金属钨

钨和氧化铜加热反应,生成二氧化钨和铜 或三氧化钨和铜. 钨可以和二氧化钍反应,二氧化钍在 2000℃以上可被钨还原或部分还原: W+ThO2→WO2+Th W+2ThO2→ThO+WO2或ThOWO2+ThO 钨和三氧化钨在真空中高温反应,根据温 度不同,可以得到不同产物,有WO2, W18O49,W4O11 钨和二硫化碳蒸汽加热反应,生成二硫化 钨和碳单质.
(3)钨和其他元素反应
钨和碳在氢气或真空中于1400℃反应,生成 WC,在1600～2000℃生成W2C.碳化钨(WC) 为黑色六方晶,熔点3140℃,溶于王水,氟王 水.一碳化二钨为黑色六方晶,熔点2860℃, 溶于王水,氟王水. 钨和硅在氩气气氛中于1900℃烧结,形成WSi2, W5Si3;二硅化钨为黑灰色四方晶,熔点 2165℃,抗氧化性好,溶于氟王水;三硅化五 钨熔点2320℃,1450℃分解,在空气中500～ 700摄氏度开始氧化,溶于氟王水.
钨在1680℃的锡中不溶解,和锡不形成化 合物.而在1300℃的铅中能溶解30%的钨. 钨和硼在真空中或氩气气氛中于1200～ 1300℃烧结,可得WB,W2B,W2B5等.钨 和铝在682℃开始反应;含铝小于70%的合 金可用适当比例的铝粉,钨粉熔融或烧结 制取. 钨和钴,镍可以作用: W+3Co==Co3W W+4Ni==Ni4W
【二,钨的同位素】
钨的放射性同位素如下表:
同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量 衰变产 物
176Hf 181Ta 185Re
180W 181W 185W
0.12% 人造 人造
1.8×1018年 121.2 天 75.1 天
α衰变 电子捕获 β衰变
2.516MeV 0.188MeV 0.373MeV
Léiem Lab
第六副族
第三节 钨
【一,简介】
钨的原子序数是74,与铬及钼同属ⅥB族 , 但由于铬与钼,钨的常见价数有差异,铬 一般以三价Cr3+阳离子存在(氧化后才成六 价的CrO42-和Cr2O72-),而钼和钨常以六价 的复杂阴离子存在,通常为MO42-,且反应 复杂.六价的钼与六价的钨的化学反应有 所不同. 钨在英语中称作Tungsten,而它的元素符号 W来自德语Wolfram.
钨和一氧化氮,一氧化二氮,二氧化氮在红热 时反应,生成三氧化钨和氮气;钨和一氧化碳 在800℃以上时反应,生成褐色的二氧化钨 (溶于酸,氢氧化钾)和碳化钨等,碳化钨主 要是WC,也有W3C4,钨在2200K时可以吸收 CO,产物推断为WCO;钨和二氧化碳在 1200℃反应生成W4O11,WC和CO. 钨和一氧化铅高温下反应生成二氧化钨,三氧 化钨,钨酸铅(PbWO4)和铅单质,和二氧化铅 极热反应并可燃烧,产物同上,但没有二氧化 钨.钨粉和过氧化钠的混合物在240℃受到强 烈撞击可以燃烧,加热腐蚀加快: W+3Na2O2→WO3+3Na2O WO3+Na2O→Na2WO4
钨和氯气能在300～600℃反应,生成六氯化钨: W+3Cl2==WCl6 六氯化钨是蓝黑色固体,熔点281.5℃,沸点 348℃,遇水分解,溶于四氯化碳,二硫化碳. 此反应有氧气存在时生成四氯氧化钨(WOCl4)和 钨酰氯(WO2Cl2),四氯氧化物为红橙色体心四方 晶,熔点209℃,沸点227℃,可水解.钨酰氯 为无色正交晶,260℃升华并分解,可水解.
(2)钨和氧族元素,氮族元素反应
钨在空气中燃烧,或加热氧化,在400～500℃ 时形成三氧化钨WO3,三氧化钨为黄色斜方晶, 熔点1473℃,溶于热碱.当在含有氮气的氧气 中加热生成W4O11, W4O11是紫蓝色三方晶, 800℃开始挥发,2000℃开始分解. 钨和沸腾的硫反应极缓慢,将硫蒸汽通入红热 的钨,可形成二硫化钨,二硫化钨为蓝灰色六 方晶,1250℃时熔化并分解.二硫化钨溶于王 水,氟王水,不溶于水.
钨和碳化钽加压下于2200℃反应,生成钽 单质和碳化钨(WC),钨和Cu2Si在电炉中 共热可以得到铜单质和二硅化钨. 钨在熔融硫酸氢钾中反应得到三氧化钨, 硫酸钾,二氧化硫和水. 钨和硫酰氯(SO2Cl2)在300℃反应,生成四氯 氧化钨,二氧化硫和硫. 钨在熔融硝酸钠中被腐蚀,得到钨酸钠和 一氧化氮. 钨和光气(COCl2)在150℃反应,生成四氯氧 化钨,一氧化碳,碳.
二,钨和化合物的反应
(1) 钨和酸的反应
钨对大多数酸稳定,不起反应.钨不和氢氟酸, 盐酸,稀硫酸,硫酸-铬酸,乙酸,酒石酸反应. 钨可以和浓硫酸加热反应,钨和浓硫酸在150～ 180℃共热7小时,放出SO2: 4W+4H2SO4→2W2O3+3SO2↑+S+4H2O 3W+8H2SO4→W3O8+8SO2↑+8H2O 八氧化三钨为蓝色固体. 钨在任何浓度,温度的硝酸中钝化,形成WO3 层.但能在氟王水,热王水中反映显著.
钨的密度为19250kg/cm3,硬度7.5,在地壳中 的含量只有0.006%. 钨的熔点为3422℃,沸点 5555℃. 摩尔体积9.4710-6m3/mol,汽化热 824kJ/mol,熔化热35.4kJ/mol. 蒸汽压4.27帕 (3680K),声速5174m/s(293.15K),电负性 2.36(鲍林标度),比热130J/(kgK),电导率18. 9×106/(米欧姆),热导率138W/(mK). 钨的原子半径135pm, 共价半径146pm. 价电子 排 布 [Xe]4f145d46s2 , 电 子 在 每 个 能 级 的 排 布:2,8,18,32,12,2. 第一电离能770kJ/mol,第二 电离能1700kJ/mol.晶体结构为体心立方晶格, 氧化价2,3,4,5,6.六价常见,最高价氧化物带有 弱酸性.
钨可以和氯化铜溶液反应,析出铜,但反 应不完全: W+3CuCl2+4H2O→WO3H2O+3Cu+6HCl 钨也可以和三氯化金溶液反应,析出金: W+2AuCl3+4H2O→WO3H2O+2Au+6HCl 钨和氯化汞(II)溶液可以缓慢反应: W+6HgCl2+4H2O→WO3H2O+3Hg2Cl2+6HCl 钨和三氯化铁溶液,在数滴盐酸的存在下 缓慢反应: W+6FeCl3→WCl6+6FeCl2
(2)钨和碱反应
钨和氨水不反应,但在有氧化剂如过氧化氢,过 硫酸铵等存在的条件下可以溶解: W+2NH3H2O+3H2O2→(NH4) 2WO4+4H2O W+3(NH4) 2S2O8+8NH3H2O→(NH4) 2WO4+6(NH4) 2SO4+4H2O 钨可以和氢氧化钾反应,得到钨酸钾(K2WO4) (潮解性晶粉,可溶于水).和氢氧化钾溶液无 反应,存在氧的时候反应;和熔融的氢氧化钾反 应缓慢,有氧化剂存在时激烈反应. 2W+3O2+4KOH(aq)→ 2K2WO4+2H2O W+4KOH(l)→K2WO4+2K+2H2↑
ห้องสมุดไป่ตู้
溶解的方程式如下: 氟王水: W+2HNO3+6HF→WF6+2NO↑+4H2O 3W+12HF+6HNO3→3WOF4+6NO↑+9H2O 王水: W+2HNO3→WO3+2NO↑+H2O W+2HCl+2HNO3→WO2Cl2+2NO↑+2H2O 在230℃钨粉可以溶解在90%磷酸中: 12W+H3PO4+36H2O→H3 [P(W3O10) 4]+36H2↑ 钨在碳酸(饱和CO2水溶液),油酸中无显 著侵蚀.
如果将钨置于二氟化氧(OF2)中,可以激烈反 应,在400℃时发生爆炸. 2W+6OF2→2WF6+3O2 钨在五氟化碘中温热时即可反应,反应激烈, 产生炽热: 5W+6IF5→5WF6+3I2 钨可以和六氟化硫在1600K下反应,形成多种 氟钨化合物和氟硫钨化合物,产物复杂. 钨和一氯化硫在较高温度下反应: 2W+4S2Cl2→W2S7Cl8+S,W2S7Cl8 (八氯七硫化二 钨)是深红色固体,加热时挥发,有氯存在时, 反应发生温度较低,产物是WCl6.
二,金属钨的化学性质
它的防腐性能非常好,大多数无机酸对它的侵 蚀很小.在空气里它的表面上形成一层保护性 的氧化物,但是在高温下它会被完全氧化.钢 里加入少量钨可以大大地增高钢的硬度.
一,钨和单质的反应
(1)钨和卤素反应
钨可以和氟气反应,粉状的钨在200℃反应, 微粉常温下便能和氟气反应,而钨棒在300℃ 才和氟气反应.钨和氟气反应主要牵扯到以下 反应: W+3F2==WF6; 2W+5F2==2WF5; W+3F2==WF5+F 在有氧气存在时,会有四氟氧化钨(WOF4)生成. 六氟化钨为无色体心立方或斜方晶,熔点2℃, 17.1℃沸腾,遇水分解.四氟氧化钨为无色单 斜晶,熔点110℃,沸点185.9℃,极易潮解, 在潮湿空气中转黄,生成氢氟酸及钨酸,不溶 于四氯化碳.
(3)钨和互卤化物,氧卤化物,硫卤 化物的反应
钨和七氟化碘加热反应: W+3IF7→WF6+3IF5 7W+6IF7→7WF6+3I2 钨能在三氟化氯气体中燃烧,钨粉和液态三氟 化氯与氟化氢的混合物中,-78℃即可反应.: W+3ClF3→WF6+3ClF 3ClF→ Cl2+ClF3 钨在常温或稍微加热便可以和五氟化溴激烈反 应,甚至燃烧: 5W+6BrF5→5WF6+3Br2
同样,在有氧气存在的情况下,钨和溴反 应能生成四溴氧化钨(WOBr4),钨酰溴 (WO2Br2). 此反应在350℃便可发生,当溴较 多时,生成四溴氧化钨,氧气较多时,生 成钨酰溴.四溴氧化钨为黑色四方晶,熔 点277℃,沸点327℃,水中分解为氢溴酸 和钨酸;钨酰溴为紫褐色或砖红色固体, 200～300℃时分解成WO3和WOBr4,遇水分 解. 钨和碘在950℃下可以反应生成四碘化八碘 合六钨[W6I8]I4(二碘化钨),它是棕色粉 末,在空气中加热转为WO3并析出I2,热水 中分解.
钨和溴也能反应,根据条件不同,反应的 产物不同,如溴和钨在600℃反应,可形成 WBr6,其他地,还有可能生成WBr5,四溴 化八溴合六钨[W5Br6]Br4(即二溴化钨或 W6Br12),WBr4,WBr3等.其中六溴化钨 是蓝黑色光泽针状晶体,熔点309℃,在潮 湿空气中水解,溶于二硫化碳,乙醚.五 溴化钨为黑绿色潮解性固体,熔点286℃, 溶于乙醚,氯仿,四溴化八溴合六钨(二 溴化钨)为深蓝色固体,加热分解成钨和 溴单质,可以水解.
钨的稳定同位素有:182W(丰度26.50%), 183W(丰度14.30%),184W(丰度30.64%), 186W(丰度28.43%)
【三,金属钨】
一,金属钨的物理性质 钨的核性质
钨是一种化学元素,它的化学符号是W,它 的原子序数是74,是一种非常硬的,锡白 色的过渡金属.纯钨很脆,不易加工.含 有钨的矿物有黑钨矿和白钨矿等.钨的物 理特征非常强,尤其是它的熔点非常高, 是所有非合金金属中最高的.纯钨主要用 在电器和电子设备中,它的许多化合物和 合金也被用在许多其它应用中(最常见的 有灯泡的灯丝,在X射线管中以及在高温合 金中也有钨使用).
(4)钨和其他化合物反应
钨可以和过氧化氢(30%)反应并溶解,生成 过钨酸:W+4H2O2→ WO3H2O2+3H2O 钨和氨气在400℃反应生成一氮化二钨和氢 气,800℃生成一氮化钨和氢气;钨和磷化 氢在850℃和磷化氢反应生成一磷化钨和氢 气. 钨在硝酰氟(NO2F)中,温热时比啊可以激烈 反应,产生炽热,产物是六氟化钨和二氧 化氮.
钨和硒粉在真空密封的石英管中于600～700℃ 反应,可生成灰色六方晶,具有层状结构和半 导体性质的二硒化钨,钨和碲反应则生成二碲 化钨,二碲化钨在常温下不和空气与水反应, 有层状结构. 钨和氮气在2500℃的低压环境中,和氮气反应, 生成二氮化钨WN2,在有Li3N或LiNH2作为催化 剂的存在下,常压氮中于550～600℃也可以反 应.二氮化钨为褐色六方晶,400℃以上分解. 磷和钨反应则有不同种类的产物,有一磷化钨, 二磷化钨,一磷化三钨,四磷化三钨,砷也能 和钨反应,和磷与钨反应一样,需要真空和高 温(950℃,磷在600～1000℃),反应产物为二 砷化钨,二砷化钨在空气中加热生成三氧化钨 和三氧化二砷.锑和铋和钨无化合物的报道.