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钛及其化合物性质

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钛的冶炼

钛的冶炼

金属钛的冶炼更新时间:2013/04/25 10:57:25 浏览次数: 2957金属钛的冶炼：钛在地壳中的含量十分丰富，按丰度值算占第九位。

解放前，我国的钛锆铪冶炼工业是空白，虽然资源丰富，但未得到利用。

解放后，开始建立我国的钛锆铪冶炼和加工工业，适应了我国尖端技术和相关工业部门对这些金属和化合物的需要。

现在，我国的钛锆铪工业都在积极发展中。

化学性质钛位于元素周期表中第四周期第IV副族，原子序数为22。

钛的化学性质相当活泼，可与很多元素反应或形成固溶体。

主要物理性质，熔点；钛的熔点为1660℃。

沸点钛的沸点为3302℃。

超导性，耐蚀性：不锈钢；机械性质纯钛的机械强度比铁大一倍，比铝大5倍。

钛具有可塑性，钛合金在航天航空工业上的应用，钛具有质轻、强度高，耐热、耐低温性能。

钛合金在化工、冶金上的应用：钛的耐蚀性能好，日常生活领域，钛和钛合金具有质轻、强度高、耐腐蚀并兼有外观漂亮等综合性能。

人造关节，假肢。

超导材料，钛镍合金具有形状记忆功能，在镍含量xNi为49.5%～51.5%的组成范围内，xNi每变化0.01，相变温度约变化10℃。

钛镍合金还具有超弹性，它的耐磨性能也很优异。

钛铁合金具有储氢功能，FeTi合金的吸放氢气可在接近常温﹑常压条件下进行，而且，储氢容量也很大。

钛铌合金具有超导性，钛在地壳中的丰度为0.56％，按元素丰度排列居第九位，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾和镁。

钛属于典型的亲岩石元素，存在于所有的岩浆岩中。

钛的分布极广，遍布于岩石、砂土、粘土、海水、动植物，甚至存在于月球和陨石中。

钛的化学活性很强，所以自然界中没有钛的单质存在，总是和氧结合在一起。

在矿物中，钛以氧化物（金红石）形式和钛酸盐形式存在，钛还经常与铁共生（钛铁矿）。

金红石是一种黄色至红棕色的矿物，其主要成分是TiO2，还含有一定量的铁、铌和钽。

铁是由于它与钛铁矿共生的结果。

由于Ti4+与Ni+、Ta5+ 离子的相似性，铌和钽常伴生在钛矿石中。

钛合金

钛合金


医用钛合金

纯钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生 物环境下优良的抗腐蚀性等在临床上得到了越来越广泛的应用.综述了 医用钛合金的发展和研究现状 ,阐述了钛的生物相容性原理 ,同时简单 评述了钛及其合金表面改性与钛基复合材料的研究现状 .分析表明:纯 钛及其合金具有出色的生物相容性主要归功于表面附着的氧化层 ;β型 钛合金与α/α+β型钛合金相比,具有较高的耐磨性,是一种很有前途的外 科植入用钛合金;寻求更为理想的表面改性工艺从而获得高质量的涂层, 或将生物活性相添加进钛合金基体中制备成复合材料是提高医用钛合 金生物活性的两种有效途径.

目前发展方向
采用传统粉末冶金方法生产钛合金制品主 要步骤为:首先是粉末的制备,然后通过对疏松的 粉末施加一定的外压使其达到致密化,接着对压 坯进行烧结,以得到一定性能的制品。常用的压 制方法有等静压和非等静压两种,可以在常温或 高温下对粉末进行压制。 而近几年国外把采用快速凝固/粉末冶金技 术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为 高温钛合金的发展方向
钛铝合金

钛铝合金在真空镀膜行业应用较广，可以做成一定比例的合金靶材， 作磁控溅射镀膜的原材料。在做真空镀膜靶材时钛铝合金有多种成分 比例。钛铝合金在钛原子含量大于等于 50%时可以用真空熔铸的方式 生产，当钛含量减少铝含量相对增加时就只能通过粉末冶金的方法来 生产才能达到靶材的要求。钛原子大于等于80%时的钛铝合金还可以 锻造，可以轧制。
注：纤维增强复合材料

纤维增强复合材料由增强纤维和基体组成。纤维(或晶须)的直径很小， 一般在l0μm以下，缺陷较少又小，断裂应变不大于百分之三，是脆性 材料。容易损伤、断裂和受到腐蚀。 材料。 、 长纤维复合材料和杂乱短纤维增强复合材料。纤维增强复合材料由于 纤维和基体的不同品种很多。

各种钛硫化合物与钛酸的性质及其化学反应(详细版)

各种钛硫化合物与钛酸的性质及其化学反应(详细版)

各种钛硫化合物、钛酸的性质及其化学反应1. 偏钛酸A．物理化学性质偏钛酸（H2TiO3）是—种白色粉末，加热时变黄。

25℃时密度为4.3g/cm3。

偏钛酸不导电。

偏钛酸不溶于水，也不溶于稀酸和碱溶液中，却溶于热浓硫酸中。

偏钛酸的酸性表现为在高温下能与金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐烧结生成相应的钛酸盐；与金属卤化物反应也生成钛酸盐，并析出卤化氢。

偏钛酸是不稳定化合物，在煅烧时发生分解，生成TiO2。

偏钛酸脱水的起始温度为200℃，300℃时已达到较大的脱水速度，但需在高温下才能脱水完全。

偏钛酸不溶于水，也不溶于稀酸和碱溶液中，却溶于热浓硫酸。

偏钛酸是不稳定化合物，在煅烧时发生分解，生成TiO2。

B．制取方法偏钛酸可由金属钛与40%硝酸反应生成：3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO。

金属钛与氨中的过氧化氢反应也能生成偏钛酸：Ti＋5H2O2＋2NH3＝H2TiO3＋7H2O＋N2TiCl4在沸腾水中水解也可生成偏钛酸：TiCl4＋3H2O＝H2TiO3＋4HCl。

钛白生产过程中，Ti(SO4)2和TiOSO4的酸性溶液在沸水中水解生成偏钛酸沉淀。

在140℃或在真空中干燥正钛酸时，也会生成偏钛酸。

2. 正钛酸A．物理化学性质正钛酸通常是无定型的白色粉末。

它是一种不稳定的化合物，热水洗涤、加热或长时间在真空中干燥时便转化为偏钛酸。

正钛酸不溶于水和醇中，但易转化为胶体溶液。

正钛酸是两性氢氧化物，它在常温下易溶于无机酸和强有机酸中，也能溶于热的浓碱溶液中。

在水溶液中，正钛酸通常以水化物的形式存在，在pH＝7时为二水正钛酸，而在pH<7（即酸性）的溶液中存在下列平衡转化：Ti(OH)4(H2O)2＋OH3＋[Ti(OH)3(H2O)3]＋＋H2O[Ti(OH)3(H2O)3]＋＋OH3＋[Ti(OH)2(H2O)4]2＋＋H2O[Ti(OH)2(H2O)4]2＋＋OH3＋[Ti(OH)(H2O)5]3＋＋H2O在pH >7（即碱性）的溶液中存在下列平衡：Ti(OH)4(H2O)2＋OH－[Ti(OH)5(H2O)]－＋H2O[Ti(OH)5(H2O)]－＋OH－[Ti(OH)6]2－＋H2OB．制取方法硫酸或盐酸的二氧化钛溶液与碱金属氢氧化物或碳酸盐反应，反应生成物在常温下干燥则可得到正钛酸。

碳化钛分子量

碳化钛分子量

碳化钛分子量
碳化钛是一种由钛和碳组成的化合物，化学式为TiC。

它的分子量取决于其中的钛和碳的比例，可以从60到240克/摩尔不等。

下面将详细介绍不同比例下的碳化钛分子量及其物理化学性质。

1. TiC的分子量为60.08克/摩尔，当其化学计量比为Ti:C=1:1时。

此时，碳化钛呈白色粉末状，结晶度高、硬度大、高熔点（约3150℃）、高耐磨性、难溶于大多数酸、碱和盐溶液。

由于这些性质，它常常被用于制造硬质合金、金属陶瓷等材料。

此外，碳化钛还是电炉炉衬、航空航天材料、高温阀门等领域的关键材料。

2. 当Ti:C=1:0.8时，碳化钛分子量为67.73克/摩尔。

此时，碳化钛的颜色开始变为浅灰色，硬度也略有降低，但仍保持较高的熔点、耐磨性和耐腐蚀性。

此种比例的碳化钛通常被用于制造金属陶瓷、热喷涂等材料。

5. 当Ti:C=1:2时，碳化钛分子量为102.52克/摩尔，此时碳化钛呈现出较差的物理化学性质，其硬度已经接近于铁，在一些强酸和强碱中也会有一定的溶解性。

但它仍可以用于制造锻压模具、切削工具等耐磨材料。

总之，碳化钛的分子量与其化学计量比有关，化学计量比不同将导致碳化钛的物理化学性质发生不同程度的变化。

不同比例的碳化钛在工业生产和科学研究中都有广泛的应用。

钛合金及其应用

钛合金及其应用
由于V,Nb,Ta,Mo四种金属只有一 种体心立方点阵,所以它们只与具有相 同晶型的β-Ti形成连续固溶体,而与密 排六方点阵的α-Ti形成有限固溶体.
V:属于稳定β相的元素,在Ti-V系中无 共析反应和金属化合物相,这样,在与加 热有关的工艺过程有误时,不致产生脆 性.
Nb:属于稳定β相的元素,但作为稳定 剂的效应比V低很多.
1 钛资源及钛产品的冶炼生产
1.1 钛资源的分布及特点
金属元素钛在地壳里的分布广泛，其含量是地壳质量的 4‰还要多一点，世界储量约34亿吨，在所有元素中含量居 10位。
钛在自然界中主要以氧化物的形式存在，目前已发现含 钛矿物有100多种，除金红石外，还有白钛矿、铁钛矿、钙 钛矿等。 金红石含TiO2在95%以上，是提炼钛的重要矿物原料，但在 地壳中储量较少。白钛矿含TiO2为70%～92%。钛铁矿、钙 钛矿含TiO2一般为35% ～52%，但是其储量非常大，是生产 金属钛和钛白粉的主要原料来源。
②Ｈ：是稳定β相的元素 钛在400℃以上 大量吸氢，会引 起氢脆。
③Fe, Si：与钛形成置换 固溶体，过量时形成脆 性化合物。
2.3 钛的组织与结构特征
纯钛的组织,500×:(a)等轴晶粒组织 ;(b)条状的α 组织;(c)呈锯齿状晶界
①等轴晶粒组织 :铸锭经加工变形后,在β 相变点以下退火,再 结晶后得到 ②条状的α组织:缓冷时得到 ③呈锯齿状晶界:缓慢冷却退火后或者快冷
提取金属钛的主要原料含钛矿石，根据其形成的过程，主 要分为岩矿和砂矿两大类：
■岩矿：原生矿，结构比较致密，储量较大，但多复合共生 物，所以钛矿物的品味较低，提取难度较大。主要出现在北 半球，如：中国，美国，加拿大，俄罗斯等国家。
■砂矿：次生矿，结构比较疏松，由于多年的风化和水流的 冲刷，矿物相对富集，品味较高。主要出现在南半球，如： 澳大利亚，新西兰，肯尼亚，莫桑比亚，印度等国家。

钛 相对原子质量

钛 相对原子质量

钛相对原子质量摘要：1.引言：介绍钛元素的基本信息2.钛的相对原子质量3.钛的重要性及其应用领域4.结论：总结钛元素的特点和价值正文：1.引言钛（Titanium）是一种化学元素，化学符号为Ti，原子序数为22。

它是一种银白色的过渡金属，位于元素周期表的第四周期，属于IVB 族元素。

钛具有较高的熔点，良好的抗腐蚀性能和较低的密度，因此在许多工业领域有着广泛的应用。

2.钛的相对原子质量钛的相对原子质量为47.867，这个数值是相对稳定的，因为钛的原子核中含有22 个质子和不同数量的中子。

在自然界中，钛元素主要以氧化物和硅酸盐矿物的形式存在，其含量约占地壳重量的0.6%。

3.钛的重要性及其应用领域钛元素在地球上的含量较高，但其提取和应用却相对较晚。

这是因为钛的熔点较高，且具有较强的还原性，使得其提取和加工难度较大。

然而，随着科学技术的发展，人们逐渐认识到了钛的重要性和价值，从而在航空、航天、化工、医疗等领域广泛应用钛合金和钛化合物。

（1）航空航天领域：钛合金在航空航天领域的应用非常广泛，如发动机、涡轮叶片、机身结构等部件。

这是因为钛合金具有较高的强度、良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能，可以显著减轻飞行器的重量，提高其性能。

（2）化工领域：钛在化工领域的应用主要体现在钛设备和钛催化剂方面。

由于钛具有优异的抗腐蚀性能，因此常用于制造输送强酸、强碱等介质的设备。

此外，钛还是一种优良的催化剂，可用于生产合成氨、硫酸、氢气等化学品。

（3）医疗领域：钛合金在医疗领域的应用也非常广泛，如制造人工关节、牙科植入物等。

这是因为钛合金具有良好的生物相容性，能够与人体组织相容，降低排异反应的风险。

4.结论总之，钛作为一种重要的过渡金属，具有独特的物理、化学性质和广泛的应用前景。

钛及钛合金标准与钛十大性能

钛及钛合金标准与钛十大性能

钛作者：商占法介绍钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。

能在氮气中燃烧，熔点高。

钛的密度为4.54g／cm3，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。

机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。

钛耐高温，比黄金和钢都高的多。

钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工作和航海工业，在石油化工行业也有较多的应用。

钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。

现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。

据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上。

极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

钛的耐热性很好，熔点高达1660℃℃。

在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。

就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。

钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。

现在，人们开始用钛来制造潜艇——钛潜艇。

由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行在常温下，钛不会被稀盐酸、稀硫酸、硝酸或稀碱溶液所腐蚀；只有氢氟酸、热的浓盐酸、浓硫酸等才可对它作用。

钛合金有好的耐热强度、低温韧性和断裂韧性，故多用作飞机发动机零件和火箭、导弹结构件。

钛合金还可作燃料和氧化剂的储箱以及高压容器。

现在已有用钛合金制造自动步枪，迫击炮座板及无后座力炮的发射管。

在石油工业上主要作各种容器、反应器、热交换器、蒸馏塔、管道、泵和阀等。

钛可用作电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。

钛镍形状记忆合金在仪器仪表上已广泛应用。

在医疗中，钛与人体有很好的相容性,可作人造骨头和各种器具。

钛还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。

钛白粉是颜料和油漆的良好原料。

碳化钛，碳（氢）化钛是新型硬质合金材料。

氮化钛颜色近于黄金，在装饰方面应用广泛。

钛及钛合金知识

钛及钛合金知识

第3章钛及钛合金3.1 概述3.2 纯钛3.3 钛合金3.4 钛合金的应用3.1 概述1791年英国化学家格雷戈尔研究钛铁矿和金红石时发现了钛。

1795年，德国化学家克拉普罗特在分析匈牙利产的金红石时也发现了这种元素。

格雷戈尔和克拉普罗特当时所发现的钛是粉末状的二氧化钛，而不是金属钛。

到1910年美国化学家亨特第一次制得纯度达99.9%的金属钛。

钛在地壳中的丰度占第七位，0.42%，金属占第四位（铝、铁、镁、钛）。

以钛铁矿或金红石为原料生产出高纯度四氯化钛，再用镁作为还原剂将四氯化钛中的钛还原出来，由于还原后得到钛类似海绵状所以称为海绵钛，最后以海绵钛为原料生产出钛材和钛粉。

1947年才开始冶炼，当年产量只有2吨。

1955年产量2万吨。

1975年产量7万吨。

2006年产量14万吨钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积钢铁的一半，钛虽然比铝重，它的硬度却比铝大2倍。

在宇宙火箭和导弹中，已大量用钛代替钢铁。

极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

3.2 纯钛⑴密度小，比强度高：钛密度为4.51g/cm3，约为钢或镍合金的一半。

比强度高于铝合金及高合金钢。

⑵导热系数小：钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。

⑶无磁性，无毒：钛是无磁性金属，在很大的磁场中不被磁化，无毒且与人体组织及血液有很好的相容性。

⑷抗阻尼性能强：钛受到机械振动及电振动后，与钢、铜相比，其自身振动衰减时间最长。

⑸耐热性强：因熔点高，使得钛被列为耐高温金属。

⑹耐低温：可在低温下保持良好的韧性及塑性，是低温容器的理想材料。

⑺吸气性能高：钛的化学性质非常活泼，在高温下容易与碳、氢、氮及氧发生反应。

⑻耐腐蚀性佳：在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附著力强、惰性大的氧化膜，保护钛基体不被腐蚀。

物理性能：属第四副族ⅣB族元素，原子序数为22，原子量为47.9。

有两种同素异晶体，其转变温度为882.5℃。

钛金属的主要物理性能

钛金属的主要物理性能

第2章2．1 钛的基本性质C1～8]工业纯钛钛的矿物在自然界中分布很广，处于分散状态，主要形成矿物钛铁矿Fe—TiO3、金红石TiO2及钒钛铁矿等，约占地壳重的0．6％，在金属世界里排行第7，含钛的矿物多达70多种，在海水中含量是1Ug／L，在海底结核中也含有大量的钛。

钛的基本性质主要包括以下几个方面。

2．1．1 物理性质纯净的钛是银白色金属，具有银灰色光泽。

钛属难熔金属，原子序数为22，。

相对原子质量为47．90，位于周期表ⅣB族。

钛有两种同素异构体，。

—Ti在882'C以下稳定，为密排六方晶格(hcp)结构；p—Ti在882~C与熔点1678~C之间稳定存在，具有体心立方晶格(bbc) 结构。

在882~C发生。

一p转变。

—Ti的点阵常数(20'C)为a＝0．2950nm，‘＝0．4683nm，‘／o/=1.587；p—Ti的点阵常数为o=0.3282nm(20℃)或o= 0.3306nm(900~C)。

钛的密度为4．51g／cm3，只相当于钢的57％，属轻金属。

钛的熔点较高，导电性差，热导率和线膨胀系数均较低，钛的热导率只有铁的1／4，是铜的1／7。

钛无磁性，在很强的磁场下也不会磁化，用钛制人造骨和关节植入人体内不会受雷雨天气的影响。

当温度低于0.49K时，钛呈现超导电性，经合金化后，超导温度可提高到9～10K，钛的基本物理性能数据列于表2—1。

┌───────────────┬────────┐│名称│数值│├───────────────┼────────┤│相对原子质量│47．9 │├───────────────┼────────┤│原子半径／nm │0．145 │├───────────────┼────────┤│e—Ti-~-Ti相变潜热／(kJ／mo1) │3．47 │└───────────────┴────────┘比密度续表2．1，2 力学性能室温下纯钛的晶体结构为密排六方结构，其点阵长短轴比c／aGl．633，室温变形时主要以<1010}<1210>柱面滑移为主，并常诱发孪生[9]；钛同时兼有钢(强度高)和铝(质地轻)的优点。

第38讲-钛钒铬锰及其化合物(课件)

第38讲-钛钒铬锰及其化合物(课件)

CaTiO3
TiCl4
水解
Ti
TiO2
TiCl4
TiCl3 TiOSO H2TiO3 TiN
4
四氯化钛需要加入大量的水，同时加热，生成水合二氧化钛：
Ti4++(x+2)H2O=TiO2·xH2O↓+4H+ 价态越高越容易水解（与离子极化力有关），水解是吸热过程， 加热促进水解；越稀释水解程度越大。
四氯化钛在空气中发烟，是水解生成的氯化氢与空气中的水蒸气 形成酸雾：TiCl4 + 2H2O = TiO2↓ + 4HCl
(1)用盐酸酸浸时，为使酸浸速率加快，可采取的措施是(至少写2条) 适当增大盐酸浓度；适当升高温度；搅拌、减小钛铁矿粒径等 生主要反应的离子方程式为 FeTiO3+4H+=Fe2++TiO2++2H2O
，发 。
【经典再现】四氯化钛是制取海绵钛和氯化法钛白(二氧化钛)的主要原料，用于制造颜料和钛有机 化合物以及国防上用的烟幕剂。同时也是制取航天航空工业材料-钛合金的重要原料，由钛铁矿(主 要成分是FeTiO3，含有少量Fe2O3、SiO2、Al2O3等杂质)，制备TiCl4等产品的一种工艺流程如图： 已知：Ⅰ.①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性。该过程中有如下反应发生： 2Fe3++Fe=3Fe2+、2TiO2+(无色)+Fe+4H+=2Ti3+(紫色)+Fe2++2H2O、Ti3+(紫色)+ Fe3++H2O =2TiO2+(无色)+Fe2++2H+； Ⅱ.四氯化钛的熔点-25.0℃，沸点136.4℃，SiCl4的熔点-68.8℃，沸点57.6℃。

钒钛基本性质 (2)

钒钛基本性质 (2)
• VAl 合金常温下为银灰色金属。 • VAl化合物有不同的晶系：
钒铝合金
•(1)VAl3：正方晶格， 晶格常数a=0.5345nm， c=0.8322nm，c:a=1.577。 •(2)VAl11：面心立方晶格，晶格常数a=1.4586nm。 •(3)VAl6：六方晶格，晶格常数a=0.7718nm， c=1.715nm。 •(4)V5Al8：体心立方晶格，晶格常数a=0.9270nm。
400
225
氮气和氢气
水蒸气
V6O13
(NH4)2O· 3V2O5
• 除了偏钒酸铵外，五价钒(V5+)的铵盐还有很 多种，如： • (NH4)2V4O11、(NH4)2V6O16、(NH4)4V6O17、 (NH4)4V10O27、(NH4)6V10O33、(NH4)2V12O31、 (NH4)6V14O38、(NH4)10V18O40、(NH4)6V20O53、 (NH4)8V26O69等。
第四节 VO2的性质
• 二氧化钒是深兰色晶体粉末，温度超过 128℃时为金红石型结构。 • VO2是两性氧化物，溶于酸和碱。
• VO2是钒氧化物中研究最多的一种，原因在 于有金属—非金属转变的性质。
• 由于VO2的薄膜形态不易因反复相变而受到 损坏，因此，其薄膜形态受到了比其它粉体、 块体更为广泛的研究。
提拉法制备VO2薄膜
第五节 V2O5的性质
• V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉 末，微溶于水(约0.07g/L)，溶液呈微黄色。 • V2O5大约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系 的针状晶体。
片状五氧化二钒
粉状五氧化二钒
•V2O5是两性氧化物，与Na2CO3一起共熔得到 不同的可溶性钒酸钠。 •V2O5+3Na2CO3→2Na3VO4+3CO2 •V2O5+2Na2CO3→2Na4V2O7+2CO2 •V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2

钛合金基础知识

钛合金基础知识

钛的身世2010-07-22 09:4钛元素，发现于18世纪，并于1795年由德国化学家M.H克拉普斯命名为钛(Titan)。

在希腊神话中这是大地之子的名字，在古希腊“泰坦精神”就是永往直前的意思。

钛作为新型首饰用材有其它材料不可比似的优势一．轻：钛的比重是4.51，约为不锈钢、钴、铬等合金的一半，比黄金的16.3更是轻了许多，在制做耳坠、项链等首饰时优势明显。

这一优势同时减少了设计师对于首饰用材的限制，可以用其做出很多体积较大且夸张的造型。

二．钛具有良好的耐腐蚀性：钛是极活泼的元素，极易与氧反应，生成Tio2，但是钛表面生成的几个到几十纳米的氧化膜极其完整致密，具有局部破坏后在瞬间的自修复能力，并且在大多数环境中是稳定的，这就是钛的耐腐蚀性的理论基础。

三．良好的生物相容性：钛的良好耐腐蚀性特征使它和人长期接触以后也不影响其本质，不会造成过敏。

现在在医学领域已经得到广泛的应用。

如：钛接骨板、钛髋关节以及钛膝关节等。

因此对金属有过敏反应的人可放心大胆佩带。

四．钛能着色：钛金属有一个很有趣的特征，将钛置于电解液中通上一定电流，其表面应就会被电解化上一层氧化膜，而氧化膜的厚薄可决定颜色的变化，而并无需外加元素。

现在可做的颜色有金、黑、蓝、褐、花等各种颜色。

它的这一特性使首饰设计更多彩更时尚。

五．钛不易变形，不用重新整形：钛硬度高，不易变形，不象普通金银首饰等佩带一段时间后需要重新整形。

原子结构钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20-32个中子组成，核外电子结构排列为1S22S22P63S23D24S2。

原子核半径5x10-13厘米。

物理性质钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热 102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。

副族元素

副族元素

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第12讲副族元素及其化合物【竞赛要求】钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞、钼、钨。

过渡元素氧化态。

氧化物和氢氧化物的酸碱性和两性。

水溶液中的常见离子的颜色、化学性质、定性检出（不使用特殊试剂）和分离。

制备单质的一般方法。

【知识梳理】一、通论d区元素是指IIIB~VIII族元素，ds区元素是指IB、IIB族元素。

d区元素的外围电子构型是(n－1)d1~10ns1~2（Pd例外），ds区元素的外围电子构型是(n－1)d10ns1~2。

它们分布在第4、5、6周期之中，而我们主要讨论第4周期的d区和ds区元素。

第4周期d区、ds区元素某些性质*（）内为不稳定氧化态。

同一周期的d区或ds区元素有许多相似性，如金属性递变不明显、原子半径、电离势等随原子序数增加虽有变化，但不显著，都反映出d区或ds区元素从左至右的水平相似性。

d区或ds区元素有许多共同的性质：（1）它们都是金属，因为它们最外层都只有1~2个电子。

它们的硬度大，熔、沸点较高。

第4周期d区元素都是比较活泼的金属，题目能置换酸中的氢；而第5、6周期的d区元素较不活泼，它们很难和酸作用。

（2）除少数例外，它们都存在多种氧化态，且相邻两个氧化态的差值为1或2，如Mn，它有–1，0，1，2，3，4，5，6，7；而p区元素相邻两氧化态间的差值常是2，如Cl，它有–1，0，1，3，5，7等氧化态。

最高氧化态和族号相等，但VIII族除外。

第4周期d区元素最高氧化态的化合物一般不稳定；而第5、6周期d区元素最高氧化态的化合物则比较稳定，且最高氧化态化合物主要以氧化物、含氧酸或氟化物的形式存在，如WO3、WF6、MnO-4、FeO-24、CrO-24等，最低氧化态的化合物主要以配合物形式存在，如[Cr(CO)5]2–（3）它们的水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色。

这些离子的颜色同它们的离子存在未成对的d电子发生跃迁有关。

某些d去元素水合离子的颜色常见酸根离子的颜色有：CrO-24（黄色）、Cr2O-27（橙色）、MnO-24（绿色）、MnO-4（紫红色）。

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钛及其化合物性质1、钛单质，自然界存在：钛的主要钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2）。

钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K，比钢高近500K。

钛属于化学性质比较活泼的金属。

加热时能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。

但在常温下，钛表面易生成一层极薄的致密的氧化物保护膜，可以抵抗强酸甚至王水的作用，表现出强的抗腐蚀性。

液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。

钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。

钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。

2、钛的冶炼工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛制取金属钛。

浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿）：FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O 为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使得FeSO4·7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。

Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是：Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4锻烧偏钛酸即制得二氧化钛： H2TiO3 == TiO2+H2O工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。

将TiO2（或天然的金红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4，蒸气冷凝。

TiO2＋2C＋2Cl2＝TiCl4＋2CO在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛： TiCl4＋2Mg＝2MgC12＋Ti13、钛常见化合物(1) 二氧化钛钛白是经过化学处理制造出来的纯净的二氧化钛，它是重要的化工原料。

制取钛白的方法主要有两种：一种是用干燥的氧气在923～1023K对四氯化钛进行气相氧化：TiCl4 + O2＝TiO2 + 2Cl2另一种是硫酸法，在此法中，首先使磨细的钛铁矿同浓硫酸（浓度在80％以上，温度在343～353K）在不断地通入空气并搅拌的条件下进行反应，制得可溶性硫酸盐：FeTiO3 + 2H2SO4＝TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O由于这一反应是放热的，反应剧烈时，温度可上升到473K左右。

用水浸取固相物，得钛盐水溶液，通称钛液。

制取钛白时，关键的一环是使钛液水解，制得水合二氧化钛沉淀： TiOSO4 + 2H2O ＝TiO2·H2O + H2SO4根据中和－水解平衡移动原理可知，钛液的浓度、酸度及温度均能影响水解反应的进行，浓度越小，酸度越小，温度越高，水解反应越容易发生。

在制取钛白的过程中，需要测定钛液中Ti(IV)的含量。

测定时首先往钛液中加铝片，将Ti(IV)还原为Ti3+：3Ti(IV) + Al ＝3Ti3+ + Al3+然后，通过测定Ti3+，得知钛液中Ti(IV)的含量。

Ti3+离子有还原性，其还原能力比Sn2+离子还要强。

根据：TiO2+（水）+ 2H+ + e-＝Ti3+ + H2O Fe3+ + Fe ＝Fe2+Ti3+离子可以还原Fe3+离子： Ti3+ + Fe3+＝Ti(IV) + Fe2+根据这个反应，以KSCN为指示剂，用标准的Fe3+溶液，以滴定法测定溶液中Ti3+的含量。

滴定时，Fe3+稍一过量，即与SCN-生成血红色的[FeSCN]2+表示反应已达终点。

钛白的用途很广泛。

由于它化学性质稳定，物理性能优异，兼有铅白的遮盖性能和锌白的2持久性能；常用来作高级白色颜料，在造纸工业中作填充剂，合成纤维中作消光剂。

将二氧化钛与碳酸钡一起熔融（加入氯化钡或碳酸钠作助熔剂）得偏钛酸钡：TiO2 + BaCO3＝BaTiO3 + CO2↑偏钛酸钡具有显著的“压电性能”，用于超声波发生装置中。

二氧化钛不溶于水或稀酸，但能溶于热浓硫酸或熔化的硫酸氢钾中，如：TiO2 + H2SO4＝TiOSO4 + H2O将钛酸(TiO2·xH2O)或二氧化钛用浓硫酸加热转化，生成硫酸氧钛TiOSO4或称硫酸钛酰，它为白色粉末，能溶于冷水中，热水会使它分解。

TiOSO4 + H2O ＝TiO2 + H2SO4自由状态的硫酸钛正盐Ti(SO4)2尚未能确定其存在。

在白然界中广泛存在得钛铁矿是偏钛酸铁FeTiO3。

可注意的是，它和Fe2O3属同晶形。

因此，钛铁矿共存于赤铁矿(Fe2O3)中，其中TiO2含量最高，竟达7％。

（2）三价钛化合物三价钛离子呈紫色，具有强烈的还原性，比二价锡的还原性还要强得多。

将四氯化钛和多量氢的混合气体导过灼热管即可制取无水三氯化钛TiCl3，它为紫色粉末。

三氯化钛若在700℃于氢气流中加热，就变为TiCl2和TiCl4。

用锌处理四价钛盐的盐酸溶液，或将钛溶于盐酸中，得三氯化钛的水溶液，可以结出六水合三氯化钛TiCl3·6H2O的紫色晶体。

如果在浓的溶液上面，加一层无水乙醚，并导入氯化氢至饱和，可由绿色的乙醚溶液中得绿色的六水合物。

重要的钛卤化物有TiCl3、TiCl4和TiI4。

室温下，钛不与热碱反应，不与一般无机酸反应，但可溶于氢氟酸3Ti + 6HF === [ TiF6]2-+ 2H++ 2H2TiCl4分子晶体，常温下是一种无色液体。

极易发生水解，暴露在空气中会发烟，故可用于制作烟雾弹： TiCl4 +2H2O ＝TiO2 + 4HCl钛相关高考试题【2017年高考试题全国1卷】27（14分）Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备。

工艺流程如下：回答下列问题：（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。

由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为_______________________________________________。

（2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42-形式存在，写出相应反应的离子方程式_______________________________________________。

（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水，氨水反应40 min所得实验结果如下表所示：45分析40℃时TiO2·xH2O 转化率最高的原因______________________________。

（4）Li2Ti5O15中Ti 的化合价为+4，其中过氧键的数目为__________________。

（5）若“滤液②”中c(Mg2+)=0.02 mol/L ，加入双氧水和磷酸（设溶液体积增加1倍），使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1×10-5 mol/L ，此时是否Mg3(PO4)2沉淀生成？___________（列式计算）。

FePO4、Mg3(PO4)2的Ksp 分别为1.3×10-22、1.0×10-24。

（6）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_____________。

【答案】（1）100℃、2h ，90℃，5h （2）FeTiO3+ 4H++4Cl− = Fe2++ 24TiOCl - + 2H2O（3）低于40℃，TiO2·xH2O 转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O 转化反应速率下降 （4）4（5）Fe3+恰好沉淀完全时，c(34PO -)=2251.3101.010--⨯⨯mol·L−1=1.3×10–17 mol·L−1，c3(Mg2+)×c2(34PO -)＝(0.01)3×(1.3×10–17)2=1.7×10–40＜Ksp [Mg3(PO4)2]，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。

（6）2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O4 高温2LiFePO4+ H2O↑+ 3CO2↑【2017北京卷】（13分）TiCl4是由钛精矿（主要成分为TiO2）制备钛（Ti ）的重要中间产物，制备纯TiCl4的流程示意图如下：资料：TiCl4及所含杂质氯化物的性质化合物SiCl4 TiCl4 AlCl3 FeCl3 MgCl2316 1412 沸点/℃58 136 181（升华）熔点/℃−69 −25 193 304 714互溶——微溶难溶在TiCl4中的溶解性（1）氯化过程：TiO2与Cl2难以直接反应，加碳生成CO和CO2可使反应得以进行。

已知：TiO2(s)+2 Cl2(g)= TiCl4(g)+ O2(g) ΔH1=+175.4 kJ·mol-12C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH2=-220.9 kJ·mol-1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：____________ ___________。

②氯化过程中CO和CO2可以相互转化，根据如图判断：CO2生成CO反应的ΔH_____0（填“＞”“＜”或“=”），判断依据：_______________。

③氯化反应的尾气须处理后排放，尾气中的HCl和Cl2经吸收可得粗盐酸、FeCl3溶液，则尾气的吸收液依次是6__________________________。

④氯化产物冷却至室温，经过滤得到粗TiCl4混合液，则滤渣中含有_____________。

（2）精制过程：粗TiCl4经两步蒸馏得纯TiCl4。

示意图如下：物质a是______________，T2应控制在_________。

【答案】（1）①TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g)△H=-45.5 kJ/mol②> 随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应③H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液④MgCl2、AlCl3、FeCl3 （2）SiCl4 高于136℃，低于181℃【广东省模拟试题选】7【1998年上海高考试题】8【广东省模拟题】9【2005年广东高考试题】10、【2013年山东高考试题】30．（15分）TiO2既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。

（1）实验室利用反应TiO2（s）+2CCl4（g）==TiCl4（g）+CO2（g），在无水无氧条件下，制取TiCl4实验装置示意图如下有关性质如下表1112物质 熔点/℃ 沸点/℃ 其他 CCl4 -23 76 与TiCl4互溶 TiCl4-25136遇潮湿空气产生白雾仪器A 的名称是 ，装置E 中的试剂是 。