钛及其化合物性质(补充))(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 钛及其化合物性质1、自然界存在：钛在自然界存在丰度0.42%，在所有元素居第10位，我国含量丰富。钛的主要钛铁矿（FeTiO3）和金红石（TiO2）。2、钛单质阅读：【纯钛是银白色的金属，它具有许多优良性能。钛的密度为4.54gcm3，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，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

2、蚀性。因此，一般金属在酸、碱、盐的溶液中变得千疮百孔而钛却安然无恙。 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。钛合金制成飞机比其它金属制成同样重的飞机多载旅客100多人。制成的潜艇，既能抗海水腐蚀，又能抗深层压力，其下潜深度比不锈钢潜艇增加80%。同时，钛无磁性，不会被水雷发现，具有很好的反监护作用。 钛具有“亲生物“性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当

3、新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。 钛在人体中分布广泛，正常人体中的含量为每70kg体重不超过15mg，其作用尚不清楚。但钛能刺激吞噬细胞，使免疫力增强这一作用已被证实】3、钛的冶炼钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。 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），发生下面的化学反应：FeTiO3+3H2SO4 = Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3

4、+2H2SO4 = TiOSO4+FeSO4+2H2OFeO+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+H2SO4TiOSO4+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

5、然的金红石）和炭粉混合加热至10001100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4，蒸气冷凝。TiO22C2Cl2TiCl42CO在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛：TiCl42Mg2MgC12Ti4、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9231023K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343353K）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

6、：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 TiO2H2O + 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。因此，钛液的水解有稀释水解、加碱中和水解和加热水解三种方法。目前大量应用的是加热水解法。虽然钛液浓度较大，酸度较高，但只要加热提高钛液的温度，也能促使水解的发生，使水合二氧化钛沉淀析

7、出。为了提高钛液的温度，以便加快水解反应速度，提高水解率，常常要在加压的条件下进行加热水解。这样也可使生成的沉淀颗粒比较紧密：产品钛白有较好物理性能。将水解所得的水合二氧化钛（一般称为偏钛酸，即b 型钛酸）过滤洗涤，然后在高温下（11731223K）锻烧，即得产品钛白。二氧化钛受热时为浅黄色，冷下来呈白色。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）

8、+ 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FeSCN2+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

9、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二氧化钛溶于浓硫酸所得溶液虽然是酸性的，但加热煮沸也能发生水解，得到不溶于酸、碱的水合二氧化钛（即b 型钛酸）。若加碱于新制备的钛盐的酸性溶液，得到新鲜水合二氧化钛（即a型钛酸），其反应活性比b 钛酸大，能溶于稀酸，也能溶于浓碱。溶于浓氢氧化钠后，从溶液中可以结晶析出化学式为Na2TiO3nH2O的水合钛酸盐。将钛酸(TiO2xH2O)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

10、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。另一方面，已知有M(I)2Ti(SO4)3型三硫酸基钛酸盐，例如铵盐(NH4)2Ti(SO4)32H2O。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）三价钛化合物用锌及酸还原四价钛化合物溶液，或用电解还原法，容易获得三价钛化合物。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

11、，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TiCl36H2O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Ti + 6HF= TiF62- +2H+ + 2H2 TiCl4 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 +2H2 O TiO2 + 4HC

12、l 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）TiO2xH2O沉淀与双氧水，氨水反应40 min所得实验结果如下表所示 ：温度/3035404550TiO2xH2O转化率%9295979388分析40时TiO2xH2O转化率最

13、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”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+)=110-5 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1.310-22、1.010-24。（6）写出“高温煅烧”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式_。【答案】（1）100、2h，90，5h （2）FeTiO3+ 4H+4Cl = Fe2+ + 2H2O（3）低于40，TiO2xH2O转化反应速率随温度

14、升高而增加；超过40，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降 （4）4 （5）Fe3+恰好沉淀完全时，c()=molL1=1.31017 molL1，c3(Mg2+)c2()(0.01)3(1.31017)2=1.71040Ksp Mg3(PO4)2，因此不会生成Mg3(PO4)2沉淀。（6）2FePO4 + Li2CO3+ H2C2O42LiFePO4+ 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SiCl4TiCl4AlC

15、l3FeCl3MgCl2沸点/58136181（升华）3161412熔点/6925193304714在TiCl4中的溶解性互溶微溶难溶（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) H1=+175.4 kJmol-12C(s)+O2(g)=2CO(g) H2=-220.9 kJmol-1沸腾炉中加碳氯化生成TiCl4(g)和CO(g)的热化学方程式：_ _。 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H_0（填“”“”或“=”），判断依据：_ _。 氯化反应

16、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_。 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）TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) H=-45.5 kJ/mol 随温度升高，CO含量增大，说明生成CO的反应是吸热反应H2O、FeCl2溶液、NaOH溶液 MgCl2、AlCl3、FeCl3 （2）SiCl4 高于136，低于181【广东省模拟试题选】【1998年上海高考试题】【广

17、东省模拟题】【2005年广东高考试题】、【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物质熔点/沸点/其他CCl4-2376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 。反应开始前依次进行如下操作：停止通氮气熄灭酒精灯冷却至室温。正确的顺序为 （填序号）。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是 。（2）工业上由钛铁矿（FeTiO3）(含

18、Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括：90酸溶FeTiO3（s）+2H2SO4（aq）=FeSO4（aq）+ TiOSO4（aq）+ 2H2O（l）水解TiOSO4（aq）+ 2H2O（l）= H2TiO3（s）+H2SO4（aq） 简要工艺流程如下：试剂A为 。钛液需冷却至70左右，若温度过高会导致产品收率降低，原因是 取少量酸洗后的H2TiO3，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H2O2后出现微红色，说明H2TiO3中存在的杂质离子是 。这种H2TiO3即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO2也会发黄，发黄的杂质是 （填化学式）。解析：（1）仪器A是干燥管，

19、因为TiCl4遇到水蒸气会水解，所以E中可以用浓硫酸来隔离空气。对于气体的制取性质实验应该：组装仪器、检验气密性、加装药品。终止实验时为防止倒吸，应先熄灭酒精灯，冷却到室温后再停止通入N2。分离两种沸点不同的液体混合物应该用蒸馏。（2）因为矿石经硫酸溶解后得到的Fe2(SO4)3，而后面过滤得到的是FeSO47H2O，所以试剂A是铁粉，把Fe3+还原为Fe2+。由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO47H2O中导致TiO2产率降低。加KSCN溶液无现象，加H2O2后出现红色，说明存在Fe2+。经加热后Fe2+氧化为Fe2O3而使产

20、品发黄。答案：（1）干燥管；浓硫酸；检查气密性；，蒸馏（2）铁粉，由于TiOSO4容易水解，若温度过高，则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3而经过滤进入FeSO47H2O中导致TiO2产率降低。Fe2+，Fe2O3【2010年四川高考试题】29.（16分）四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣（主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3,Ti的最高化合价为+4）作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：（1）硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是 。（2）向滤液I中加入铁粉，发生反应的离子方程式为： 、 。（3）在实际生产过程中，向沸水中加入滤液，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水

21、解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用： 。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、 、 、 （填化学式），减少废物排放。（4）A可用于生成红色颜料(Fe2O3)，其方法是：将556a kg A(摩尔质量为278gmol1)溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336b kg A和112c kg铁粉，鼓入足量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上课生成红色颜料 kg。【答案】（16分）（1）TiO2+2H2SO4=Ti(SO4)2+2H2O或TiO2+ H2SO4TiOSO4+H2O (2分)（2）2Fe3+Fe=3Fe2 Fe+2H=Fe2+H2 （各2分，共4分）（3）加水促进钛盐水解，加热促进钛盐水解，降低H浓度促进钛盐水解（答对1点给1分，共3分）H2O FeSO4 H2SO4（答对1点给1分，共3分）(4) 160a+320b+160c (4分)【模拟试题选】【2008年全国化学竞赛试题】【2015年辽宁化学竞赛试题】专心-专注-专业