【文章內容簡介】 大的 ， 是 制造耐磨 、 耐熱和耐腐蝕材料的理想金屬 鈦 22Ti 釩 23V 鉻 24Cr 鋯 40Zr 鈮 41Nb 鉬 42Mo 锝 43Tc 鉿 72Hf 鉭 73Ta 鎢 74W 錸 75Re 2022/2/5 16 1. 鈦 (Titanium)， 鋯 （ zirconium） 和 鉿 （ hafnium） ● 分布 —— 鈦 我國豐產 ， 大部分分散 ， 主要礦物有金紅石 （ TiO2） 、鈦鐵礦 （ FeTiO3） 和釩鈦鐵礦 。 鈦資源豐富 ， 冶煉困難 —— 鋯 比銅 、 鋅和鉛總量還多 ， 但分布非常分散 —— 鉿 自然界于鋯共生 ， 存在于鋯英石中 —— 鈦 、 鋯和鉿都歸入稀有金屬 2022/2/5 17 （ 1） 鈦的性質和用途 ● 物理性質和用途 —— 高熔點 ， 輕 ， 抗腐蝕 ， 承受超低溫 廣泛應用于航天飛機 、火箭 、 導彈 、 潛艇 、 輪船和化工設備 ， 制備盛放液氮和液氧的器皿 —— 有生物相容性 接骨和人工關節(jié) ， 譽為 “ 生物金屬 ” —— 氫反應形成非整比氫化物 ， 作為 儲氫材料 ● 化學性質 自學 —— 鈦標準電極電勢為 ， 在空氣中迅速與氧生成致密的氧化物膜而鈍化 ， 其在室溫下不與水 、 稀酸和堿反應 —— 鈦能生成配合物 TiF62而可溶于氫氟酸或酸性氟化物溶液 Ti + 6HF ==== TiF62 + 2H+ + 2H2 2022/2/5 18 —— 鈦能溶于熱的濃鹽酸，生成綠色的 TiCl36H2O 2Ti + 6HCl === 2TiCl3 +3H2 —— 鈦在高溫下可與碳 、 氮 、 硼反應生成碳化鈦 TiC、 氮化鈦 TiN和硼化鈦 TiB。 它們硬 、 難熔 、 穩(wěn)定 ， 成為金屬陶瓷 ， 氮化鈦為青銅色 ， 涂層能仿金 。 鈦與氫反應形成一類非整比的氫化物 ， 可作為儲氫材料 。 鈦與氧反應生成 TiO2 TiO2 TiC TiN ~iO2 TiB TiCl4 Ti 2022/2/5 19 （ 2） 金屬鈦的制備 TiCl4的金屬熱還原法 自學 ?? 將 TiO2或天然金紅石和碳粉混合加熱至 1000K?1100K， 進行氯化處理制備 TiCl4， 氯化反應不能直接由 TiO2氯化制得 ， 必須有碳粉的參與 ?? 用金屬鎂或鈉在 1070K， 氬氣氛中還原得到鈦 1000K~1100K TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s==== TiCl4(g)+2CO(g) 1070K， Ar TiCl4(l)+2Mg(s)====Ti(s)+2MgCl2(S) ?? 過量的 Mg和 MgCl2用稀鹽酸處理除去 ， 得到 “ 海綿鈦 ” 2022/2/5 20 （ 3） 鈦的重要化合物 — TiO2 ?? 晶型 金紅石型和銳鈦型兩種 ?? 性質 TiO2是白色粉末 ， 不溶于水和稀酸 ， 溶于氫氟酸和熱的濃硫酸 TiO2 + 6HF ==== H2[TiF6] + 2H2O TiO2 + H2SO4 ==== TiOSO4 + H2O ?? 應用 TiO2俗稱 鈦白 ， 是優(yōu)良的白色顏料 ， 折射率高 ， 著色力和遮蓋力強 ， 化學穩(wěn)定性好 ， 是制備高級涂料和白色橡膠的重要原料；造紙和人造纖維消光劑；功能陶瓷 BaTiO3的重要原料 。 納米TiO2有極好的光催化性能 ， 在有機污水處理領域有廣闊應用前景 2022/2/5 21 （ 4） 鋯和鉿的性質和用途 （ 略 ） 鋯和鉿主要用于原子能工業(yè) ， 鋯主要用作核反應堆中核燃料的包套材料 。 鉿具有特別強的熱中子吸收能力 ， 主要用于軍艦和潛艇原子反應堆的控制棒 。 鋯合金強度高 ， 宜作反應堆結構材料 。 鉿合金特難熔 ， 具有抗氧化性 ， 用作火箭噴嘴 、 發(fā)動機和宇宙飛行器等 。 鋯不與人體的血液 、 骨骼及各組織發(fā)生作用 ， 已用作外科和牙科醫(yī)療器械 ， 并能強化和代替骨骼 。 它們還可用于化工設備和電子管的吸氣劑等 。 2022/2/5 22 2. 釩 (Vanadium), 鈮 (Niobium)和 鉭 (Tantalum)自學 ?分布 Ⅴ B， 價電子構型是 (n1)d4ns1或 (n1)d3ns2 —— 釩在地殼中的豐度為 136ppm， 是銀的 1000倍 ， 在所有元素中排第 23位 ， 但它的分布極廣且很分散 。 釩的主要礦物為綠硫釩 VS2或V2S5， 鉛釩礦 （ Pb5(VO4)3Cl） 等 。 —— 由于鑭系收縮 ， 鈮和鉭性質相似 ， 在自然界共生 ， 其礦物可以通式 Fe(MO3)2表示 —— 釩 、 鈮 、 鉭均是稀有金屬 2022/2/5 23 （ 1） 金屬釩及其化合物 ?性質和用途 —— 釩是銀灰色具有延展性的金屬 ， 不純時硬而脆 —— 釩是活潑金屬 ， 易呈鈍態(tài) ， 常溫下不與水 、 苛性堿和稀的非氧化性酸作用 ， 但可溶于氫氟酸 、 強氧化性酸和王水中 ， 也能與熔融的苛性堿反應 。 在高溫條件下可與大多數(shù)非金屬反應 ， 比鈦還易與氧 、 碳 、 氮和氫化合 ， 所以制備純金屬很難 。 常用金屬 （ 如鈣 ）熱還原 V2O5得到 —— 釩有金屬 “ 維生素 ” 之稱 ， 含釩百分之幾的鋼 ， 具有高強度、 高彈性 、 抗磨損和抗沖擊性能 ， 廣泛應用于結構鋼 、 彈簧鋼 、 工具鋼 、 裝甲鋼和鋼軌 。 對汽車工業(yè)和飛機制造業(yè)有重要意義 2022/2/5 24 —— V2O5 釩的最重要的化合物 。 它是難溶于水的棕黃色固體 ，可由偏釩酸銨熱分解制備 ， 是重要的催化劑 873K， 2NH4VO3 ======== V2O5 + 2NH3 + H2O V2O5是兩性氧化物 ， 既溶于酸也溶于堿 ， 且有一定的氧化性 ， 與濃鹽酸反應可得到 Cl2。 V2O5 + 6HCl ===== 2VOCl2 + Cl2 +3H2O —— 釩具有多種氧化態(tài) （ + + + + 0） 2022/2/5 25 VCl3 V2O5 VO3 VO43 VO2+ V（粉末） + O2， Δ + H2， Δ V2O3 V(H2O)6 3+ OH H+ V(H2O)6 2+ H2O Zn/濃 HCl I/H+ VO2+ Zn/HCl Zn/HCl 強堿 稀酸 弱堿 稀酸或 銨鹽加熱 濃酸 +Cl2 VCl4 H2O