高中化学课件：钛族

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1、15.2钛族钛族 钛族，包括钛（钛族，包括钛（Ti）、锆（）、锆（Zr）、）、铪（铪（Hf），是），是d区区B族元素，价族元素，价电子层结构为电子层结构为(n-1)dns。本节重点介绍钛。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。钒钛磁铁矿岩钒钛磁铁矿岩15.2.2

2、钛的性质和用途物理性质：熔点高、密度小，具有许多优物理性质：熔点高、密度小，具有许多优异性能（比铁轻，是铁的强度的异性能（比铁轻，是铁的强度的2倍倍 铝的铝的5倍，并且具有无可比拟的抗腐蚀性能）。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、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受超低温，用于制备盛放液氮和液氧等的器皿。器皿。化学性质：抗腐蚀性，无毒，具有相容性，化学性质：抗腐蚀性，无毒，具有相容性，被誉为被誉为“生物金属生物金属”。在医学上可用钛代。在医学上可用

3、钛代替损坏的骨骼，制成人工关节等。替损坏的骨骼，制成人工关节等。钛是活泼金属，其标准电极电势为钛是活泼金属，其标准电极电势为-1.63V，具有很强的还原，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，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。钛与使其在室温下不与水、稀酸和碱反应。钛与HF能生成配合能生成配合物物TiF62-二可溶于氢氟酸或酸性氧化物溶液中：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：钛与浓硝酸反应很慢，但能溶于热的浓硝酸：2Ti+6HCl(热浓热

4、浓)=2TiCl3+3H2钛在高温下可与非金属（如钛在高温下可与非金属（如N2、O2、B、H2、S、卤素等）、卤素等）反应，产物碳化钛反应，产物碳化钛TiC、氮化钛、氮化钛TiN、硼化钛、硼化钛TiB，质硬、难，质硬、难溶、稳定，成为金属陶瓷。氮化钛为青铜色涂层能仿金。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钛与氢反应形成非整比的氢化物TiH2，可作为储氢材料，与，可作为储氢材料，与S、卤素生成硫化钛、卤素生成硫化钛TiS2和卤化钛（和卤化钛（TiCl4、TiCl3等）。与等）。与氧反应生成氧反应生成TiO2.因为钛与氧、氯、氮、氢有很大的亲和力，因为钛与

5、氧、氯、氮、氢有很大的亲和力，使炼制纯金属很难。使炼制纯金属很难。钛的应用钛的应用长征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金属钛的制备金属钛的制备 大规模生产钛一般采用金属热还原法：首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先将碳粉混合加热至10001100，进行，进行氯化处理制备氯化处理制备TiCl4。此步氯化反应必须有。此步氯化反应必须有碳粉的参与，然后用金属镁或钠在碳粉的参与，然后用金属镁或钠在1070K，氩气氛中还原得到钛。反应式为：氩气氛中还原得到钛。反应式为：TiO2(s)+2C(s)+2Cl2

6、(g)=TiCl4(g)+2CO(g)(10001100K)TiCl4(I)+2Mg(s)=2MgCl2(s)+Ti(s)(1070K Ar)过量的过量的Mg 和和MgCl2用稀盐酸处理除去，得到用稀盐酸处理除去，得到“海绵钛海绵钛”。海绵钛，纯度海绵钛，纯度%（质量）（质量）99.1 99.7现价现价7600073000元元/吨吨钢铁价格钢铁价格4360元元/吨吨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，有称钛白，在自然界有三种晶体：金红石，锐钛矿和板钛矿。天然锐钛矿和板

7、钛矿。天然TiO2是金红石，属于简是金红石，属于简单四方晶体，是典型的单四方晶体，是典型的AB2型化合物结构，常型化合物结构，常称之为金红石结构，纯称之为金红石结构，纯TiO2为白色，受热变黄为白色，受热变黄色，冷却又变白色。可用于制造高级白色涂料，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，在陶瓷中加入也可用作纸张的填充剂，在陶瓷中加入TiO2可可提高其耐酸性。提高其耐酸性。TiO2最大的优点是无毒。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，粒子具有半导体性能，且催化活性高、稳定性好，锐钛矿型锐钛矿型TiO2是目前多相光催化反应中研究和是目前多

8、相光催化反应中研究和应用最广的一类催化剂。应用最广的一类催化剂。TiO2不溶于水和稀酸，不溶于水和稀酸，可溶于热的浓硫酸：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 Ti O O O O O Ti 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。金红石金红石 纯度：纯度：95%以上以上钛白粉钛白粉 TiCl4是无色液体，熔点是无色液体，熔点250K，沸

9、点，沸点409K，有刺激气味，在水或潮湿空气中极，有刺激气味，在水或潮湿空气中极易水解：易水解：TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl Ti（）化合物在酸性溶液中与）化合物在酸性溶液中与H2O2反反应生成比较稳定的橘黄色配合物：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氨水则生成黄色的过氧钛酸H4TiO5沉淀，沉淀，这是定性检出钛的灵敏方法。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+3H2O 根据?（TiO2+/Ti3+）=+0.1V来看，Ti3+可将Fe3+还原：Ti3+Fe3+H2O=TiO2+Fe2+2H+此反应是定量滴定钛的基础。感谢各位的观看！感谢各位的观看！片末片末