高中化学课件：钛族

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 1000 1100，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) (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 76000 73000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 TiO O O O OTi 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+4HClTi（ ）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+Al3+3H