属镁或钠在1070k，氩气氛中还原得到钛。反应式为：氩气氛中还原得到钛。反应式为： tio2(s)+2c(

6、s)+2cl2(g)=ticl4(g)+2co(g)(10001100k) ticl4(i)+2mg(s)=2mgcl2(s)+ti(s) (1070k ar)过量的过量的mg 和和mgcl2用稀盐酸处理除去，得到用稀盐酸处理除去，得到“海绵钛海绵钛”。海绵钛，纯度海绵钛，纯度%（质量）（质量）99.1 99.7现价现价7600073000元元/吨吨钢铁价格钢铁价格4360元元/吨吨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，有称钛白，在自然界有三种晶体：金红石，锐钛矿和板钛

7、矿。天然锐钛矿和板钛矿。天然tio2是金红石，属于简是金红石，属于简单四方晶体，是典型的单四方晶体，是典型的ab2型化合物结构，常型化合物结构，常称之为金红石结构，纯称之为金红石结构，纯tio2为白色，受热变黄为白色，受热变黄色，冷却又变白色。可用于制造高级白色涂料，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，在陶瓷中加入也可用作纸张的填充剂，在陶瓷中加入tio2可可提高其耐酸性。提高其耐酸性。tio2最大的优点是无毒。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，粒子具有半导体性能，且催化活性高、稳定性好，锐钛矿型锐钛矿型tio2是目前多相光催化

8、反应中研究和是目前多相光催化反应中研究和应用最广的一类催化剂。应用最广的一类催化剂。tio2不溶于水和稀酸，不溶于水和稀酸，可溶于热的浓硫酸：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。金红石金红石 纯度：纯度：95%以上以上钛白粉钛白粉 ticl4是无色液体，熔点是无色液体，熔点250k，沸点，沸点409k，有刺激气味，在水或潮湿空气中极，有刺激气味，在水或潮湿空气中极易水解：易水解： ticl4+3h2o=h2tio3+4hcl ti（）化合物在酸性溶液中与）化合物在酸性溶液中与h2o2反反应生成比较稳定的橘黄色配合物：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氨水则生成黄色的过氧钛酸h4tio5沉淀，沉淀，这是定性检出钛的灵敏方法。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