第20-1章钛副族和钒副族_无机化学

1、第第 20 20 章章 过渡金属（过渡金属（） 20 - 1 过渡金属的通性过渡金属的通性20 - 2 钛副族钛副族20 - 3 钒副族钒副族20 - 4 铬副族铬副族20 - 5 锰副族锰副族120 - 1 过渡金属的通性过渡金属的通性狭义：狭义：(n-1)d18ns12 B 8列列广义：广义：(n-1)d110ns12 BB 10列列具有部分填充具有部分填充d d或或f f层电子的元素，包括四、五、六周期。层电子的元素，包括四、五、六周期。 过渡元素全部为金属，其化合物颜色多、过渡元素全部为金属，其化合物颜色多、 变变价多、形成配合物多。价多、形成配合物多。一、定义一、定义2 族族 周周

2、期期B钪钪分分族族B钛钛分分族族B钒钒分分族族B铬铬分分族族B锰锰分分族族B铜铜分分族族B锌锌分分族族 4(第一过第一过渡系渡系)ScTiVCrMnFe Co Ni铁系铁系CuZn5(第二过第二过渡系渡系)YZrNbMoTcRu Rh Pd轻铂组轻铂组AgCd6 (第三过第三过渡系渡系)La-LuHfTaWReOs Ir Pt重铂组重铂组AuHg7(第四过第四过渡系渡系)Ac-LrRfDbSgBhHs Mt Uun Uuu Uub3四四五五六六BSc3d14s2Y4d15s2Lu4f145d16s2BTi3d24s2Zr4d25s2Hf4f145d26s2BV3d34s2Nb4d45s1Ta4

3、f145d36s2BCr3d54s1Mo4d55s1W4f145d46s2BMn3d54s2Tc4d65s1Re4f145d56s2Fe3d64s2Ru4d75s1Os4f145d66s2Co3d74s2Rh4d85s1Ir4f145d76s2Ni3d84s2Pd4d105s0Pt4f145d96s1BCu3d104s1Ag4d105s1Au4f145d106s1BZn3d104s2Cd4d105s2Hg4f145d106s2(n-1)d110ns1 2 最外层只有最外层只有12个电子，核电荷增加，电子填充在次外层个电子，核电荷增加，电子填充在次外层4同同族族从从上上到到下下原原子子半半径径略

4、略增增加加56周周期期基基本本接接近近 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu(-) Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag(-) La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au(-)二、过渡元素原子半径二、过渡元素原子半径5三、三、 过渡元素的氧化态过渡元素的氧化态元元 素素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3氧化态氧化态 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +6 +6 +6 +7左左 右右氧化态先升高后降低氧化态先升高后降低上上下下同族同族高氧高氧化态化态趋向趋向

5、稳定稳定Fe +2、+3Ru +4Os +4、+6、+86四、四、 过渡元素单质性质过渡元素单质性质1、多呈银白色、灰白色，有金属光泽，、多呈银白色、灰白色，有金属光泽，（除（除Sc、Ti为轻金属外，其它均为重金属）为轻金属外，其它均为重金属）金属金属LiScTi其它其它OsIrPt密度密度gcm-30.5353.04.5522.5722.4221.45最小最小最大最大72、除、除B外，多数金属熔点、沸点高，硬度大外，多数金属熔点、沸点高，硬度大硬度硬度(金刚石金刚石=10)熔点熔点/沸点沸点/最大最大(高高)Cr9W3410W5660最小最小(低低)Cs0.2Cs22.88元素元素ScTiV

6、CrMnE (M2+/M)/V-1.63-1.13-0.90-1.18可溶该金可溶该金属的酸属的酸各种各种酸酸热热HF HCl浓浓H2SO4 HNO3HF稀稀HClH2SO4稀稀H2SO4HCl等等元素元素FeCoNiCuZnE (M2+/M)/V-0.44-0.277-0.2570.34-0.7626可溶该金可溶该金属的酸属的酸稀稀HClH2SO4等等稀稀HCl等等(缓慢缓慢)稀稀H2SO4HCl等等浓浓H2SO4稀稀HClH2SO4等等3、过渡元素单质的活泼性、过渡元素单质的活泼性 同一周期元素从左到右总趋势同一周期元素从左到右总趋势 E (M2+/M)增大，活泼增大，活泼性降低性降低9同

7、族元素同族元素(除除Sc分族外分族外)自上往下，金属活泼性低自上往下，金属活泼性低BE (M2+/M)/VE (M2+/M)/V第一过渡系第一过渡系Zn-0.7626Ni-0.257第二过渡系第二过渡系Cd-0.403Pd+0.92第三过渡系第三过渡系Hg+0.8535Pt+1.210 钛副族元素处于周期表钛副族元素处于周期表 B 族，包括钛族，包括钛Ti， 锆锆 Zr，铪，铪 Hf 3种元素种元素。 原子的价电子层结构原子的价电子层结构 ( n1) d2 ns2，最稳定的最稳定的氧化态为氧化态为 + 4，其次是，其次是 +3，而，而 +2 氧化态较为少见，氧化态较为少见，化合态的钛还有可能呈

8、现化合态的钛还有可能呈现 0 和和 1 的低氧化态。的低氧化态。 20 2 钛副族钛副族 钛主要存在于钛铁矿钛主要存在于钛铁矿 FeTiO3 和金红石和金红石 TiO2 ； 锆主要存在于锆英石锆主要存在于锆英石 ZrSiO4 和斜锆石和斜锆石 ZrO2 ；铪；铪 通常与锆共生。通常与锆共生。112021 钛副族单质钛副族单质1 单质的性质单质的性质 (1)物理性质物理性质钛副族元素的单质都是有银白色光泽，高熔钛副族元素的单质都是有银白色光泽，高熔点的金属，熔点均高于铁，并且依周期数增加而点的金属，熔点均高于铁，并且依周期数增加而升高。钛副族元素的密度也依周期数增加而增大。升高。钛副族元素的密度

9、也依周期数增加而增大。12 金属钛是一种新兴的结构材料，有着极金属钛是一种新兴的结构材料，有着极其优良的性能。其优良的性能。 密度小、强度大密度小、强度大 金属钛的强度金属钛的强度 / /质量比是金属材料中最质量比是金属材料中最大的，兼有钢（强度高）和铝（质地轻）的大的，兼有钢（强度高）和铝（质地轻）的优点。优点。13 耐高温和低温耐高温和低温 金属钛的熔点高达金属钛的熔点高达 1680 ，新型钛合，新型钛合金能在金能在 600 或更高的温度下长期使用，或更高的温度下长期使用，仍保持高强度仍保持高强度。 钛的耐低温性能也很好，避免了金属钛的耐低温性能也很好，避免了金属的冷脆性，是低温容器等设备

10、的理想材料的冷脆性，是低温容器等设备的理想材料。14 抗腐蚀性强抗腐蚀性强 常温下，不受硝酸、王水、潮湿氯常温下，不受硝酸、王水、潮湿氯气、稀硫酸、稀盐酸及稀碱的侵蚀，是气、稀硫酸、稀盐酸及稀碱的侵蚀，是制造飞机、火箭和宇宙飞船等的最好材制造飞机、火箭和宇宙飞船等的最好材料。钛被誉为宇宙金属，具有广泛的用料。钛被誉为宇宙金属，具有广泛的用途。途。15(2)化学性质化学性质a. 与非金属反应：与非金属反应： Ti O2 TiO2 (红热红热) ； 3 Ti 2 N2 Ti3N4 (点燃点燃) Ti 4 Cl2 TiCl4 ( 300 oC) 钛族金属在常温下不活泼，但在高温条件下它们可以钛族金属

11、在常温下不活泼，但在高温条件下它们可以直接和大多数非金属反应：直接和大多数非金属反应：16b. 与酸反应：与酸反应： 不与稀酸反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中，但不与稀酸反应。钛能与热浓盐酸或热硝酸中，但Zr和和 Hf 则不溶，它们的最好溶剂是氢氟酸。则不溶，它们的最好溶剂是氢氟酸。2 Ti 6 HCl 2 TiCl3 (紫色紫色) 3 H2 Ti 6 HNO3 TiO(NO3)2 4 NO2 3 H2OTi 6 HF TiF62 2 H 2 H2Zr 6 HF ZrF62 2 H 2 H2172 用用 途：途： 钛及其合金广泛地用于制造喷气发动机、超音速飞钛及其合金广泛地用于制造喷气发动机、超

12、音速飞机和潜水艇机和潜水艇(防雷达、防磁性水雷防雷达、防磁性水雷)以及海军化工设备。以及海军化工设备。钛与生物体组织相容性好，结合牢固，用于接骨和钛与生物体组织相容性好，结合牢固，用于接骨和制造人工关节；钛具有隔热、高度稳定、质轻、坚固等制造人工关节；钛具有隔热、高度稳定、质轻、坚固等特性，由纯钛制造的假牙是任何金属材料无法比拟的，特性，由纯钛制造的假牙是任何金属材料无法比拟的，所以钛又被称为所以钛又被称为“生物金属生物金属”。因此，继。因此，继 Fe、Al 之后，之后，预计预计 Ti 将成为应用广泛的第三金属。将成为应用广泛的第三金属。 18钛合金钛合金193钛单质的制备钛单质的制备从钛铁矿

13、中提二氧化钛从钛铁矿中提二氧化钛 通过氯化物来制备金属钛通过氯化物来制备金属钛H2TiO3 TiO2 H2OTiOSO4 2H2O TiO2 H2O H2SO42Mg + TiCl4 2MgCl2 + Ti800 oC(海绵状钛)20TiCl4 在在 950 真空分馏纯化真空分馏纯化 1000下真空蒸馏除去下真空蒸馏除去 Mg、MgCl2， 得海绵状钛。得海绵状钛。TiCl4 2 Mg Ti 2 MgCl2800 ArTiCl4海绵钛Mg(l)MgCl2(l)制备海绵钛反应器制备海绵钛反应器示意图示意图Ar充氩气的密封充氩气的密封 炉中熔融炉中熔融Mg(Na) 还原还原214、锆、铪的分离锆、

14、铪的分离 自然界中，锆和铪矿石常常共生。因此，自然界中，锆和铪矿石常常共生。因此，在制备锆或铪单质时，经常会混入另在制备锆或铪单质时，经常会混入另一种金属杂质，因此必须将锆、铪分离。一种金属杂质，因此必须将锆、铪分离。 K2HfF6 在氢氟酸中的溶解度略大于在氢氟酸中的溶解度略大于 K2ZrF6， 利用这一微小差异在氢氟酸中利用这一微小差异在氢氟酸中进行反复多次的溶解进行反复多次的溶解 结晶操作，以达到结晶操作，以达到分离锆、铪的目的。分离锆、铪的目的。222012 钛副族元素的重要化合物钛副族元素的重要化合物 TiO2： 金红石、锐钛矿、板钛矿金红石、锐钛矿、板钛矿 (1) 二氧化钛二氧化钛

15、(TiO2)其中最重要的金红石属四其中最重要的金红石属四方晶系，方晶系，Ti 的配位数的配位数 6，氧的，氧的配位数配位数 3。自然界中是红色或。自然界中是红色或桃红色晶体，有时因含桃红色晶体，有时因含Fe，Nb，Ta，Sn，Cr等杂质而呈等杂质而呈黑色。黑色。1 氧化物氧化物23 性质性质 TiO2 不溶于水或稀酸，但能缓慢地溶于氢不溶于水或稀酸，但能缓慢地溶于氢氟酸或热浓硫酸中：氟酸或热浓硫酸中： TiO2 6HF H2TiF6 + 2H2O （ ） TiO2 + 2H2SO4 （浓）（浓） Ti SO4 2 + H2O 24 但从硫酸溶液中析出的是白色的但从硫酸溶液中析出的是白色的 Ti

16、OSO4 H2O 而不是而不是 Ti SO4 2 ：（ ） TiO2 + H2SO4 TiOSO4 + H2O TiO2 不不溶于碱性溶液，但能溶于碱性溶液，但能与熔融的碱作用生成偏钛酸盐：与熔融的碱作用生成偏钛酸盐： TiO2 + 2 KOH K2TiO3 + H2O25 TiO2 溶于热、浓溶于热、浓 H2SO4 生成生成 TiOSO4，可见可见 TiO2 是两性氧化物，以碱性为主。是两性氧化物，以碱性为主。 但无论其酸性还是碱性都很弱，因此，但无论其酸性还是碱性都很弱，因此，K2TiO3 和和 TiOSO4 都极易水解，生成都极易水解，生成 TiO2 nH2O，Ti4+在溶液中不存在。在

17、溶液中不存在。26 用途：用途：TiO2 的化学性质不活泼，且覆盖能力强、折射率高，的化学性质不活泼，且覆盖能力强、折射率高，可用于制造高级白色油漆。它兼有锌白可用于制造高级白色油漆。它兼有锌白(ZnO)的持久性的持久性和铅白和铅白 Pb(OH)2CO3 的遮盖性，最大的优点是无毒，的遮盖性，最大的优点是无毒，在高级化妆品中作增白剂。在高级化妆品中作增白剂。TiO2 也用作高级铜板纸的表面覆盖剂，以及用于生也用作高级铜板纸的表面覆盖剂，以及用于生产增白尼龙。产增白尼龙。TiO2 粒子具有半导体性能，且以其无毒、廉价、催粒子具有半导体性能，且以其无毒、廉价、催化活性高、稳定性好等特点，成为目前多

18、相光催化反应化活性高、稳定性好等特点，成为目前多相光催化反应最常用的半导体材料。最常用的半导体材料。27(2) 二氧化锆二氧化锆 (ZrO2)ZrO2有三种晶型：单斜有三种晶型：单斜(monoclinic)；四方；四方 (tetragonal)；立方；立方(cubic)。三者之间可以相互转换。三者之间可以相互转换物性物性: ZrO2 白色粉末，不溶于水，熔点很高。白色粉末，不溶于水，熔点很高。化性化性: 除除 HF 外不与其他酸作用。外不与其他酸作用。28 ZrO2 至少有两种高温变体，至少有两种高温变体，1370 K 以上以上为四方晶型，为四方晶型，2570 K 以上为立方萤石晶型以上为立方

19、萤石晶型。 ZrO2 的化学活性低，热膨胀系数也很小，的化学活性低，热膨胀系数也很小，但熔点非常高，因此它是极好的耐火材料但熔点非常高，因此它是极好的耐火材料。 无色透明的立方氧化锆晶体具有与金刚石无色透明的立方氧化锆晶体具有与金刚石类似的折射率及非常高的硬度，因此可作为金类似的折射率及非常高的硬度，因此可作为金刚石的替代品用于首饰行业。刚石的替代品用于首饰行业。292 卤化物卤化物(1)四氯化钛四氯化钛(TiCl4)物性：无色液体物性：无色液体(mp：249 K，bp：409.5 K)，有刺鼻气，有刺鼻气 味，极易水解，在潮湿空气中会发烟。味，极易水解，在潮湿空气中会发烟。TiCl430Ti

20、Cl4 2 H2O TiO2 4 HCl化学性质：化学性质： TiCl4 + H2O TiOCl2 + 2 HCl a、水解性、水解性部分水解生成钛酰氯。部分水解生成钛酰氯。(利用利用 TiCl4的水解性，可制作烟幕弹的水解性，可制作烟幕弹) TiCl4 完全水解生成水合二氧化钛。完全水解生成水合二氧化钛。 2TiCl4 H22TiCl3 2HCl2TiCl4 Zn 2TiCl3ZnCl2b、弱氧化性、弱氧化性c、易形成配合物、易形成配合物TiCl4 + 2HCl 浓浓 H2TiCl6（ ） 向溶液中加入向溶液中加入 NH4+, , 析出黄色析出黄色 NH4 2TiCl6 晶体晶体。 （ ）3

21、2 工业上，工业上，TiCl4 是通过是通过 TiO2 与碳、氯气共热与碳、氯气共热制备的制备的：TiO2 + 2C + 2 Cl2 TiCl4 + 2 CO制备方法：制备方法：33(2)三氯化钛三氯化钛 TiCl3 水溶液为紫红色，水溶液为紫红色，TiCl3 6H2O 有两有两种异构体：种异构体： 紫色的紫色的Ti(H2O) 6Cl3 绿色的绿色的 Ti(H2O)4Cl2Cl 2H2O。化学性质：化学性质：还原性还原性 酸性介质中，酸性介质中，Ti3+ 是比是比 Sn2+ 更强的还原剂，更强的还原剂，E （TiO2/Ti3+ ）= 0.10 V，E （Sn4+/Sn2+ ）= 0.15V，所

22、所以以 Ti3+ 很容易被空气或水所氧化。故保存在酸性溶液很容易被空气或水所氧化。故保存在酸性溶液中，要在试剂上覆盖乙醚或苯液，并用棕色瓶盛装。中，要在试剂上覆盖乙醚或苯液，并用棕色瓶盛装。 34 还原性还原性: (Ti3 Sn2) 3TiO2 Al 6H 3Ti3 Al3 3H2O可用作含钛试样可用作含钛试样的钛含量测定的钛含量测定 Ti3 Fe3 H2O TiO2 Fe2 2H 溶液中的溶液中的 Ti3+ 可以用可以用 Fe3+ 为氧化剂进行滴定，为氧化剂进行滴定，用用 KSCN 作指示剂，当加入稍过量的作指示剂，当加入稍过量的 Fe3+ 时，即生时，即生成成 K3Fe(SCN)6，表示反

23、应已达到终点。，表示反应已达到终点。35 Ti3+ 可以把可以把 CuCl2 还原成白色的氯化还原成白色的氯化亚铜沉淀：亚铜沉淀： Ti3 + CuCl2 + H2O TiO2 + CuCl + 2H+ Cl36 固体固体 TiCl3 呈紫色粉末状，一般由呈紫色粉末状，一般由 Ti 在在高温下还原高温下还原 TiCl4 制得；在灼热的管式电炉制得；在灼热的管式电炉中，用过量的氢气还原气态的中，用过量的氢气还原气态的 TiCl4 也可得也可得 TiCl3：a、2TiCl4 + H2 2TiCl3 + 2 HCl制备方法：制备方法：37 用用 Zn 还原还原 TiCl4 的盐酸溶液作用，的盐酸溶液

24、作用，可得六水合三氯化钛的紫色晶体：可得六水合三氯化钛的紫色晶体： b、 2 TiCl4 + Zn 2 TiCl3 + ZnCl2c、 3 TiCl4 + Al 3 TiCl3 + AlCl3 目前工业上主要采用铝还原法制备目前工业上主要采用铝还原法制备 TiCl3 ，将四，将四氯化钛和铝粉混合，反应在接近氯化钛和铝粉混合，反应在接近 TiCl4 的沸点温度下的沸点温度下进行，生成进行，生成 TiCl3 和和 AlCl3: :38(3) 四氯化锆四氯化锆(ZrCl4) 白色粉末，在潮湿的空气中产生盐酸烟雾，遇水剧白色粉末，在潮湿的空气中产生盐酸烟雾，遇水剧烈水解。烈水解。 ZrCl4 9 H2

25、O ZrOCl2 8 H2O 2 HCl 水解所得到的产物水解所得到的产物 ZrOCl2 8 H2O，难溶于冷盐酸中，难溶于冷盐酸中，但能溶于水，从溶液中析出的是四方形棱状晶体或针状但能溶于水，从溶液中析出的是四方形棱状晶体或针状晶体，这可用于锆的鉴定和提纯。晶体，这可用于锆的鉴定和提纯。39(4) 四氟化锆四氟化锆(ZrF4) 无色晶体，具有高折射率，几乎不溶于水；与氟无色晶体，具有高折射率，几乎不溶于水；与氟化铵作用可生成化铵作用可生成 (NH4)2ZrF6，它在稍加热下就可分，它在稍加热下就可分解，剩下的解，剩下的 ZrF4 在在 873 K 开始升华，利用这一特性可开始升华，利用这一特

26、性可把锆与铁及其它杂质分离。把锆与铁及其它杂质分离。(NH4)2ZrF6 ZrF4 2 NH2 HF403 钛钛(IV)的配合物的配合物 Ti(IV)：正电荷较高，半径较小：正电荷较高，半径较小(68 nm)，电荷半径的，电荷半径的比值较大，具有很强的极化力，以至在比值较大，具有很强的极化力，以至在 Ti(IV) 的水溶液的水溶液中不存在简单的水合配离子中不存在简单的水合配离子 Ti(H2O)64，只存在碱式的，只存在碱式的氧基盐。氧基盐。(1) 与水与水 (H2O) 的配合物的配合物在在 HClO4 中：中： Ti(OH)2(H2O)42(简写成简写成 TiO2，钛，钛酰离子酰离子)；在碱性

27、溶液中：在碱性溶液中： Ti(OH)4(H2O)2，TiO24H2O。41(2)与醇的配合物与醇的配合物TiCl4 在醇中的溶剂分解作用生成二醇盐在醇中的溶剂分解作用生成二醇盐: TiCl4 2 ROH TiCl2(OR)2 2 HCl加入干燥的氨气以除掉加入干燥的氨气以除掉 HCl，能生成四醇盐，能生成四醇盐: TiCl4 4 ROH 4 NH3 Ti(OR)4 4 NH4Cl42(3) 与过氧化氢与过氧化氢(H2O2)的配合物的配合物在在 Ti(IV) 的溶液中加入过氧化氢，在强酸性溶液中的溶液中加入过氧化氢，在强酸性溶液中显红色，在稀酸或中性溶液显黄色。显红色，在稀酸或中性溶液显黄色。原

28、因：原因：O22离子的变形性。离子的变形性。pH 小于小于 1：有色配离子是：有色配离子是 Ti(O2)(OH)(H2O)4pH 13：有色配离子是：有色配离子是 Ti2O5243 钒副族元素为周期表中钒副族元素为周期表中 B 族，包括族，包括钒钒 V，铌，铌 Nb，钽，钽 Ta 3 种元素，属于稀有金种元素，属于稀有金属。属。 原子的价电子构型原子的价电子构型 n 1 d3 4 ns1 2， 最稳定的氧化态为最稳定的氧化态为 + 5 。钒的氧化态从。钒的氧化态从 1 到到 +5 都存在，铌和钽不但存在最稳定的都存在，铌和钽不但存在最稳定的 +5 价价态，也有低氧化态。态，也有低氧化态。（ ）

29、202 钒副族钒副族 44 钒钒 V：在自然界中的矿物主要是绿硫钒矿在自然界中的矿物主要是绿硫钒矿 VS2，钒铅矿，钒铅矿 Pb5 VO4 3Cl 等。等。在地壳中的质量分数为在地壳中的质量分数为 0.016 %，列第，列第 19 位。位。 （ ）铌铌 Nb，钽，钽 Ta ：它们在自然界中的丰度分别为它们在自然界中的丰度分别为 2.0 103 % 和和2 104 %。由于化学性质相似它们总是共生在一起，主要存由于化学性质相似它们总是共生在一起，主要存在于多种矿石中，如在于多种矿石中，如 Fe，Mn M2O6 ，其中，其中 M = Nb，Ta 。（ ）452221 钒副族单质钒副族单质 一、钒副

30、族元素单质的性质及制备一、钒副族元素单质的性质及制备 1、物理性质、物理性质 熔点较高，熔点较高， 同族中随着周期数增加而升高；单质都为同族中随着周期数增加而升高；单质都为银白色、有金属光泽，具有典型的体心立方金属结构。纯银白色、有金属光泽，具有典型的体心立方金属结构。纯净的金属硬度低、有延展性，当含有杂质时则变得硬而脆。净的金属硬度低、有延展性，当含有杂质时则变得硬而脆。 46 2、化学性质、化学性质 室温下：室温下：钒：不与空气、水、碱以及除钒：不与空气、水、碱以及除 HF 以外的非氧化性酸发生以外的非氧化性酸发生作用。作用。 铌和钽：只与铌和钽：只与 HF 作用；溶于熔融状态下的碱中。作

31、用；溶于熔融状态下的碱中。高温下：同许多非金属反应高温下：同许多非金属反应 2 V12 HF 2 H3VF63 H24 V5 O2 2 V2O5 (933 K)V 2 Cl2 VCl4 (加热加热)473、 单质的制备单质的制备 纯钒的制取可以考虑以下几种方法：纯钒的制取可以考虑以下几种方法： 金属热还原钒的氧化物或氯化物金属热还原钒的氧化物或氯化物 氢气还原钒的氯化物氢气还原钒的氯化物 真空条件下碳热还原钒的氧化物真空条件下碳热还原钒的氧化物V2O3 + 3 C 2 V + 3 CO真空真空482022 钒副族元素的重要化合物钒副族元素的重要化合物一、一、 氧化物氧化物Oxidation s

32、tate5432VV2O5VO2V2O3VONbNb2O5NbO2NbOTaTa2O5TaO2(TaO)491、五氧化二钒、五氧化二钒(V2O5)橙黄色或砖红色固体，无臭，无味，有毒。微溶于水，橙黄色或砖红色固体，无臭，无味，有毒。微溶于水，溶液呈淡黄色。玻璃中加入五氧化二钒可防止紫外线。溶液呈淡黄色。玻璃中加入五氧化二钒可防止紫外线。50 V2O5 是以酸性为主的两性氧化物，溶于冷是以酸性为主的两性氧化物，溶于冷的浓的浓 NaOH 中得到黄色的钒酸根中得到黄色的钒酸根 ： 在热的在热的 NaOH 溶液中生成浅黄色的偏钒溶液中生成浅黄色的偏钒酸根：酸根： V2O5 + 6 OH 2 VO43

33、+ 3 H2OV2O5 + 2 OH 2 VO3 + H2O性质：性质：（1）两性氧化物）两性氧化物51 V2O5 氧化性较强，能将浓盐酸氧化成氯氧化性较强，能将浓盐酸氧化成氯气：气： V2O5 溶于强酸，在溶于强酸，在 pH 1 的酸性溶液中，的酸性溶液中，生成淡黄色的钒二氧基阳离子：生成淡黄色的钒二氧基阳离子：V2O5 + H2SO4 VO2 2SO4 + H2O（ ） V2O5 + 6 HCl 2 VOCl2 + Cl2 +3 H2O（2）氧化性）氧化性52 制备制备: : 工业制法：用氯化焙烧工业制法：用氯化焙烧 法处理钒铅矿。法处理钒铅矿。 用水浸出偏钒酸钠，将溶液酸化，得到红棕色水

34、合用水浸出偏钒酸钠，将溶液酸化，得到红棕色水合五氧化二钒沉淀析出。煅烧，得到工业级五氧化二钒。五氧化二钒沉淀析出。煅烧，得到工业级五氧化二钒。偏钒酸铵热分解法偏钒酸铵热分解法三氯氧化钒的水解三氯氧化钒的水解V2O5 2 NaCl 1/2 O2 2 NaVO3 Cl22 NH4VO3 V2O5 2 NH3 H2O2 VOCl3 3 H2O V2O5 6 HCl53(4)铌和钽的氧化物相对稳定的多，而且难于还原。铌和钽的氧化物相对稳定的多，而且难于还原。4 M 5 O2 2 M2O5 (M Nb，Ta) Nb2O5 和和 Ta2O5 都是白色固体，熔点高，很都是白色固体，熔点高，很难与酸作用，但和

35、氢氟酸反应能生成配合物：难与酸作用，但和氢氟酸反应能生成配合物： Nb2O5 或或 Ta2O5 与与 NaOH 共熔，生成铌酸共熔，生成铌酸盐或钽酸盐：盐或钽酸盐：Nb2O5 + 12 HF 2 HNbF6 + 5 H2O Nb2O5 + 10 NaOH 2 Na5NbO5 + 5 H2O54二、含氧酸盐二、含氧酸盐如如 钒酸盐钒酸盐 VO43二聚钒酸盐二聚钒酸盐 V2O74偏钒酸盐偏钒酸盐 VO3多聚钒酸多聚钒酸 Hn+2VnO3n+1 等。等。 钒（钒（）可以形成种类繁多的含氧酸盐。可以形成种类繁多的含氧酸盐。55 pH 越大，聚合度越低；越大，聚合度越低； pH 越小，聚合度越高。越小，聚合度越高。钒（钒（）的存在形式，与体系的的存在形式，与体系的 pH 有关。有关。VO43 V2O74 V3O93 无色无色无色无色无色无色淡黄淡黄红色红色 VO2 V2O5 V10O286 橘红橘红13.59.57.02.00.556 钒酸盐的氧化性