【2017年整理】过渡元素概述6.ppt

* 第一节过渡元素概述 第二节 钛族、钒族元素 13-2-1 钛族、钒族元素概述 13-2-1 钛族、钒族元素概述* 钽 铌 钒 Db Ta Nb V ⅤB 铪 锆 钛 Rf Hf Zr Ti ⅣB d区 Rf、Db为人工合成放射性元素 稀有金属 分散稀有元素 钽 铌 钒 Db Ta Nb V ⅤB 铪 锆 钛 Rf Hf Zr Ti ⅣB d区 于1789年被发现，到1910年才制得纯钛 其含量比较丰富,列第十位。含量比Ni、Cu、Zn、Pb、Sn、Hg等常见元素的还多 因为它难提炼,应用晚,所以称稀有元素。 13-2-1 钛族、钒族元素概述 钛(Ti) 存在 钛矿比较分散，重要的矿石有： 金红石(TiO2)、钛铁矿(FeTiO3)、 钒钛铁矿(攀枝花) TiO2 + 2C + 2Cl2 TiCl4 + 2CO 9000C TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2 Ar气、6000C 金红石TiO2 的结构 提取 TiCl4 在 950℃ 真空分馏纯化 TiCl4 + 2 Mg Ti + 2 MgCl2 1000℃下真空蒸馏除去Mg、MgCl2，电弧熔化铸锭 钛(Ti) 800 ℃ Ar 时 间 1948 1952 1957 1968 1978 1990 2000 年产量/T 3 960 2000 45053 104005 210000 420000 为什么在由 TiO2 制备TiCl4 时，反应中要加入 C 而不能直接由 TiO2 和 Cl2 反应来制取？ Question 1 Solution 单独的氯化反应 TiO2 (s) +2Cl2 (g) = TiCl4(l) + O2 (g) , 在25℃时的 即便增加温度也无济于事， 因为它是一个熵减反应， 如果把反应 C(s) + O2 (g) = CO2 (g) 耦合到上述反应中，可得： TiO2 (s) + 2C (s) +2Cl2 (g) = TiCl4 (l) + CO2 (g) 原来不能进行的反应就能进行了。 钛(Ti) 具有光泽的银白色金属 密度小(d = 4.54g · cm-3),比钢轻 43%,硬度大,表面形成一层氧化物保护膜,腐蚀性(不怕酸、碱、海水、体液) ,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 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+ + [TiF6]2? + 2H2 2Ti + 6HCl → 2TiCl3 + 3H2 锆(Zr)、铪(Hf) 锆用作耐腐蚀材料和反应堆核燃元件的外壳材料 铪用作反应堆的控制棒 锆和铪性质相似，分离困难 分离方法目前主要有： 离子交换法: 用强碱型酚醛树脂 R-N(CH3)3+Cl-作阴离子交换剂 2. 溶剂萃取法：用三辛胺萃取锆的硫酸盐 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、海鞘等烧成的灰分中，含钒量高达15% 具有光泽的银灰色金属, 熔点高、硬度大可以刻划玻璃和石英 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，几乎所有的铁矿都含有钒 钒(V) 某些钒的化合物具有重要的生理作用，如胆固醇的生物合成 主要用作制造钒钢，其具有强度大、弹性好、抗磨损、抗冲击等优点，用于汽车、飞机等的制造 钒的化合物有毒，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 铌(Nb)、钽(Ta) 铌是某些硬质钢的组成元素，特别是耐高温的特种钢 钽具有低生理反应和不被人体排斥性能，用于制作修复骨骼的金属板材、缝合神经的丝和箔 铌和钽性质类似，分离困难 13-2-2 钛的重要化合物 13-2-2 钛的重要化合物 钛(Ti)——价电子构型3d24s2 TiCl3 TiO2 MIITiO3 Ti