高中化学：钛族

15.2钛族钛族，包括钛（Ti）、锆（Zr）、铪（Hf），是d区ⅣB族元素，价电子层结构为(n-1)d²ns²。本节重点介绍钛。整理课件15.2.1钛在自然界中的存在位于ⅣB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。整理课件钒钛磁铁矿岩整理课件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。

整理课件钛是活泼金属，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。整理课件钛的应用长征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。整理课件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1000～1100Ｋ，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)(1000～1100K)

TiCl4(I)+2Mg(s)=2MgCl2(s)+Ti(s)(1070KAr)过量的Mg和MgCl2用稀盐酸处理除去，得到“海绵钛”。整理课件海绵钛，纯度%（质量）99.1～99.7现价76000～73000元/吨钢铁价格4360元/吨整理课件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。整理课件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：整理课件

TiO2+H2SO4(热浓)=TiOSO4+H2O从溶解中析出的是TiOSO4·H2O的白色粉末。在TiOSO4·H2O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：TiTiOOOOOTiTi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。整理课件金红石纯度：95%以上钛白粉整理课件

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+4HClTi（Ⅳ）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。整理课件在酸性溶液中，用铝等强还原剂可将Ti（Ⅳ）还原成紫红色的Ti3+：

3TiO2++6H++Al=3Ti3++Al3++3H2O根据φϴ（TiO2+/Ti3+）=+0.1V来看，Ti3+可将Fe3+还原：