范文一:钨氧化合物的合成与性能研究进展_刘盛楠
·164·材料导报 013年5月第27卷专辑21 2
钨氧化合物的合成与性能研究进展*
2
,刘盛楠1,张 辉2,李 钒1,姚传好1,杨 帆1,徐梦迪1
()北京1北京11 北京工业大学环境与能源工程学院,00124;2 北京交通大学理学院,00044
摘要 综述了近年来低维钨氧化物的研究动态,简要介绍了制备低维钨氧化物的方法和特点。评价以这些材/料作为燃料电池阳极催化剂载体的铂基催化剂的催化活性及稳定性,并与目前普遍采用的商业碳质载铂(催化PtC)展望了此类载体材料的发展方向。剂进行比较。最后,
关键词 钨氧化物 质子交换膜燃料电池 催化剂载体中图分类号:TQ152 文献标识码:A
ResearchProressinPrearationandPerformanceofTunstenOxide gpg
1,221111
,,,,,LIUShennanZHANG HuiLIFanYAOChuanhaoYANGFanXU Mendi gg
(,,1 ColleeofEnvironmentalandEnerEnineerinBeiinUniversitofTechnoloBeiin100124; ggyggjgygyjg
,,)2 ColleeofScienceBeiinJiaotonUniversitBeiin100044 gjggyjg Abstractherecentresearchinsubstoichiometrictunstenoxideisreviewed.Thecharacteristicsroress T - gpgandmethodsaredescribedbriefl.ThecatalticactivitandstabilitofPtbasecatalstsuortedontheserearin yyyyyppppg /kindsofmaterialsareaidmoreattentionandaredwiththemercialcarbonsuortedcatalst(PtC).Final ppppyymainforwordresearchworksaresuested.the gg
,,Kewordstunstenoxideolmerelectroltemembranefuelcellscatalstsuort gpyyyppy
0 引言
通常情况下,钨的3种化学计量氧化物是WOW2O2、5
和WO光3。其中存在多种异构体的WO3具有优良的电学、
使之在制造光学器件、电致变色“机敏”窗口、场发射学性质,
显示器、气体传感器、湿度-温度传感器、催化剂、太阳能用光
1-5]
。另外,电化学电池和水分离制氢等方面得到广泛应用[
电池电极催化剂载体应用的研究进展。
1 氧化法
氧化法制备钨氧化物(的研究已较为成熟,通过采WOx)用不同的钨源、不同的氧化剂以及不同的氧化条件,可以制备出不同价态的以及相同价态下不同结构的钨氧化物(。WOx)
[3]
、通过在AHu W B等1rO300400℃~12混合气氛下1
加热放置于钨箔的WS2合成出松树形中空结构的钨氧化物,
钨是过渡金属,随着WO可获得被称为W-O3的部分还原,
、Maneli相的亚化学计量的钨氧化物如W3WOg2O84(2.625)、、、W3OWOW1WOW1WOW5O8(2.667)8O49(2.722)7O47(2.765)14
[,]34
(、和W2等。WOW2WOWO2.8)0O58(2.9)5O73(2.92)),特别是低维材料因其特钨氧化物WOx=2.625~3x(
如电致变色、光致变色、催化活性、超有的物理和化学性质(
,导电性和大的载荷性等)吸引着大量的材料、半导体器件以及物理和化学科研工作者的注意
[5-12]
如图1所示。实验结果显示:采用不同的实验温度或者改变混合气中A可以制备出不同比例混合的各种r与O2的比例,不同价态钨氧化物的混合物。虽然该方法可以合成出中空但用于大规模生产仍受到一定限结构的钨氧化物纳米管,制。
[4]
以钨粉为原料在氧气气氛下用过热蒸发的方Zhou等1
。近年碳质载体材料
面临高电位稳定性问题,研究制备纳米低维过渡金属W-O
Maneli相钨氧化物作为燃料电池电极催化剂载体及其助催g化性能已成为近几年关注的焦点。
制备钨氧化物(的方法有很多,用得比较多的有氧WOx)还原法、模板法、湿化学法等。本文将简要介绍近年来化法、
国内外研究制备纳米钨氧化物的不同方法,以及它们在燃料
法合成出由宽度为10~180nm的多边形纳米线交叉构建成的三维网络结构的钨氧化物,如图2所示。这种结构与Hu
[]3等1得到的树形结构不同,结构中没有明显的茎干存在。
[5]
在管式炉中通过AShi等1r气流携带的水蒸气与钨粉
长为几微米的钨氧化600℃反应合成出直径为20~50nm、
物纳米线。此方法合成的钨氧化物是W1WO8O49、2和W粉
);)北京市自然科学基金(51172007;509740062120001;2102004 *国家自然科学基金(
:女,硕士生,研究方向为应用电化学 E-m女,副教授,研究方向1987年生,ail1112578@btu.edu. 张辉:1967年生, 刘盛楠:j
:为材料物理化学 E-m男,副研究员,研究领域方向为材料物理化学,能源材料电化ailhuizhan1@btu.edu.1973年生, 李钒:gj:学 E-mailvanadiumliut.edu.@bj
钨氧化合物的合成与性能研究进展/刘盛楠等
的混合物,与传统的化学蒸镀方法不同,该法获得的钨氧化物纳米线是在原位生长的。其氧化机理是:W颗粒表面先然后水蒸气与该表面层发生反应生成被氧化成WO2层,
反应不可能在同一W18O49纳米线。由于W颗粒粒径不同,时间完成,因此产物中存在WOW粉杂相
。2、
核过程中起着重要作用。
·165·
8
采用一种简单有效的方法合成出了钨氧化物Liu等1
纳米线材料。在氮气气氛中,1600℃下加热被玻璃态B2O3
[]
颗粒包裹的金属钨线,得到直径为1最大长度为0~30nm、该方法制备的钨氧5μm的钨氧化物纳米线。值得一提的是,
化物纳米线为获得场发射用金属钨纳米线奠定了基础。
[19]
Hong等报道了一种简单的大规模制备钨氧化物纳米
2
的金带的方法。该方法是将经超声清洗过的面积小于1cm
属钨板作衬底,以沉积在钨板上的碘化钾作催化剂,在一定制备出的纳米带厚度为4的湿度条件下氧化金属钨板,0~最大宽度和最大长度分别为1几百微米。该合100nm,m、μ
适合规模化生产WO成方法简单易行,3纳米带。
[0]
通过控制碳化钨(微球的氧化,制备Ganesan等2W2C)
微球。具体做法是:通过了直径2~4μm的三氧化钨(WO3)
加热间苯二酚和偏钨酸盐获得W2C微球,然后将W2C微球
置于500℃的氧化气氛中煅烧3h,氧化去除W2C微球中的碳,得到WO3微球。
[1]
通过在4Raeswari等250℃的条件下煅烧j
((C4H9)4N)4W10O32前驱体合成出WO3纳米棒。他们以
)为初始原料合成Na2H2O和四丁基溴化铵(TBABr2WO3·
((C4H9)4N)4W10O32前驱体。使用四丁基溴化铵的目的是它
能够提供规则的原子空间排列环境,限制金属氧化物的不规则生长,促进一维金属氧化物的形成。然后,将获得的前驱体在二甲替甲酰胺中再结晶得到黄色晶体。黄色晶体经过
[6,17]
通过在空气中用红外线照射的方法加热钨灯Li等1
制备出一维纳米结构的WO丝至950000℃,~13材料。这
最后得到纯的、单一晶型且长、宽分别为450℃的煅烧,
纳米棒。他们13080nm、18~56nm的三氧化钨(WO~43)质量分数)还通过注入的方法将20%(Pt的4~6nm纳米颗粒负载在WO3纳米棒上。
总之,采用氧化法制备低维钨氧化物的报道较多,但不氧化剂各有不同,获得的产物和形态同研究者采用的钨源、
也不相同。表1对前面所述的氧化方法进行了归纳总结。
容易实现规模化生产。之后,他们又种合成方法简单易行,
采用类似的方法,在不同的真空条件下通过红外线照射钨箔制备出W18O49纳米管和纳米线。纳米管和纳米线的直径分
别为150~350nm和20~100nm,而且都是W18O49单晶。他们认为大气压力在两种不同形态的一维钨氧化物结晶成
表1 氧化法制备钨氧化合物
Table1 Prearationoftunstenoxideboxidationmethod pgy
分组45678
钨源WS2钨粉钨粉钨灯丝金属钨线金属钨板偏钨酸盐钨酸盐
氧化剂O2O2水蒸气空气B2O3空气O2空气
产物及形貌中空结构的W18O49
WOx纳米线W18O49纳米线一维钨氧化物钨氧化物纳米线WO3纳米带WO3微球WO3纳米棒
尺寸外直径3~10μm宽度10~180nm
长为几微米直径为20~50nm,
纳米管直径1纳米线直径25050nm,0~100nm~3
文献[]13
[]14[]15[]16,17
[]直径为1最大长度为5μ0~30nm,m18
]厚度为4最大宽度和最大长度分别为1几百微米[0~100nm,m、19μ
[]直径2~4μm20[]长、宽范围分别为13080nm、18~56nm21~4
件的掌握尤为重要。
目前报道的还原法中采用的还原剂有C、CO和H2等。Venables等用热重分析和红外气相分析方法研究了石墨及
[23,24]
。两种等温的热重实验炭黑还原WO3的动力学和机理分析结果都支持碳还原WO3经WO2得到W的反应分为两
个阶段(扩散阶段和一级反应阶段)的结论,以及还原反应速
2 还原法
有还原剂存在的情况下WO但在一3可以被还原成W,定条件下,可以被还原成亚化学计量比的中间相,如β-氧化
[]22
物W2等。还原生成的亚化学计量比W-O0O58和W40O118化合物有的具有超导电和电荷负载等电子性能,因此还原条
·166·材料导报 013年5月第27卷专辑21 2
/、/率受气体产物中n(使用碳的形式、CO)n(COn(WO2)3)及A采用红外气相分析、n(C)r流速的影响。另外,XRD和
[25]
以及5SEM等方法研究了65000℃CO还原WO75~9~3
[26]
。结果表明,用C975℃H2和H2+C还原WOO或H2或3
H2+C还原WOW13都可以得到中间相W20O58、8O49和WO2,
析显示生成的纳米棒为W1PS分析结8O49单晶。而且根据X
果可知合成的W1约2约2%W6+、8%W5+、8O49纳米棒含约610%W4+。
4 湿化学法
虽然用模板法可以制备出形貌可控制的钨氧化合物,但模板法制备步骤较复杂。已有研究者通过实验步骤较简单形貌可控的钨氧化合物。目前报道的湿化学法制备了粒径、
中较常采用的制备钨氧化物的湿化学法有溶胶-凝胶法和水热法。
但用C而用H2或H2+C还原最终O还原最终可以获得WC,可以得到W。WOO还原反应动力学和机制研究表明,3与C
CO与WOO与WO3以及C2的还原反应在相边界面发生。此外,在研究过程中,他们还采用了氢气还原WO3的方法,在8而在700℃制备出WO00℃制备出W12,8O49。
[7]
以钠蒸气为还原剂还原含孪晶的WOAird等23晶体,
还原反应沿着WO只有失去氧的WO3孪晶界发生,3-x层成
4.1 溶胶-凝胶法
[2]
首先就WOMcLeod等3x同时作为助催化剂和催化剂
为薄膜超导层,其余大部分未发现超导现象。
3 模板法
氧化法和还原法工艺简单,但存在产物的形貌不易控制、所需反应温度相对较高的不足。为此,一些科研人员采用模板法制备特定形貌的钨氧化物。
[8]
采用在AZhu等2r气氛下1000~1200℃加热置于钨
箔上的S获得了微结构为树形的微米级/纳米级钨iO2模板,
/载体问题,对WOPt薄膜进行了研究。他们采用溶胶-凝胶x
乙醇和水)以W(法分别用两种不同溶剂(O2H5)6制备/再合成出WOWOPt薄膜。采用乙醇为溶剂的合成方法x,x
流程如下:首先将W(O2H5)6与乙醇的混合物回流一定时间使生成的WO成为WO此时溶液的体x溶解于溶液,x溶胶,积略有增加。另外,将一定量的NaOCH2PtCl2H5、5和乙醇的混合物,在Ar气流条件下回流一定时间。回流结束后再并在室温(搅拌1加入少量乙醇,20~23℃)8h。搅拌结束后过滤去除沉淀,将滤液稀释至10mL。取50μmPt溶胶置于
、小瓶中,并将WO体积比分别为0.5x溶胶按照所需的比例()加入,所得混合液用乙醇稀释至1m1、1.5、3、5L。在所有
/的WO仅通过改Pt混合物中,Pt溶胶的加入量保持不变,x变WOx溶胶的量来达到所需的比例。
。树的主干长为5氧化物WO树枝直径为x=0~3)0μm,x(
。长为1~5μ树枝与树干的夹角约为90.13μm,m,0°~0.树形钨氧化物产物经过超声处理后,断裂成以W18O49为主
相的纳米级针形片段和WO3为主相的多面体纳米颗粒。他们认为形成这种微观的树形结构是由于WOWOW1x(3、8O49、
的外延生长。WOW3O和W等)iOx相的合成反应是以S2作为O的来源,发生下面两个反应:
SiOxSiO W+x2→WOx+
iOSi W+S2→WOx+W2
反应的副产物SiO和WSi2挥发或升华,沉积在水冷却的钟
()1
()2
4.2 水热法
[3]
报道了通过高温去除前驱物(中表面活Li等3WO-L)
性剂的方法,实现了规模化制备直径为1最大长度0~50nm、
产物是单斜晶系为几微米的钨氧化物。XRD分析结果显示,的W1且衍射峰宽比较大。8O49,
[4]
采用在ASeo等3r气氛下加热WCl4和油酸的混合物,
并保温一段时间后离心分离获得产物。TEM分析结果表
)罩内壁上,反应(可能是形成WO2x的主要途径。
[9]
以生物高聚物壳聚糖为模板,简单而又经Ganesan等2核心)外壳)纳米棒。该方法是:将济地制备出W1@C(8O49(
壳聚糖作为碳源,偏钨酸铵为钨源,并对两者混合物分别进行700℃和800℃的热处理。对产物的SEM和HRTEM分析结果表明,每个纳米棒都具有W1核心)外壳)结@C(8O49(
/构。他们还将获得的产物分别放在1molL的H2SO4和/1molL的NaSO24溶液中进行循环伏安测试。测试结果显
与8示,00℃的产物相比,700℃的产物在两种溶液中均表现出更高的电容。
[0]
采用模板复制路线方法合成出具有有序多孔结Cui3
构的介孔WO12-磷3材料。该合成方法以介孔硅作为模板,
)明,产物均为直径(长度(4.5±0.6nm、28.3±5.1)nm的可W18O49纳米棒。采用不同的保温时间和不同的油酸浓度,
以制备出不同尺寸的纳米棒。该课题组采用类似的方法还制备出了M并且认为此方法有希望应用于一niO3O4和T2,维结构V2O5的制备。并且SeoJW等采用的方法对于各种物质具有通用性,
因此可以作为各种一维纳米结构氧化物规模生产简单易行,的方案。
[5]
将W(Lee等3CO)MeO·2H2O按一定比例与油6、3N
胺混合后,270℃油浴2h。反应过程中伴有发泡及颜色变化
/钨酸作为钨源,最后用2molL的HF溶液去除介孔硅模板
制备出介孔WO3。
[1]
(将沉积于S衬底的W2N膜退火制备出Jeon等3i100)
W1CO)H3制备出前驱体8O49纳米棒。他们先用W(6和N
现象,颜色由棕色变为蓝绿色,然后变为粉色,最后变为白色。XRD分析结果表明产物为W1EM观察产物的8O49。T
))形貌类似于棒状,且平均直径为(长度为(4±1nm,75±20可靠、容易实现规模生产,为W1nm。该制备方法简单、8O49
的实际应用奠定了基础。
[6]
将新制备的钨酸与硫酸钠的混合物在水热条Lou等3
件下16000℃加热2~24h合成了W1~28O49纳米纤维。研
然后用化学蒸汽沉积法在4将W2N膜W2N膜,50℃条件下,
()沉积在S衬底上,最后将它们在6i10000~700℃条件下加,热3最终获得W10~200minRD和TEM分8O49纳米棒。X
钨氧化合物的合成与性能研究进展/刘盛楠等
究结果表明,采用不同的反应时间和不同的硫酸钠量,可以制备出直径为几纳米、长为20000nm的纳米纤维。~3
[7]
应该特别提到的是L采用了一种简单的方法在iu等3
·167·
纳米粒子均匀分布在纳米级载体上的关键。
[8]
采用阳极氧化铝膜作模板合成出WOMaialaan等3yg3
纳米棒,并借助浸入氢还原方法在纳米棒上沉积Pt纳米颗
/W1水溶液中方便地制备了一系列的Pt8O49纳米线。该方法是先将P置于冰水VP与H2PtCl6按一定比例充分混合后,
然后在搅拌条件下加入还原剂N浴放置一定时间,aBH4制/得PtPVP深棕色前驱体。随后将该前驱体与WCl6混合并
/W1得到产物P经过一定的高温处理,tPVP8O49。他们认为,在该反应中起的作用为:一是控制W1二8O49纳米线的生成;
是将金属铂纳米颗粒转移到生成的W18O49纳米线上。
/WO粒。同时对Pt3纳米棒催化剂进行了循环伏安以及计/WO时安培测试。测试结果显示,Pt3纳米棒催化剂薄膜对甲醇氧化具有良好的电催化活性。他们认为高催化活性和良好的稳定性归功于P从而t和WO3之间存在的协同效应,
避免了电催化剂的毒化。
6 展望
/目前普遍采用的PtC电催化剂在电化学过程中很容易发生炭黑的腐蚀,加剧P团聚、脱落、流失,严重影t的烧结、钨氧化物(响催化效率和使用寿命。与碳质载体相比,WOx)载体具有良好的质子传导性、化学稳定性和抗腐蚀性,但比表面积尚需进一步提高,多孔或各种形态的纳米结构将是合成制备的一个目标。亚化学计量比的钨氧化物如W18O49等
具有较高的电导率和耐氧化特性。从目前有关研究结果来/纳米WO看,也有Pt3对甲醇氧化具有良好的电催化活性,多种方法可以制备出棒状或线状纳米级W1亚8O49。基于此,化学计量比的钨氧化物有希望成为未来负载型催化剂的重优化材料合成工点研究对象。进一步探求新的合成条件,
艺,制备具有电导率高、比表面积大和稳定性好的催化剂载/WO甚至用简单、直接的方法制备P对推动氧化体材料,tx,物载体催化剂的实际应用有着十分重要的意义。
5 钨氧化合物的电化学性能
研究制备出的低维钨氧化物负载贵金属铂及其电化学性能是探求将低维钨氧化物用于燃料电池电极催化剂载体的可能性所需。
[0]
采用传统的硼氢化物还原方法将金属铂Ganesan等2
、负载在WOPt3微球和碳微球上。实验分析结果显示,
WOW2C的微晶尺寸分别约为6.5nm、15nm、12nm。三3、
2/。他们在电微球的B氧化钨(WOET表面积约为18mg3)化学性能研究中,将负载于WOt-3微球的铂催化剂与商业P
/负载于WORuC催化剂进行了对比。结果显示,3微球的铂/粒子表现出了更强的电化学氧化活性。用循环伏安法对Pt测试开始时,特定的WO3微球催化剂的稳定性的测试表明:活性有所增强,大约1一旦一个固定的平台5圈后趋于平稳,此后连续的1建立之后,00圈内不会出现钝化现象。
[0]
在介孔WO然后用NCui等3PtClaBH43上沉积H26,
/WO还原,从而制得Ptt和WO3。P3的平均晶粒尺寸分别
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为6.5nm和6.2nm。该方法所制备的介孔WOET表3的B
2/,纳米棒或者纳米颗粒的直径为6.与面积为86m2nm,g很接近。图3为质量分数为硅模板孔结构的直径(6.51nm)/WO图15%的PtEM照片。照片显示Pt的纳米粒子(3的T
中黑点)在介孔WO没有大的颗粒3的孔隙中分布得很均匀,金属P存在。通过观察更大倍率的TEM照片可以看出,t的纳米颗粒负载于介孔WO当Pt的负3载体的空隙内。然而,载量达到2质量分数)时,金属P0%(t的纳米粒子会出现在介孔结构之外
。
[0]
/图3 15wt%PtWOEM图像33的T[30]
/Fi.3 TEMimaeof15wt%PtWO gg3
从C控制Pui等的研究结果可以看出,t的负载量是Pt
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范文二:铁的化合物
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铁的化合物
1.把生铁冶炼成碳素钢要解决的主要问题是
A .除去生铁中的各种杂质,把生铁提纯
B .适当降低生铁里的含碳量,除去大部分硫、磷等有害杂质
C .用还原剂把铁的氧化物还原成铁 D .加入合金元素改善生铁性能
2.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为 “ 腐蚀液 ” :发生的反应为 2FeCl 3+Cu=2FeCl 2溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉,反应结束后,剩余固体不可能是
A. 有铜无铁 B.有铁无铜 C.铁、铜都有
3.下列实验操作中,仪器需插入液面下的是
A .分液时,分液漏斗的长颈插入下层液体里 B
C .制备 Fe(OH)2,用胶头滴管将 NaOH 溶液滴入 FeSO 4溶液中
D .往 NaOH 溶液中滴加酚酞
4.人体血红蛋白中含有 Fe 2+Fe 2+转变为 Fe 3+,生成高铁血红蛋白而丧失与 O 2C 可缓解亚硝酸盐的中毒,这说 明维生素 C 具有
A .酸性 B C .氧化性 D .还原性
5
4溶液滴入 NaOH 溶液,并在空气中放置一段时间
③向 溶液 ④无水 CuSO 4放入医用酒精中
A B .③②①④ C .③①②④ D .①②③④
6Fe 3+, 2+H 2的物质的量之比为 3︰ 1,则原混合物中 Fe 2O 3与 Fe 的物质
A . 1︰ 1 B . 2︰ 5 C . 4︰ 1 D . 3︰ 1
7.把 a g 铁铝合金粉末溶于足量盐酸中,加入过量 NaOH 溶液,过滤出沉淀,经洗涤、干燥、 灼烧得到 a g 红色粉末。则原合金中铁的质量分数是
A . 70% B . 52. 4% C . 47. 6% D . 30%
8.写出下列方程式,是离子反应的只写离子方程式
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由 Fe 2O 3制备 Fe(OH)3, FeCl 3溶液和铁粉反应:____________________ ____ _ ___ _____________________ ___ FeCl 3溶液和铜片反应:______________________ _________ ___________________
FeCl 2溶液中加入氯水:______________________ __________ ________________
9.某课外活动小组设计了如图所示的实验装置进行实
验, 回答下列问题:(1)开始实验时夹子 e 是打开的, 锥
形瓶 A 中发生反应的离子方程式为:
试剂瓶 B 中可以观察到的现象
是 。
(2)数分钟后夹上夹子 e ,则试剂瓶 B 中可以观察到
的现象是 , B 中反应的离子
方程式是 。
2
范文三:铁的化合物
第三章第二节 几种重要的金属化合物
-----铁的重要化合物
【学习目标】
知识目标:了解铁的氧化物的性质,掌握铁的氢氧化物的制备和性质;掌握Fe 3+的检验及Fe 2+、 Fe 3+转化。
能力目标:培养学生实验能力,观察能力,阅读分析、归纳对比的思维能力。
情感目标:培养求真务实的科学态度;辩证认识事物在一定条件下可以相互转化,加强辩证唯物主义教育。
【学习重点】铁的氢氧化物的化学性质, Fe 2+、Fe 3+的相互转化 【学习难点】Fe 2+、Fe 3+的相互转化
1、要证明某溶液中不含Fe 3+而可能含有Fe 2+。进行如下实验操作时最佳顺序为 ①加入足量氯水 ②加入足量KMnO 4溶液 ③加入少量KSCN 溶液 A .③① B .③② C .①③ D.①②③
2、有NaCl FeCl2 FeCl3 MgCl2 AlCl3五种溶液, 只用一种试剂就可以将它们鉴别开, 这种试剂是( ) A.NaOH溶液 B. 盐酸 C. 氨水 D. 硝酸
范文四:钛的化合物
在钛的化合物中,以+IV氧态最稳定,在强还原剂作用下,也可呈显+III和+II氧化态,但不稳定。
二氧化钛为白色粉末,不溶于水,也不溶于酸,但能溶液于氢氟酸和热的浓硫酸中。
TiO 2+2H2SO 4=Ti(SO4) 2+2H 2O
TiO 2+H2SO 4=TiOSO 4+H2O
实际上并不能从溶液中析出Ti(SO4) 2,而是析出TiOSO 4·H 2O 的白色粉末。这是因为Ti +离子的电荷半径比值(即z /r) 大,容易与水反应,经水解而得到TiO 2+离子。钛酰离子常成为链状聚合形式的离子(TiO)n 2n+,如固态的TiOSO 4?H 2O 中的钛酰离子就是这样。
TiO 2是一种优良的白色颜料,可以制造高级白色油漆,在工业上称二氧化钛为钛白。TiO 2造纸工业中可用作填充剂,人造成纤维中作消光剂。它还可用于生产硬质钛合金、耐热玻璃和可以透过紫外线的玻璃。在陶瓷和搪瓷中,加入TiO 2可增强耐酸性。此外,TiO 2在许多化学反应中用作催化剂,如乙醇的脱水和脱氢等。
二氧化钛的水合物——TiO 2·xH 2O 称为钛酸。这种水合物即溶于酸也溶液于碱而具有两性。与强碱作用得碱金属偏钛酸盐的水合物。无水偏钛酸盐如偏钛酸钡可由TiO 2与BaCO 3一起熔融(加入BaCl 2或Na 2CO 3) 作助熔剂) 而制得。
TiO 2 +BaCO3=BaTiO 2+CO2
人工制得的BaTiO 2具有高的介电常数,由它制成的电容器具有较大的容量。 钛的卤化物中最重要的是四氯化钛。它是无色液体,熔点为250K ,沸点409K 。它有刺激性气味,它在水中或潮湿空气中都极易水解。因此四氯化钛暴露在空气中会发烟。
TiCl 4 +3H2O =H 2TiO 3+4HCl
如果溶液中有一定量的盐酸时,TiCl 4公发生部分水解,生成氯化钛酰TiOCl 2,钛(IV)的卤化物和硫酸盐都有易形成配合物。如钛的卤化物与相应的卤化氢或它们的盐生成M 2(TiX6) 配合物。
TiCl 4+2 HCl(浓)= H 2(TiCl6)
这种配酸只存在于溶液中,若往此溶液中加入NH 4+离子,则可析出黄色的(NH4) 2[TiCl6]晶体。钛的硫酸盐与碱金属硫酸盐也可生成M 2[Ti(SO4) 3]配合物,如K 2[Ti( SO4) 3]。
在中等到酸度的钛(IV )盐溶液中,加入H 2O 2,可生成较稳定的桔黄色的
[TiO(H2O 2)]2+。
TiO 2++ H2O 2=[TiO(H2O 2)]2+
利用此反应可进行钛的定性检验和比色分析。
在煤气炉或沸水中器中,都装有点火装置。当旋转其把手时,会感到阻力并很快发出咯咯的声音,可看到有火花溅出而点燃气体。其主要原件是压电体,它把所加的机械力变为电能而放出。最常用的电压电体为含铅、钛和锆的具有尖晶石型晶体结构的氧化物PbZr 1-x Ti x O 3,通称PZT 的微小粒子的烧结体(陶瓷)。轻撞击一下只有数cm 长的圆柱体PZT ,就能得到数万伏的高压电,放出电火花起到点火作用。
二、钛(III)化合物
用锌处理钛(IV )盐的盐酸溶液,或将钛溶于浓盐酸中得到三氯化钛的水溶液,浓缩后,可以析出紫色的六水合三氯化钛晶体。
范文五:铁的化合物
导学案指导组签字: 教研室审核签字:
第三章 第二节 几种重要的金属化合物
第三课时 铁的重要化合物
一、学习目标:
知识与技能:1.了解铁的氧化物的种类和化学性质2.掌握铁的氢氧化物的制备和转化过程3.掌握铁盐和亚铁盐之间的相互转化。
过程与方法:通过演示实验,启发诱导学生亲身体验科学探究过程。 情感、态度与价值观:培养学生的科学素养,激发学生学习兴趣。 二、学习重点:铁的氧化物和氢氧化铁的性质,Fe2+与Fe3+间的转化 三、学习难点:Fe2+与Fe3+间的转化 四、学习过程:
【自主学习】阅读课本P59,自我完成下表
【合作探究】演示〔实验3-9〕,完成表格
【思考与交流】
1.该实验中要使得到的白色Fe(OH)2存在较长时间可采取哪些措施?
2.Fe(OH)2 和Fe(OH)3可能有哪些化学性质? ①与酸反应的离子方程式:
②加热分解的化学方程式: ③其它:
【合作探究】
1.演示〔实验3-10〕,完成表格
3+
Fe离子的检验方法是:(参考教辅P68) 2. P61科学探究 ① Fe3+的氧化性
化学方程式 离子方程式 FeCl3+Fe =
FeCl3+Cu = Fe3+还可以氧化H2S Na2SO3 KI等
② Fe2+的还原性
化学方程式 离子方程式 FeCl2+ Cl2 =
Fe2+还可被KMnO4 HNO3等氧化
2+
③Fe的检验方法是:(参考教辅P68)
【拓展练习】
1.为了检验某FeCl2溶液是否变质,可向溶液中加入:
A. NaOH溶液 B.铁片 C.KSCN溶液 D.石蕊溶液
2.某溶液中有Na+、Mg2+、Fe2+和Fe3+四种离子,若向其中加入过量的NaOH溶液,微热并搅拌、再加入过量盐酸,溶液中大量减少的阳离子是:
A.Na+ B.Mg2+ C.Fe2+ D. Fe3+
3.在含有1molFeSO4的溶液中投入一小块金属钠,反应完全后,滤出沉淀并洗
涤之,然后在空气中灼烧沉淀得到的固体物质是 A.Fe B.FeO C.Fe(OH)3 D.Fe2O3
4.将氯化钠、氯化铝、氯化亚铁、氯化铁、氯化镁五种溶液,通过一步实验就
能加以区别,并只用一种试剂,这种试剂是 A.KSCN B.BaCl2 C.NaOH D.HCl
二、填空题
5.Fe2+离子的化合价为+2价,处于铁的中间价态,它既能被氧化,又能被还原,试分别写出一个方程式,Fe2+被氧化的方程式_____________________ Fe2+被还原的方程式______________________________ 6.除去FeCl3溶液中混有少量的FeCl2,试剂为____,离子方程式为_________;除去FeCl2溶液中的少量FeCl3,试剂是_____,离子方程式为____。 7.在FeSO4溶液中加入NaOH溶液时的反应现象__________________,
写出相关的反应方程式_________________________________ ____.
第三章 第二节 几种重要的金属化合物
第三课时 铁的重要化合物
一、学习目标:
知识与技能:1.了解铁的氧化物的种类和化学性质2.掌握铁的氢氧化物的制备和转化过程3.掌握铁盐和亚铁盐之间的相互转化。
过程与方法:通过演示实验,启发诱导学生亲身体验科学探究过程。 情感、态度与价值观:培养学生的科学素养,激发学生学习兴趣。 二、学习重点:铁的氧化物和氢氧化铁的性质,Fe2+与Fe3+间的转化 三、学习难点:Fe2+与Fe3+间的转化
:
1.把铁片投入到下列溶液中,铁片质量减少且没有气体产生,此溶液是( ) A.FeSO4 B.H2SO4 C.Fe2(SO4)3 D.AgNO3
2.只用一种试剂就可将AgNO3、KSCN、稀H2SO4、NaOH四种无色溶液区分开,这种试剂是( )
A.BaCl2溶液 B.FeCl2溶液 C.FeCl3溶液 D.Fe(NO3)3溶液 3.证明溶液是否有Fe2+,其操作正确的顺序是( )
① 加少许酸化的KMnO4溶液 ②加少许氯水 ③滴加少许KSCN溶液 A. ①② B.②③ C.①②③ D.③② 4.能使铁溶解,但不能生成沉淀的溶液是( )
A.浓H2SO4 B.FeCl3溶液 C.CuSO4溶液 D.FeSO4溶液 5.证明某溶液只含有Fe2+而不含Fe3+的实验方法是( ) A. 先滴加氯水,再滴加KSCN溶液后显红色 B. 先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色 C. 滴加NaOH溶液,先产生白色沉淀,后变灰绿,最后显红褐色 D. 只需滴加KSCN溶液
6.为了除去FeSO4溶液中的Fe2(SO4)3和CuSO4杂质,可选用的一种试剂是( ) A.NaOH B.氯水 C.铜粉 D.铁粉
7.用光洁的铂丝蘸取无色溶液,在无色灯焰上灼烧时观察到黄色火焰,则下列有关叙述正确的是( )
A.只含有Na+ B.一定含Na+,也可含K+ C.既含Na+又含有K+ D.可能含Na+或K+中一种
8.为了证明长期放置的硫酸亚铁溶液已经变质,可取少量溶液,加入少量 溶液,如果溶液显 色,说明溶液中含有 离子,硫酸亚铁已变质。防止硫酸亚铁溶液变质的方法是 。
9.某混合物A,含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化:
据此判断:
(1) 固体B所含物质的化学式 。 (2) 固体E所含物质的化学式 。
(3) 反应①的离子方程式为 。 10.在氯化铁和氯化铜的混合溶液中加入过量的Fe粉,若充分反应后溶液的质量没有改变,则原混合溶液中Fe3+和Cu2+物质的量之比为多少?
11.在铁和氧化铁的混合物15g中,加入稀硫酸150mL,标准状况下放出1.68L H2,同时铁和氧化铁均无剩余;向溶液中滴入KSCN溶液未见颜色变化。为了中和过量的硫酸,且使Fe2+完全转化成Fe(OH)2,共耗去了3 mol/L的NaOH溶液200 mL。求原硫酸溶液的物质的量浓度。 备课参考:
(一)参考答案
1.C 2.C 3.D 4.B 5.BC 6.D 7.B 8.KSCN ; 血红;Fe3+ ;加入适量铁粉
9.(1) Al2O3 (2)K2SO4、(NH4)2SO4 (3) Al3+ +CO2 +2H2O = Al(OH)3↓ + CO32- 10.2︰7 11.2mol/L (二)视野拓展
溶液中的Fe3+遇到SCN-会发生反应而得到血红色溶液:
Fe3+ +3SCN- == Fe(SCN)3 (血红色物质)
因此我们常用KSCN、NaSCN、NH4SCN等物质检验溶液中Fe3+的存在,反应很灵敏,即使很微量的Fe3+也能检验出来。Fe2+在溶液中虽然也能与SCN-发生反应,但没有什么明显现象。当在一种溶液中加入含SCN-的溶液没有明显现象,再加入较强的氧化剂有血红色出现时,则证明原溶液中有Fe2+存在。
铝盐和铁盐可以净水,因为当可溶性铁盐或铝盐溶入水时,其电离出的Fe3+和Al3+可以水解生成胶状的Fe(OH)3和 Al(OH)3,二者可以吸附水中悬浮的杂质,经聚沉可使水质澄清。这是一个兼有化学变化和物理变化的过程,但此过程中没有进行对有害细菌的杀灭。 (三)参考资料 1.《高中同步测控优化设计》 2.《1+1轻巧夺冠》同步讲解(高中新课标·人教版)化学必修Ⅰ 3.《细解新教材 》高中化学(必修1)
转载请注明出处范文大全网 » 钨氧化合物的合成与性能研究进