无机化学钛钒市公开课获奖课件

1、第二节钛族、钒族元素无机化学多媒体电子教案第十三章 过渡元素第二节钛族、钒族元素第1页第1页13-2-1 钛族、钒族元素概述13-2-1 钛族、钒族元素概述*d区BTiZrHfRf钛锆铪BVNbTaDb钒铌钽Rf、Db为人工合成放射性元素稀有金属分散稀有元素第2页第2页d区BTiZrHfRf钛锆铪BVNbTaDb钒铌钽于1789年被发觉，到19才制得纯钛其含量比较丰富,列第十位。含量比Ni、Cu、Zn、Pb、Sn、Hg等常见元素还多由于它难提炼,应用晚,因此称稀有元素。13-2-1 钛族、钒族元素概述第3页第3页钛(Ti)提取钛矿比较分散，主要矿石有：金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)

2、、钒钛铁矿(攀枝花) 通常采用TiO2 + 2C + 2Cl2 TiCl4 + 2CO9000CTiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2Ar气、6000C第4页第4页钛(Ti)含有光泽银白色金属密度小、硬度大，表面形成一层氧化物保护膜，抗腐蚀性强，可用来制造超音速飞机、潜艇和化工设备为“生物金属”，易与肌肉生长在一起，可用作人工关节室温下稳定，高温下可与许多非金属和水蒸气反应第5页第5页钛(Ti)与HNO3反应，生成H2TiO3，纯化室温下能缓慢溶于浓HCl或热、稀HCl Ti + 4HNO3 H2TiO3 +4NO2 + H2O溶于HF酸Ti + 6HF 2H+ + TiF62 + 2

3、H2 2Ti + 6HCl 2TiCl3 + 3H2第6页第6页锆(Zr)、铪(Hf)锆用作耐腐蚀材料和反应堆核燃元件外壳材料铪用作反应堆控制棒锆和铪性质相同，分离困难分离办法当前主要有：离子互换法: 用强碱型酚醛树脂 R-N(CH3)3+Cl-作阴离子互换剂2. 溶剂萃取法：用三辛胺萃取锆硫酸盐第7页第7页钒(V)海洋生物、海参、海鞘等能从海水中摄取钒，浓集到血液中，据测定，海参、海鞘等烧成灰分中，含钒量高达15% 含有光泽银灰色金属, 熔点高、硬度大能够刻划玻璃和石英纯钒富有延展性，但含大量杂质时, 非常脆，一敲就碎在地壳中分布分散，没有富矿，几乎所有铁矿都含有钒 第8页第8页钒(V)一些

4、钒化合物含有主要生理作用，如胆固醇生物合成主要用作制造钒钢，其含有强度大、弹性好、抗磨损、抗冲击等长处，用于汽车、飞机等制造钒化合物有毒，吸多了，会得肺水肿常温下不与碱、非氧化性酸作用，能溶于氢氟酸、浓硝酸、浓硫酸和王水第9页第9页铌(Nb)、钽(Ta)铌是一些硬质钢构成元素，尤其是耐高温特种钢钽含有低生理反应和不被人体排斥性能，用于制作修复骨骼金属板材、缝合神经丝和箔铌和钽性质类似，分离困难第10页第10页13-2-2 钛主要化合物13-2-2 钛主要化合物钛(Ti)价电子构型3d24s2氧化数+4+3主要化合物TiO2 MIITiO3 TiOSO4 TiCl4TiCl3第11页第11页二氧

5、化钛(TiO2)钛白性质纯TiO2是白色难熔固体，难溶于水有三种晶形,金红石、锐钛型、板钛型 两性，以碱性为主TiO2 + 2NaOH(浓) Na2TiO3 + H2O溶于浓碱难溶于稀酸，可溶于浓硫酸TiO2 + H2SO4(浓) TiOSO4 + H2O(硫酸氧钛)生成TiO2+, 而不是Ti4+由于电荷多、半径小，极易水解 Ti4+ + H2O Ti(OH)3+ + H+ Ti(OH)3+ + H2O Ti(OH)22+ + H+ -H2O TiO2+ 第12页第12页二氧化钛(TiO2)钛白性质纯TiO2是白色难熔固体，难溶于水有三种晶形,金红石、锐钛型 、板钛型 两性，以碱性为主可溶于

6、氢氟酸TiO2 + 6HF TiF62- + 2H+ + 2H2O化学性质不活泼, 覆盖能力强、折射率高、无毒，可制造高级白色油漆和白色颜料含有半导体性能，是光催化反应惯用半导体材料是乙醇脱水、脱氢催化剂第13页第13页二氧化钛(TiO2)硫酸法制取钛铁矿(FeTiO3)用浓H2SO4煮沸、过滤FeSO4+TiOSO4煮沸H2TiO3FeSO4TiOSO4冷却、减压蒸发、过滤过滤、烘干、焙烧TiO2FeTiO3+2H2SO4(浓) FeSO4+TiOSO4+2H2O煮沸TiOSO4+2H2O H2TiO3 +H2SO4煮沸H2TiO3 TiO2 + H2O焙烧第14页第14页二氧化钛(TiO2

7、)氯化法制取金红石(TiO2)C+Cl2粗TiCl4净化通O2焙烧TiO2TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2焙烧TiO2 +2C +2Cl2 TiCl4 +2CO 第15页第15页钛酸盐和钛氧盐钛酸盐大多难溶于水如 BaTiO3 是难溶于水白色固体介电常数高, 是最主要压电陶瓷材料硫酸氧钛(TiOSO4)为白色粉末可溶于冷水在水溶液中TiO2+以锯齿状长链(TiO)n2n+形式存在 Ti Ti Ti O O O O O Ti Ti Ti均易水解，生成白色偏钛酸沉淀Na2TiO3 + 2H2O H2TiO3 + 2NaOHTiOSO4 + 2H2O H2TiO3 + H2SO4第16页

8、第16页四氯化钛制取性质：TiO2+2C+2Cl2 TiCl4+2CO高温为易挥发共价型分子化合物2.室温下为无色液体，易挥发，有刺激 性气味，易溶于有机溶剂3.极易水解，在潮湿空气中冒白烟TiCl4+3H2O H2TiO3 + 4HCl可用于制造烟雾4.是制备金属钛及其化合物主要原料,有机反应催化剂第17页第17页三氯化钛(紫色)制取1. 在500800用氢气还原干燥TiCl4气体2TiCl4 + H2 2TiCl3 + 2HCl2. 将钛溶于热、浓HCl4Ti3+ +2H2O + O2 4TiO2+ + 4H+3. 在HCl溶液中用Zn还原Ti()2TiO2+ + 4H+ + Zn 2Ti

9、3+ +Zn2+ 2H2O性质：较强还原性，易被空气氧化2Ti + 6H+ 2Ti3+ + 3H2第18页第18页13-2-3 钒、铌、钽主要化合物13-2-3 钒、铌、钽主要化合物钒(V)价电子构型3d34s2主要氧化数：+5、+3、+2化合物含有各种美丽颜色氧化数 +1 +2 +3 +4 +5 颜 色 棕 灰 黑 蓝 红氧化物V2OVOV2O3VO2V2O5第19页第19页五氧化二钒(V2O5)橙黄至砖红色固体，无味、有毒微溶于水, 其水溶液呈淡黄色, 显酸性两性，以酸性为主溶于冷、强碱生成无色正钒酸根V2O5 + 6OH- 2VO43- + 3H2O溶于热、强碱生成黄色偏钒酸根V2O5

10、+ 2OH- 2VO3- + H2O溶于强酸生成淡黄色VO2+V2O5 + 2H+ 2VO2+ + H2O第20页第20页五氧化二钒(V2O5)橙黄至砖红色固体，无味、有毒微溶于水, 其水溶液呈淡黄色, 显酸性两性，以酸性为主中强氧化剂在硫酸工业中用作催化剂；石油化工中设备缓蚀剂V2O5 + 6H+2Cl- 2VO2+ + Cl2 +3H2O蓝色V2O5可被热还原为低氧化态氧化物 V2O5 VO2 V2O3 VOSO2 H2 V 橙黄色 蓝色 黑色 灰色第21页第21页钒酸盐不同氧化数钒盐含有不同颜色VO43-VO2+VO2+V3+V2+浅黄 黄 蓝 绿 紫缩合性在一定条件下，向钒酸盐溶液中加H+pH 12 1210 9 2.2 1离子 VO43- V2O74- V3O92- H2V10O284- VO2+颜色 浅黄 红色逐步加深 黄 pH值增长，缩合程度增大， 溶液颜色由 砖红色浅黄黄色第22页第22页钒酸盐不同钒酸盐含有不同颜色缩合性VO2+在强酸性溶液中有氧化性钒酰离子 亚钒酰离子 黄色 蓝色VO2+ + Fe2+ +2H+ VO2+ + Fe3+ + H2OVO2+H2C2O4+2H+ 2VO2+2CO2 +2H2O第23页第23页钒酸盐不同钒酸盐含有