鈦及其化合物性質

鈦及其化合物性質1、 鈦單質啟然界存在：鈦的主要鈦鐵礦（FeTiO3）和金紅石（TiO2）。鈦耐高溫，熔點1942K,比黃金高近1000K，比鋼高近500K。鈦屬于化學性質比較活潑的金屬。加熱時能與02、比、H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的致密的氧化物保護膜，可以抵抗強酸甚至王水的作用，表現(xiàn)出強的抗腐蝕性。液態(tài)鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金屬間化合物。2、 鈦的冶煉工業(yè)上常用硫酸分解鈦鐵礦的方法制取二氧化鈦，再由二氧化鈦制取金屬鈦。濃硫酸處理磨碎的鈦鐵礦（精礦）：FeTiO3+3H2SO4==Ti（SO4）2+FeSO4+3H2OFeTiO3+2H2SO4==TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+H2SO4==FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O為了除去雜質Fe2（SO4）3，加入鐵屑，F(xiàn)e3+還原為Fe2+，然后將溶液冷卻至273K以下，使得FeSO4?7H2O（綠磯）作為副產(chǎn)品結晶析出。Ti（SO4）2和TiOSO4水解析出白色的偏鈦酸沉淀，反應是：Ti(SO4)2+H2O==TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+2H2O==H2TiO3+H2SO4鍛燒偏鈦酸即制得二氧化鈦：H2TiO3==TiO2+H2O工業(yè)上制金屬鈦采用金屬熱還原法還原四氯化鈦。將TiO2（或天然的金紅石）和炭粉混合加熱至1000~1100K，進行氯化處理，并使生成的TiCl4，蒸氣冷凝。TiO2+2C+2C12二TiCl4+2C0在1070K用熔融的鎂在氬氣中還原TiCl4可得多孔的海綿鈦：TiCl4+2Mg二2MgC12+Ti3、鈦常見化合物(1)二氧化鈦鈦白是經(jīng)過化學處理制造出來的純凈的二氧化鈦，它是重要的化工原料。制取鈦白的方法主要有兩種：一種是用干燥的氧氣在923~1023K對四氯化鈦進行氣相氧化：TiCl4+02二TiO2+2C12另一種是硫酸法，在此法中，首先使磨細的鈦鐵礦同濃硫酸(濃度在80％以上，溫度在343~353K)在不斷地通入空氣并攪拌的條件下進行反應，制得可溶性硫酸鹽：FeTiO3+2H2SO4二TiOSO4+FeSO4+2H2O由于這一反應是放熱的，反應劇烈時，溫度可上升到473K左右。用水浸取固相物，得鈦鹽水溶液，通稱鈦液。制取鈦白時，關鍵的一環(huán)是使鈦液水解，制得水合二氧化鈦沉淀：TiOSO4+2H2O二TiO2?H2O+H2SO4根據(jù)中和－水解平衡移動原理可知，鈦液的濃度、酸度及溫度均能影響水解反應的進行，濃度越小，酸度越小，溫度越高，水解反應越容易發(fā)生。在制取鈦白的過程中，需要測定鈦液中Ti(IV)的含量。測定時首先往鈦液中加鋁片，將Ti(IV)還原為Ti3+:3Ti(IV)+Al二3Ti3++A13+然后，通過測定玩+，得知鈦液中Ti(IV)的含量。Ti3+離子有還原性，其還原能力比Sn2+離子還要強。根據(jù)：TiO2+(水)+2H++e-二玩++H2O Fe3++Fe二Fe2+Ti3+離子可以還原Fe3+離子：Ti3++Fe3+二Ti(IV)+Fe2+根據(jù)這個反應，以KSCN為指示劑，用標準的Fe3+溶液，以滴定法測定溶液中Ti3+的含量。滴定時，F(xiàn)e3+稍一過量，即與SCN-生成血紅色的[FeSCN]2+表示反應已達終點。鈦白的用途很廣泛。由于它化學性質穩(wěn)定，物理性能優(yōu)異，兼有鉛白的遮蓋性能和鋅白的持久性能；常用來作高級白色顏料，在造紙工業(yè)中作填充劑，合成纖維中作消光劑。將二氧化鈦與碳酸鋇一起熔融(加入氯化鋇或碳酸鈉作助熔劑)得偏鈦酸鋇：TiO2+BaCO3二BaTiO3+CO2f偏鈦酸鋇具有顯著的“壓電性能”，用于超聲波發(fā)生裝置中。二氧化鈦不溶于水或稀酸，但能溶于熱濃硫酸或熔化的硫酸氫鉀中，如：TiO2+H2SO4二TiOSO4+H2O將鈦酸(TiO2?xH2O)或二氧化鈦用濃硫酸加熱轉化，生成硫酸氧鈦TiOSO4或稱硫酸鈦酰，它為白色粉末，能溶于冷水中，熱水會使它分解。TiOSO4+H2O二TiO2+H2SO4自由狀態(tài)的硫酸鈦正鹽Ti(SO4)2尚未能確定其存在。在白然界中廣泛存在得鈦鐵礦是偏鈦酸鐵FeTiO3?？勺⒁獾氖?，它和Fe2O3屬同晶形。因此，鈦鐵礦共存于赤鐵礦(Fe2O3)中，其中TiO2含量最高，竟達7%。(2)三價鈦化合物三價鈦離子呈紫色，具有強烈的還原性，比二價錫的還原性還要強得多。將四氯化鈦和多量氫的混合氣體導過灼熱管即可制取無水三氯化鈦TiCl3，它為紫色粉末。三氯化鈦若在700C于氫氣流中加熱，就變?yōu)門iCl2和TiCl4。用鋅處理四價鈦鹽的鹽酸溶液，或將鈦溶于鹽酸中，得三氯化鈦的水溶液，可以結出六水合三氯化鈦TiCl3?6H2O的紫色晶體。如果在濃的溶液上面，加一層無水乙醚，并導入氯化氫至飽和，可由綠色的乙醚溶液中得綠色的六水合物。重要的鈦鹵化物有TiCl3、TiCl4和Til4。室溫下，鈦不與熱堿反應，不與一般無機酸反應，但可溶于氫氟酸

Ti+6HF=== [TiF6]2-+ 2H++2H2TiCl4分子晶體，常溫下是一種無色液體。極易發(fā)生水解，暴露在空氣中會發(fā)煙，故可用于制作煙霧彈：TiCl4+2H2O二TiO2+4HC1鈦相關高考試題【2017年高考試題全國1卷】27(14分)Li4Ti5O12和LiFePO4都是鋰離子電池的電極材料，可利用鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3,還含有少量MgO、SiO2等雜質)來制備。工藝流程如下:鈦鐵礦濾渣*丁心詡衛(wèi)

沉龍卿水過謔鈦鐵礦濾渣*丁心詡衛(wèi)

沉龍卿水過謔FePOjL嵌x苴戢F驅高酬腕UFbTO+2 4 62 4 6S10til回答下列問題:(1)“酸浸”實驗中，鐵的浸出率結果如下圖所示。由圖可知，當鐵的浸出率為70%時,所采用的實驗條件為(2)“酸浸”后，鈦主要以TiOCl42-形式存在，寫出相應反應的 離 子 方 程 式(3)TiO2?xH2O沉淀與雙氧水，氨水反應40min所得實驗結果如下表所示溫度/C3035404550TiO2?xH2O轉化率％9295979388TOC\o"1-5"\h\z分析40°C時TiO2?xH2O轉化率最高的原因 。(4)Li2Ti5O15中Ti的化合價為+4,其中過氧鍵的數(shù)目為 。(5)若“濾液②”中c(Mg2+)=0.02mol/L,加入雙氧水和磷酸(設溶液體積增加1倍)，使Fe3+恰好沉淀完全即溶液中c(Fe3+)=1x10-5mol/L，此時是否Mg3(PO4)2沉淀生成？ (列式計算)。FeP04、Mg3(PO4)2的Ksp分別為1.3x10-22、1.0x10-24。(6)寫出“高溫煅燒②”中由FePO4制備LiFePO4的化學方程式 ?！敬鸢浮?1)100C、2h，90C，5h(2)FeTiO3+4H++4C1—=Fe2++TiOCl4-+2H2O(3)低于40C，TiO2?xH2O轉化反應速率隨溫度升高而增加；超過40C，雙氧水分解與氨氣逸出導致TiO2?xH2O轉化反應速率下降(4)41.3X10-22(5)Fe3+恰好沉淀完全時，c(PO3-)=1.0X10-5mo1?L-l=1.3xlO—17mo1?L-l,c3(Mg2+)xc2(PO3-)二(0.01)3x(1.3x10—17)2=1.7x10-40vKsp[Mg3(PO4)2]，因此不會生成Mg3(PO4)2沉淀。,、 高溫(6)2FePO4+L12CO3+H2C2O4 2LiFePO4+H20f+3CO2f【2017北京卷】(13分)TiCl4是由鈦精礦(主要成分為TiO2)制備鈦(Ti)的重要中間產(chǎn)

鈦精礦物，制備純TiC14的流程示意圖如下:氯化過聲鈦精礦物，制備純TiC14的流程示意圖如下:氯化過聲沸騰爐"精制過程.蒸權塔'純TiCLj資料：TiCl4及所含雜質氯化物的性質化合物SiCl4TiCl4A1C13FeCl3MgC12沸點/°C58136181（升華）3161412熔點/°C-69-25193304714在TiCl4中的溶解性互溶微溶難溶（1）氯化過程：TiO2與C12難以直接反應，加碳生成CO和CO2可使反應得以進行。已知：TiO2(s)+2C12(g)=TiC14(g)+02(g)AH1=+175.4kJ?mol-l2C(s)+O2(g)=2CO(g)AH2=-220.9kJ?mol-1沸騰爐中加碳氯化生成TiC14(g)和CO(g)的熱化學方程式： （填“>”“v”或“=”），判斷依據(jù)： ②氯化過程中CO和CO2可以相互轉化，根據(jù)如圖判斷：（填“>”“v”或“=”），判斷依據(jù)： ③氯化反應的尾氣須處理后排放，尾氣中的HCl和C12經(jīng)吸收可得粗鹽酸、FeC13溶液，則尾氣的吸收液依次是

④氯化產(chǎn)物冷卻至室溫，經(jīng)過濾得到粗TiC14混合液，則濾渣中含有.(2)精制過程：粗TiCl4經(jīng)兩步蒸餾得純TiC14。示意圖如下：物質a是 T2應控制在 。 一.―”物質a【答案】( 1 )粗TiCh蒸憎塔一TiO2(s)+2C12(g)+2C(s)=TiC14(g)+2CO(g)△H=-45.5kJ/mol I 控制溫度7]〉 隨溫度升高，CO含量增大，說明生成CO的反應是吸熱反應H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液④MgCl2、AlCl3、FeCl3(2)SiCl4于181°Cf純TiCU蒸懈f純TiCU蒸懈塔二>控制溫度爲高于136C，低工業(yè)上用鈦鐵精礦（FeTiO3）扌是煉TiO?的工藝流程如下;TOC\o"1-5"\h\z⑴酸浸時為了扌是高浸岀率，請?zhí)釋缫环N可行的措施 o（2）寫出硫酸酸浸溶解鈦鐵精礦生成TiO2+的離子方程式 o⑶鈦鐵精礦酸浸后經(jīng)袴卻、結晶得到的副產(chǎn)物A為 。（斗）結晶析岀A時，需要保持較高的酸度而不能加水，耳原因可能為 o（5）工業(yè)上將TiO?和碳粉混合加熱氮化生成的TiCl4!然后在高溫下用金屬鎂還原TiCl4得到金屬鈦,寫出TiQ制備口過程的化學方程式， 」20、（1D分，每空2弁）（1） 増大硫酸濃度，或加熱、升高溫度，或邊加硫酸邊攪拌，或延長浸岀時間，或把鈦鐵精礦粉碎〔2分，任選其中一種措施即得2分，但答'『使用玻璃棒攪拌'‘得0分）（2） FeTiO^4H+=Fe2++TiO1++2H2O（2分,離子反應的反應物和產(chǎn)物都正確但未配平得1分，漏寫或錯寫反應物或產(chǎn)物的化學式不得分，寫化學方程式得。分）（3） FeSO4-7H2O（2分,答FeSO4#1分）⑷誠少FeS04-7H20的溶解量，抑制TiO幻K解（2分,答到一個方面給1分）⑸TiO2+2C+2CI5=TiCI4+2CO；TiCI4+2Mg^^Ti+2MgCI2（2分,每個方程式1分，方程式不配平得1分，寫錯物質化學式得0分）【1998年上海高考試題】氛銃（Ti）金屬常被稱為未來鋼熱鈦元素的同位素鶏H、霊II、豊II、中，中子數(shù)不可能為（）A.30 B.2S C.26 D.21【廣東省模擬題】1.I.鈦白在自然界中以金紅石礦存在。目前犬規(guī)橫生產(chǎn)鈦的方法是：第一步首先將金紅石、炭粉混合，在高溫條件下通入氯氣制得TiCl4；第二步在氮氣氛圍中用過量的鎂在加熱條件下與TiCh反應制得金屬鈦。(1)已知；①CfsHOstg)=CO2(g)A ②2CO(g)+02(g)=2CO2(g)A樂366叮111評③Ti6(3>t2Ck(g)=TiCl4&HO/g)A/^+UlkJmol1則Ti6(g)+2Cl/gH2G；?=TiCl+(s>2CC<g)的AJ^ 。⑵如何從上述所得產(chǎn)物中菠得純凈金屬鈦？簡述主要步瑕： 。II?納米Ti(h可通過TiCL水解制備；TQL+4NH汁(時2)%0口^TiOgnHQMNHQ。過程為：在冰水浴強力攪拌下，將一定量的TiCl』滴加到溶有HC1和(NHJ必慶的冰的TiCL水洛液屯控制TiCl,濃度為l.lmoVL時撤去冰浴，逐步升溫到9丸，恒溫水解lh后，滴加氨水,調節(jié)落液pH約為&自然冷卻石過濾，產(chǎn)物經(jīng)水洗至無口劑后,再用乙醇洗滌3遍，高溫熄燒2h制備納米TiOr簡述升溫和調節(jié)溶液pH的目的； o試用簡要的文字和相應的離子方程式判斷說明產(chǎn)物中無ciinSO?： oIII.昔通鈦白的化學制法通常是硫酸法。首先使磨細的鈦鐵礦用濃硫酸在不斷地通入空氣攪拌的條件下進行反應，制得可溶性二水合硫酸氧鹽，其反應方程式；斑Ti業(yè)+2H越尸F(xiàn)eSg+Ti0SO4-趁熱過濾，所得濾液叫鈦液,加熱鈦液，促進水解，制得一水合二氧化鈦沉淀CTiCh?珈)；然后在117YK?1⑵K鍛燒即得普通鈦白。在制造鈦白過程A需要測定鈦白Ti(IV)的含量。測定時首先取lOmL鈦液用水神稀10倍，加過量鋁粉，充分振蕩,使其完全反應，Ti(IV)+A1-T嚴+A1%過濾后，取出濾液20mL;向其中滴加2-3滴KSCN溶掖,再加5mL蒸懾水振蕩，用酸式滴定管滴加(Hmol/LFeCb溶液，終點到來時，用去了30泣的FeCh溶液。求爆鈦液的物質的量濃度。答案’（O-SOkJ-mor Ti的原子序數(shù)為22,Ti位于元素周期表中第 周賦第 ffio步輟①加F巳的目的是 ;步驟②冷卻的目的是 o 上迖制備巧6.的過程中，可以利用曲副產(chǎn)物是 ；考慮咸本和展物綜合利耳因素,麥液中應加入 處理。 生金紅石（TiO2）$取單質Ti, Ti的原子序數(shù)為22,Ti位于元素周期表中第 周賦第 ffio步輟①加F巳的目的是 ;步驟②冷卻的目的是 o 上迖制備巧6.的過程中，可以利用曲副產(chǎn)物是 ；考慮咸本和展物綜合利耳因素,麥液中應加入 處理。 生金紅石（TiO2）$取單質Ti,涉及到的步驟為：【2005年廣東高考試題】22.（12兮）較（T?被稱為繼鐵、鋁之片的第三全屬’鈦白CHCy是目前最好的白色顏料。制備TiCh和口的履料是鈦鐵礦，我國的鈦鐵礦儲量啟世界首位。含有卩曳?！坏拟佽F礦（主要成分為FeTiO5）制?TiO2TiO2TiO2—TiCU盹8(X)r,AtAh=-333.5kJ?mol1AH=-566kJ?molAh=-333.5kJ?mol1AH=-566kJ?mol1AH=-bl41kJ-mol12CO(g)-F02Cg)=2C(h@hTiO2Cs)+2C12(g)=TiCUCs)-+O2(g)；則TiO2(g>2Ch(g)H-2C(s)=TiCLifs)十2CO(g)的△：?= 反應TiCU-+2Mg=MgCli-FTi在Ar氣氛中進行的理由是 22.⑴4IVB⑵將F尹還原為Fe'-析出（或分離、或得到）F巳SO斗-7H2O（3） FeSO4?7H?O石灰〔或碳酸鈣、廢堿〕（4） -80kJ?mol'-防止高溫下Mg（Ti）W空氣中的6（或8“叫）作用rCi■?、-rr r~n ~rrt-i ?■、【2013年山東高考試題】30（15分）TiO2既是制備其他含鈦化合物的原料，又是一種性能優(yōu)異的白色顏料。（1）實驗室利用反應TiO2（s）+2CC14（g）==TiC14（g）+CO2（g）,在無水無氧條件下，制取TiCl4實驗裝置示意圖如下B C D EB C D E有關性質如下表物質熔點/C沸點/C其他CC14-2376與TiCl4互溶TiC14-25136遇潮濕空氣產(chǎn)生白霧儀器A的名稱是，裝置E中的試劑是。反應開始前依次進行如下操作：①停止通氮氣②熄滅酒精燈③冷卻至室溫。正確的順序為（填序號）。欲分離D中的液態(tài)混合物，所采用操作的名稱是。（2）工業(yè)上由鈦鐵礦（FeTiO3）（含F(xiàn)e2O3、SiO2等雜質）制備TiO2的有關反應包括:酸溶FeTiO3（s）+2H2SO4（aq）==FeSO4（aq）+TiOSO4（aq）+2H2O（l）90°C水解TiOSO4（aq）+2H2O（1）==H2TiO3（s）+H2SO4（aq）簡要工藝流程如下::硫酸礦渣干燥、煅燒 >TiO2FeSO4?7H2O鈦液II:硫酸礦渣干燥、煅燒 >TiO2FeSO4?7H2O鈦液II水解、過濾 >90C卄①酸洗②水洗H2TiO3①試劑A為。鈦液I①試劑A為因是②取少量酸洗后的H2TiO3，加入鹽酸并振蕩，滴加KSCN溶液后無明顯現(xiàn)象，再加H2O2后出現(xiàn)微紅色，兌明H2TiO3中存在的雜質離子是 。這種H2TiO3即使用水充分洗滌，煅燒后獲得的TiO2也會發(fā)黃，發(fā)黃的雜質是 (填化學式)。解析(1)儀器A是干燥管，因為TiCl4遇到水蒸氣會水解，所以E中可以用濃硫酸來隔離空氣。對于氣體的制取性質實驗應該：組裝儀器、檢驗氣密性、加裝藥品。。。。。終止實驗時為防止倒吸，應先熄滅酒精燈，冷卻到室溫后再停止通入N2。分離兩種沸點不同的液體混合物應該用蒸餾。(2)①因為礦石經(jīng)硫酸溶解后得到的Fe2(SO4)3，而后面過濾得到的是FeSO4?7H2O，所以試劑A是鐵粉扌巴Fe3+還原為Fe2+。由于TiOSO4容易水解若溫度過高貝U會有較多TiOSO4水解為固體H2TiO3而經(jīng)過濾進入FeSO4?7H2O中導致TiO2產(chǎn)率降低。②加KSCN溶液無現(xiàn)象，加H2O2后出現(xiàn)紅色，說明存在Fe2+。經(jīng)加熱后Fe2+氧化為Fe2O3而使產(chǎn)品發(fā)黃。答案：(1)干燥管；濃硫酸；檢查氣密性；②③①，蒸餾(2)①鐵粉，由于TiOSO4容易水解，若溫度過高，則會有較多TiOSO4水解為固體H2TiO3而經(jīng)過濾進入FeSO4?7H2O中導致TiO2產(chǎn)率降低。②Fe2+,Fe2O3【2010年四川高考試題】29.（16分）四川攀枝花蘊藏豐富的釩、鈦、鐵資源。用鈦鐵礦渣（主要成分為TiO2、FeO、Fe2O3,Ti的最高化合價為+4）作原料，生產(chǎn)白色顏料二氧化鈦的主要步驟如下：（1）硫酸與二氧化鈦反應的化學方程式是（2向濾液I中加入鐵粉發(fā)生反應的離子方程式為：（3）在實際生產(chǎn)過程中，向沸水中加入濾液III，使混合液pH達0.5，鈦鹽開始水解。水解過程中不斷通入高溫水蒸氣，維持溶液沸騰一段時間，鈦鹽充分水解析出水合二氧化鈦沉淀。請用所學化學平衡原理分析通入高溫水蒸氣的作用：。過濾分離出水合二氧化鈦沉淀后，將濾液返回的主要目的是充分利用濾液中的鈦鹽、、、（填化學式），減少廢物排放。（4）A可用于生成紅色顏料（Fe2O3），其方法是：將556akgA（摩爾質量為278g?mol-1）溶于水中，加入適量氫氧化鈉溶液恰好完全反應，鼓入足量空氣攪拌，產(chǎn)生紅褐色膠體；再向紅褐色膠體中加入3336bkgA和112ckg鐵粉，鼓入足量空氣攪拌，反應完成后，有大量Fe2O3附著在膠體粒子上以沉淀形式析出；過濾后，沉淀經(jīng)高溫灼燒得紅色顏料。若所得濾液中溶質只有硫酸鈉和硫酸鐵，則理論上課生成紅色顏料kg?！敬鸢浮浚?6分）（1）TiO2+2H2SO4=Ti（SO4）2+2H2O或TiO2+H2SO4二TiOSO4+H2O（2分）（2）2Fe3++Fe=3Fe2+Fe+2H+=Fe2++H2f（各2分，共4分）(3)加水促進鈦鹽水解，加熱促進鈦鹽水解，降低H+濃度促進鈦鹽水解(答對1點給1分，共3分)H2OFeSO4H2SO4（答對1點給1分，共3分）⑷160a+320b+160c （4分）【模擬試題選】9鈦E因為具有稱奇的性能，越來越引起人們的關注。常溫下鈦不與非金屬、強酸反應。紅熱時，刼可與常見的非金屬里質反區(qū)鈦是航空、軍工、電力等方面的必需原料。地殼中含鈦礦石之一——稱金紅石|T02)o目前大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法是：TOC\o"1-5"\h\z第一步：金紅石、碳粉混合，在高溫條件下通入氯氣制得皿1輛一種可燃性氣也該反應的化學方程式知 、該反應的還原剖是 a第二步：在氮氣的氣氛中，用過量的錢在加勲條件下與RCI4反應制得金屬鈦。(D寫出此反應的化學方程式； ，(2)簡述從上述所得產(chǎn)糊中獲取金雇鈦的步輟： o解析：化學方程式的書寫可直接根18題中所給出的條件和反應林生成物來寫。提取金屬鈦時，結合題目所給信息」常溫下鈦不與強酸反應，但鎂能濬解，從而選擇鹽酸提純。答案：Tl02+20+2012TlGI4+2CaC7iCI4+2MgT+2MgCI2加人足量鹽酸』除去過量金JI鎂，過濾』并用藝館水洗滌固體得金厲號

【2008年全國化學競賽試題】第七題、四氯化鈦Cricij是制備金屬鈦及鈦化合物產(chǎn)品的重要中間產(chǎn)品。四氯化鈦熔點250K,沸點409K.二氧