单质钛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。

专题25 阅读理解题1．（2022年湖南省衡阳市中考）阅读下面科普短文：2004年，科学家成功地从石墨中分离出单层的石墨片(有人称为石墨烯)，其层内微观结构如图1.这种单层的石墨片有优异的导电、导热性和其他奇特性质。

石墨烯是由碳原子构成的一层或几层原子厚度的晶体，在电子、复合材料、医疗健康等多领域具有广泛应用，不同领域的应用分布如图2纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。

纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。

另外，纺织面料中的石墨烯片层结构中含有丰富的含氧基团，影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。

随着科技水平的提升，石墨烯作为一种基本材料，其应用会有越来越多的可能。

请依据文章内容回答下列问题：(1)石墨烯的物理性质有_______。

(任写一条)(2)石墨烯应用占比最高的领域是_______。

(3)纺织面料掺入石墨烯后具有的优点有_______。

(任写一条)【答案】(1)导电性(或者导热性等)(2)电子领域(3)在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，改善人体微循环系统，促进新陈代谢【解析】(1)根据文章内容可知石墨烯在电子领域有广泛应用，且能将热量传送给人体，故其物理性质有导电性、导热性。

(2)根据图2信息可知，石墨烯在电子领域应用占比27%，在该领域占比最高。

(3)文章内容中已给出：纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。

2．（2022年安徽省中考）阅读下列科技短文并回答问题。

过氧化氢可用于消毒杀菌，具有不稳定性。

将水蒸气冷凝在硅，玻璃，塑料、金属等材料表面，均发现了过氧化氢的存在。

研究显示：水蒸气冷凝为粒径小于10微米的液滴时，部分水分子会转化为过氧化氢分子。

水微滴中形成的过氧化氢含量随液滴尺寸的增大而减少。

过氧化氢的产生量与温度，温度等环境条件密切相关。

九年级化学第三单元第二节金属的化学性质某某教育版【本讲教育信息】一、教学内容金属的化学性质二、学习目标1、知道镁、铝、铁、铜等常见金属与氧气的反应。

2、认识常见金属与酸、金属与盐的反应，并能解释日常生活中的一些现象、解决一些实际问题。

3、能说出常见金属的活动性顺序，了解金属活动性顺序的意义，会解决一些实际问题。

4、会判断置换反应。

5、通过我国古代湿法冶金术的介绍，增强学生的民族自豪感和爱国主义情感。

三、全面突破知识点（一）：金属与氧气的反应实验表明大多数金属都能与氧气发生反应，但反应的难易和剧烈程度是不同的。

例如，镁、铝等在常温下就能与氧气反应；铁、铜等在常温时几乎不与氧气反应，金在高温时也不与氧气反应，正所谓“真金不怕火炼”。

1、镁与氧气的反应①常温下银白色镁条置于空气中表面会逐渐变暗，是因为生成了白色固体氧化镁。

②点燃时（在空气中）现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，生成一种白色固体粉末。

化学方程式：2Mg+O22MgO应用：战场上用镁做照明弹。

2、铝与氧气的反应①常温下银白色的铝的表面逐渐变暗，与氧气反应生成一层致密的氧化物薄膜——氧化铝，从而阻止铝进一步氧化。

因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。

我们在做铝条性质实验之前，务必要将其保护膜打磨去除。

②在氧气中点燃时现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成白色固体。

化学方程式：4Al+3O22Al2O3注意：做该实验时，集气瓶底部放少量的水或铺一层细沙，燃烧的铝片不能靠近集气瓶内壁，以防止集气瓶炸裂。

3、铁与氧气的反应①常温下在干燥的空气中，铁很难与氧气发生反应。

②常温下在潮湿的空气中，铁与空气中的氧气和水共同作用会生成暗红色、比较疏松的物质——铁锈（主要成分为氧化铁Fe2O3）。

③铁在氧气中点燃时现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体。

化学方程式：3Fe+2O2Fe3O4。

注意：做该实验时，集气瓶底部留下少量的水或铺一层细沙，燃烧的铁丝不能靠近集气瓶内壁，以防止集气瓶炸裂。

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+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。

二氧化钛还原成单质钛1. 引言1.1 概述概述:二氧化钛是一种常见的无机化合物，化学式为TiO2，具有广泛的应用领域。

然而，在某些情况下，将二氧化钛还原为单质钛是十分重要的。

本文将对二氧化钛还原成单质钛的方法进行探讨和研究。

本文将首先介绍二氧化钛的基本性质，包括其晶体结构、物理性质和化学性质。

然后将对二氧化钛的还原方法进行详细讨论，包括高温还原、化学还原和电化学还原等。

这些方法将被分别介绍和比较，以便读者了解其特点和适用性。

通过实验和研究，本文总结了不同还原方法对二氧化钛的还原效果和产物纯度的影响，以及可能的影响因素。

在实验结果总结部分，将列举具体的实验数据和结论，以支持对二氧化钛还原成单质钛的方法的选择和应用。

最后，在进一步研究展望部分，将提出一些有关二氧化钛还原成单质钛的未来研究方向和可能的应用领域。

通过更深入的研究，我们希望能够改进现有的还原方法，提高还原效率和纯度，并探索新的还原途径，以满足工业和科学上的需求。

通过本文的研究，我们将能够更好地了解和应用二氧化钛还原成单质钛的方法，从而为相关行业的技术创新和发展提供有力支持。

1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式展开：文章结构部分旨在介绍整篇文章的组织结构，使读者对接下来的内容有一个清晰的了解。

本文将分为引言、正文和结论三个部分来进行叙述。

首先，引言部分将提供对本文的概述、文章的结构和目的进行介绍。

通过概述，我们可以了解到本文主要研究的是二氧化钛还原成单质钛的过程。

接着，我们会介绍文章的结构，即引言、正文和结论三个部分，并简要说明每个部分所涵盖的内容。

最后，我们将给出本文的目的，即通过探讨二氧化钛的性质和还原方法，来揭示二氧化钛还原成单质钛的过程。

接下来，正文部分将分为两个小节，分别介绍二氧化钛的性质和还原方法。

在2.1节中，我们将详细描述二氧化钛的物理和化学性质，包括其晶体结构、晶格参数、热化学性质等。

在2.2节中，我们将探讨二氧化钛的还原方法，包括热还原、电化学还原等不同的方法，并分析它们的原理和应用。

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。

化学反应的分类1．金属(Ti)是航空、宇航、军工、电子等方面的必需原料。

在生产钛的过程中可用镁在加热条件下与TiCl 4反应制得金属钛，反应的化学方程式为TiCl 4＋2Mg=====△Ti ＋2MgCl 2。

该反应属于( )A ．化合反应B ．分解反应C ．置换反应D ．复分解反应解析：选C 化合反应是由两种或两种以上的物质生成另一种物质的化学反应，故A 错误；分解反应是由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应，故B 错误；在TiCl 4＋2Mg=====△Ti ＋2MgCl 2反应中，一种单质和一种化合物反应生成了一种新的单质和一种新的化合物，属于置换反应，故C 正确；复分解反应是两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应，故D 错误。

2．下列反应不属于四种基本反应类型，但属于氧化还原反应的是( )A ．Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋CuB ．AgNO 3＋NaCl===AgCl↓＋NaNO 3C ．Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2D ．2KMnO 4=====△K 2MnO 4＋MnO 2＋O 2↑解析：选C A 项属于置换反应；B 项属于复分解反应；D 项属于分解反应；C 项不属于四种基本反应类型，但反应前后元素的化合价有变化，属于氧化还原反应。

3．实验室制备硅酸的反应为Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓，该反应属于( )A ．化合反应B ．分解反应C ．置换反应D ．复分解反应解析：选D 实验室制备硅酸的反应为Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3↓，是两种化合物相互交换成分生成另外两种化合物的反应，故为复分解反应。

4．下列属于氧化还原反应的是( )A ．2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2OB ．Na 2O ＋H 2O===2NaOHC ．2KI ＋Br 2===2KBr ＋I 2D ．MgO ＋2HCl===MgCl 2＋H 2O解析：选C A 项属于分解反应，反应中不存在化合价变化，不属于氧化还原反应；B项属于化合反应，反应中不存在化合价变化，不属于氧化还原反应；C 项属于置换反应，I 元素化合价由－1→0，Br 元素化合价由0→－1，属于氧化还原反应；D 项属于复分解反应，反应中不存在化合价变化，不属于氧化还原反应。

工业制备钛单质的化学方程式
工业制备钛单质的化学方程式主要有两种方法：
1. 克鲁兹法（Kroll process）：
2TiCl4 + 2Mg → 2MgCl2 + 2Ti
这是目前最常用的工业制备钛的方法。

首先将钛矿石经过氯化等步骤，得到四氯化钛(TiCl4)。

然后将四氯化钛与镁反应，在高温下生成钛和氯化镁(MgCl2)。

最后通过蒸馏等步骤将钛纯化。

2. 纳德阳极法（Van Arkel-De Boer process）：
2TiI4 + 4Na → 4NaI + 2Ti
这是另一种工业制备钛的方法。

首先将钛矿石经过氯化等步骤，得到四碘化钛(TiI4)。

然后将四碘化钛与钠反应，生成钠碘化钛和钠碘化物(NaI)。

最后通过蒸馏等步骤将钠碘化钛还原为钛。

这两种方法都是工业上广泛使用的钛制备方法，能够高效地得到纯度较高的钛单质。

第二章 第三节 第1课时基 础 巩 固一、选择题1．下列有关四种基本反应类型与氧化还原反应关系的说法正确的是导学号 7391858( C )A ．化合反应一定是氧化还原反应B ．分解反应一定不是氧化还原反应C ．置换反应一定是氧化还原反应D ．复分解反应不一定是氧化还原反应2．下列反应属于氧化还原反应的是导学号 7391858( C ) A ．CaCO 3＋2HCl===CaCl 2＋H 2O ＋CO 2↑ B ．2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋H 2O ＋CO 2↑ C ．Cl 2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H 2O D ．NaBr ＋AgNO 3===AgBr ↓＋NaNO 33．(2017·邯郸高一检测)离子反应、复分解反应、置换反应和氧化还原反应之间可用集合关系来表示，其中正确的是导学号 7391858( A )4．(2017·南宁高一检测)钛(Ti)被称为铁、铝之后的第三金属，以下是由TiO 2制取Ti 的主要反应：①TiO 2＋2Cl 2＋2C=====高温TiCl 4＋2CO ②TiCl 4＋2Mg=====高温2MgCl 2＋Ti下列说法正确的是导学号 7391858( D ) A ．反应①是置换反应 B ．反应②是复分解反应 C ．反应①中TiO 2被氧化D ．反应②中金属镁被氧化5．(2017·三明高一检测)海水提溴过程中，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂SO 2发生作用以达到富集的目的，化学反应为Br 2＋SO 2＋2H 2O===2HBr ＋H 2SO 4，下列说法正确的是导学号 7391858( A )A ．Br 2发生了还原反应B ．SO 2在反应中被还原C ．Br 2在反应中失去电子D ．该反应既是化合反应，又是氧化还原反应6．下列反应中，HCl 被还原的是导学号 7391858( B ) A ．HCl ＋AgNO 3===HNO 3＋AgCl ↓ B ．Mg ＋2HCl===MgCl 2＋H 2↑C ．MnO 2＋4HCl===MnCl 2＋Cl 2↑＋2H 2OD ．Au ＋HNO 3＋4HCl===HAuCl 4＋NO ↑＋2H 2O7．(2017·淄博高一检测)下列反应不属于四种基本反应类型，但属于氧化还原反应的是导学号 7391858( C )A ．Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋CuB ．AgNO 3＋NaCl===AgCl ↓＋NaNO 3C ．MnO 2＋4HCl(浓)=====△MnCl 2＋Cl 2↑＋2H 2O D ．2KMnO 4=====△K 2MnO 4＋MnO 2＋O 2↑解析：A 项，属于置换反应；B 项，属于复分解反应；C 项，不属于四种基本反应类型，氯元素和锰元素的化合价分别升高和降低，属于氧化还原反应；D 项，属于分解反应。

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钛的化学性质与单质的反应
在较高温度下，钛可与许多元素和化合物发生反应。

各种元素按其与钛发生不同反应可分为四类(图1-7)：
第一类，卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；
第二类，过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化合物和有限固溶体；
第三类，锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；
第四类，惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外)、锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应;
钛棒、钛板、钛丝、钛管、钛盘管。