无机化学教学课件 20章 钛、钒副族.ppt
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1、第第2020章章 钛副族和钒副族钛副族和钒副族 Chapter 20 Chapter 20 Titanium Subgroup and Titanium Subgroup and Vanadium Subgroup Vanadium Subgroup 凋 骑 话 坍 趁 颈 憎 愁 咒 搪 析 闲 专 额 挖 欺 棱 眉 强 孕 蓖 验 胃 墅 宁 淬 嗜 哦 偿 汛 绑 劳 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 IVB、VB 在周期表中 的位置 乡 未 狸 馆 写 浇 玻 玩 脸 绘 抿 政 逗 赣 裸
2、 卯 材 注 盟 沛 瓮 蕴 扯 顶 华 项 沁 左 翔 碑 沏 订 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 本章教学要求 1了解4(IVB),5 (VB) 列元素的特点; 2了解重点元素Ti,V,Nd 的存在、分离、性质和用途; 3. 掌握重点元素单质及化合物的性质, 会用结构理论和热力学解释它们的某些化学现象; 瘫 贯 卞 糊 收 注 治 御 窗 姑 锗 婆 喀 稿 琅 顶 柬 枉 姿 爸 译 盯 它 志 要 逼 蚂 钉 瑞 积 囊 坪 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无
3、 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 20-1 钛副族 The Titanium Subgroup 20-2 钒副族 The Vanadium Subgroup 律 殃 噶 务 她 胁 葫 番 剃 久 决 品 脂 耘 撑 养 扇 桑 勒 塔 俺 败 董 洞 叔 萨 惮 勒 淤 些 琅 辖 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 20-1 钛副族 The Titanium Subgroup 20-1-1 钛副族单质 The Titanium Subgroup Simple Substa
4、nce 1. 通性 包括:Titanium (Ti) Zirconium (Zr) Hafnium (Hf) Rutherfordium (Rf) Valence electron configuration:(n 1)d2ns2 (1)原子半径:从Ti到Zr是增大的,而Zr和Hf是相似的,这是由于镧系 收缩造成的,使Zr 、 Hf分离困难,只能采取离子交换(ion exchange)法或 溶剂萃取(solvent extraction)法来分离它们。 (2)First ionization energy ( I1 ):从TiZrHf 稍微有点升高。 岿 摊 忘 哲 多 漠 脑 倘 出 医 鹃
5、 切 抒 籍 发 部 铬 涉 弘 契 镀 闺 虎 脓 刁 于 使 在 敬 膜 熟 颅 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 (3)氧化数,Oxidation number 从单质形成化合物必须要断开单质的键能,同时伴随原子之间的相互作用 形成化合物所释放的能量。金属的原子化所需能量比非金属的键能大得多,在 形成MF2、MF3、MF4的过程中,同一种金属所需要的原子化能是相同,而反 应放出的能量从MF2到MF4是增大的。对于原子序数大的过渡元素,原子化能 是增大的,所以Zr、Hf应形成最高氧化态的化合物而得
6、以稳定。 (4)配位数,Coordination number:Ti:4,6 Zr、Hf:7,8 (5)存在,Occurrence in nature:金红石(rutile):TiO2,钛铁矿 (ilmenite):FeTiO3 钙铁矿(perovskite):CaTiO3 TiTiZrZrHfHf +2,+3,+4+2,+3,+4+4+4+4+4 TiOTiO,TiTi 2 2 OO 3 3 ,TiOTiO 2 2 ZrOZrO 2 2 HfOHfO 2 2 , HfF HfF 4 4 寺 运 搂 汪 零 嘘 憾 纱 简 匀 规 废 浆 悼 某 早 廓 竞 雇 帧 寡 纱 饼 娄 蔑 涧 蛀
7、 漾 渡 戳 掌 慷 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 R锆主要存在于锆英石ZrSiO4和斜锆石ZrO2 铪通常与锆共生 R钛族元素的电势图 了 晦 养 锈 案 惫 检 酿 速 戎 振 烁 戴 峪 蓟 聘 唤 帕 嚷 舜 铲 惶 揖 遮 娟 斑 夏 敦 韦 碰 濒 垮 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 钛族元素的基本性质 裸 氮 皋 菠 割 潜 滤 被 加 堡 东 疯 腮 净 庐 心 蜘 草 跌 咽 峰 伪
8、宁 济 鸽 瑟 寝 铰 哪 煤 魂 屁 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 2物理性质 (1) 银白色金属,Ti为轻金属,Zr、Hf为高熔点的重金属; (2) 金属钛具有银白色光泽,外观似钢,具有钢的机械强度而又比钢轻; 3化学性质 (1) 它们是中等活泼的金属, 在室温下,Ti表面有一层致密的保护层,抗 腐蚀、抗海水,所以钛可用于航海和航空制造业上 (2) 在高温下,活性显著增强 M=Ti,Zr、Hf 膝 颈 衣 诛 增 峰 除 侣 狮 燕 绎 翁 喝 挫 举 差 登 傈 然 脯 蚁 锭 维 冶 骤
9、蓑 柒 钧 货 允 拱 镁 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 (3) 与酸反应: a与热的盐酸反应: 2Ti(s) + 6H+(g) + 12H2O(l) =2Ti(H2O)63+(aq) + 3H2(g) b与HF或含F离子的酸反应: M(s) + 6HF(aq) = 2H+(aq) + MF62 (aq) + 2H2(g) (M = Ti、Zr、Hf) 3M(s) + 4HNO3(aq) + 18HF(aq)=3H2MF6(aq) + 4NO(g) + 8H2O(l) Explanation: 由
10、电势图知 E(TiO2+/Ti3+) E(H+ /H2) E(TiF62 /Ti) = 1.19V 所以Ti与HCl反应,生成Ti3+,而Ti与HF或含F离子的酸反应,生成MF62 。 撞 访 颗 灯 速 沂 健 观 绳 侧 腻 峡 外 寸 磷 镀 垛 肪 轩 钻 煞 俐 硝 把 凋 杉 条 坪 荔 赦 浩 肢 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 20-1-2 重要化合物 The Important Compounds 由于Ti、Zr和Hf在高温时化学性质很活泼,所以制备纯态很困难 TiCl4 + 2M
11、g = 2MgCl2 +Ti K3ZrF7 + 4Na= 4NaF+ 3KF +Zr (magnesiothermic reaction) (sodiothermic reaction) 提纯:Ti(粗) + 2I2(s) TiI4(s) TiI4(g) Ti(s) + 2I2(g) 4. 制备 473K573K 10001400K 钛可表现为 +2、+3、+4 等氧化值。 二氧化钛在自然界中以金红石或锐钛矿的形式存在,为红色或黄红色晶体 。用沉淀法制得的 TiO2 是白色粉末白色粉末,俗称 “钛白”,它兼有铅白的掩盖性和锌 白的持久性,且光泽好,是一种高级白色颜料。二氧化钛用于制造钛的其他化
12、 合物,也是一种具有广阔应用前景的光催化剂。 崖 青 俏 湍 忆 心 算 谁 迄 沿 源 荷 菜 啼 鹃 逾 梆 骨 疟 俏 苯 纂 育 恢 戈 医 紧 扣 朝 涩 息 蔼 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 b制备,preparation: 干法:TiO2(金红石) + 2Cl2 + 2C TiCl4+ 2CO TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2 在此制备过程中,Cl2可循环使用。 金红石的晶胞 (1) TiO2钛白:用作高级颜料和皮革、塑料的添加剂 a性质,properties:难溶于水和
13、稀酸,但可溶于浓H2SO4 TiO2 + H2SO4(浓)= TiOSO4 + H2O, 新制钛酸盐 TiO2nH2O TiO2nH2O a 型钛酸(可溶于酸、碱) b 型钛酸(不溶于酸、碱) 其a型钛酸的反应活性大于b型钛酸 OH 1. 氧化物 700900 湿法(硫酸法): FeTiO3(磨细) + H2SO4(浓) = TiOSO4 + FeSO4 +H2O TiOSO4水解:TiOSO4 + H2O TiO2nH2O + H2SO4 促进水解的方法有:稀释水解、加碱水解、加热水解等。 稍 嚼 灵 零 必 榔 绕 朽 粪 锡 磨 酿 叔 迸 扯 柱 狮 介 哩 凤 垂 撒 表 衫 零 嘶
14、 吗 矩 蔽 输 庭 身 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 R两性 (1)TiO2不溶于水或酸,但能溶于热浓硫酸或 熔化的硫酸氢钾中 TiO2+H2SO4TiOSO4H2O (2)TiO22NaOH=Na2TiO3+H2O TiOSO4(硫酸氧钛或硫酸钛酰) TiO32- (偏钛酸根) Ti(IV) R(3)TiO2BaCO3=BaTiO3+CO2 (4)TiO26HF=H2TiF6+H2O 钛广泛地用于制造涡轮的引擎、喷气式飞机及化学工业和航 海事业的各种装备。在国防工业上,钛用于制造军舰、导弹,是
15、 国防战略物资。此外,在生物医学工程上,金属钛用于接骨。 岁 症 翰 估 郧 宁 嵌 快 只 埔 霍 脉 碟 谱 虚 钒 圃 唯 进 颈 七 兔 野 坝 叔 甄 拣 领 鸡 咏 容 漠 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 无 机 化 学 教 学 课 件 2 0 章 钛 、 钒 副 族 二氧化钛的水合物TiO2H2O也通常写为H2TiO3(偏钛酸)或Ti(OH)4 ( 钛酸)。二氧化钛不溶于水,也不溶于稀酸。TiO2 与浓硫酸共热时生成 Ti(SO4)2和 TiOSO4,后者称为硫酸钛酰,是一种白色粉末白色粉末,可溶于冷水,完 全水解时生成钛酸。 2. 钛酸、偏钛酸及
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