8.3. Подгруппа титана

Общая характеристика элементов подгруппы титана. Получение, свойства и применение титана. Состав, строение, свойства и применение соединений титана. Свойства циркония и гафния и их важнейших соединений в сравнении с титаном и его соединениями.

1211.Чем отличаются атомы и простые вещества элементов подгруппы титана от атомов и простых веществ главной подгруппы IV группы? Напишите электронные формулы этих элементов и укажите важнейшие характеристики их атомов и простых веществ.

1212. В каких минералах содержится титан и как его получают? Чем обусловлены трудности его получения в чистом виде?

1213. Титан получают из тетрахлорида титана, используя в качестве восстановителей магний или гидрид натрия. Напишите уравнения реакций. Вычислите массы TiCl_4, Mg и NaH, необходимые для получения 100 кг титана.

1214. Титан получают магнийтермическим восстановлением TiCl₄. Рассчитайте, при какой температуре возможна эта реакция. Почему в качестве исходного соединения используют не оксид титана, а тетрахлорид титана?

1215. Опишите получение титана высокой чистоты йодидным методом. Какое отношение к этому методу имеют метод летучих соединений и метод транспортных реакций?

1216. Титан взаимодействует с соляной и серной кислотами и со щелочами. Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания и названия продуктов реакций.

1217. Титан взаимодействует с концентрированной азотной кислотой подобно олову, а с растворами щелочей подобно кремнию. Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания и названия продуктов.

1218. Царская водка и концентрированная серная кислота взаимодействуют с титаном, цирконием и гафнием с образованием комплексных кислот с координационным числом 6. Напишите уравнения реакций.

1219. Объясните, почему цирконий и гафний не взаимодействуют с сильной соляной кислотой, но взаимодействуют со слабой фтороводородной кислотой. Напишите уравнения реакций.

1220. Какие продукты образуются при взаимодействии циркония и гафния с царской водкой и со смесью HNO₃ и HF? Какова роль HNO₃, HCl и HF в этих реакциях?

1221. Опишите основно-кислотные свойства, получение и применение оксида титана (IV). Напишите уравнения реакций, укажите условия их протекания:

TiO₂ + КОН = TiO₂ + H₂SO₄ = TiO₂ + CaH₂ =

TiO₂ + ВаСО₃ = TiO₂ + HF = TiO₂ + C + Cl₂ =

1222. Как изменяются основно-кислотные свойства соединений в рядах:

а) TiO₂ – ZrO₂ – HfO₂; б) Ti(OH)₂ – Ti(OH)₃ – Ti(OH)₄;

в) TiO₂×nH₂O – ZrO₂×nH₂O – HfO₂×nH₂O?

Какое из этих соединений называется титановой кислотой? Ответ иллюстрируйте уравнениями реакций.

1223. Как можно получить титановую кислоту из титаната натрия, из тетрахлорида титана? Какими свойствами обладает это соединение? Чем объясняется разница в химических свойствах свежеприготовленной титановой кислоты и после её хранения?

1224. Напишите уравнения реакций получения метатитанатов и ортотитанатов натрия и бария из оксида титана (IV) с использованием щелочей и карбонатов натрия и бария.

1225. Какое строение имеет тетрахлорид титана? К какому классу соединений он относится? Почему это вещество сильно дымит на воздухе? Напишите уравнение реакции получения TiCl₄ из оксида титана (IV).

1226. Как связано изменение гидролизуемости соединений в ряду TiCl₂ – TiCl₃ – TiCl₄ с изменением типа химической связи в них? Какая соль гидролизует полнее: а) TiCl₂ или TiCl₃; б) TiCl₃ или TiCl₄; в) TiCl₄ или ZrCl₄? Напишите уравнения гидролиза всех данных соединений.

1227. При гидролизе тетрахлорида кремния образуются простые оксокислоты, а при гидролизе TiF₄ и ZrCl₄ – комплексные кислоты. Напишите уравнения реакций гидролиза и объясните образование комплексных кислот.

1228. При обычных условиях TiCl₄ и Ti(SO₄)₂ гидролизуются с образованием солей оксотитана (титанила), а при нагревании – гидроксида титанила (метатитановой кислоты). Напишите уравнения реакций. Почему при нагревании гидролиз обоих веществ протекает с большей полнотой?

1229. Напишите структурные формулы TiОCl₂ и TiОSO₄ и по два названия каждого соединения.

1230. Подберите три восстановителя для проведения процесса:

TiO²⁺ + 2H⁺ + e^- = Ti³⁺ + H₂O; j^o = 0,10 В

Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций.

1231. При нагревании хлорида титана (III) протекает реакция:

TiCl₃(к) = TiCl₂(к) + TiCl₄(г)

К какому типу она относится? Выше какой температуры она термодинамически возможна?

1232. Титан (+4) в подкисленном растворе TiCl₄ восстанавливается магнием до титана (+3), который при действии пероксидом водорода снова переходит в титан (+4). Напишите уравнения реакций. Насколько обоснованным является утверждение о том, что в первой реакции восстановителем является водород в момент выделения?

1233. Напишите уравнения реакций иллюстрирующих восстановительные свойства соединений титана (+3) и объясните возможность их протекания при стандартных условиях:

1) TiCl₃ + FeCl₃ = 3) TiCl₃ + K₂Cr₂O₇ + HCl =

2)TiCl₃ + O₂ + H₂O = 4) Ti₂(SO₄)₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ =

1234. При взаимодействии гидроксида титана (III) с нитратом натрия в щелочной среде выделяется аммиак. Напишите уравнение реакции.

1235. Нитриды титана (IV) и циркония (IV), обладающие высокой твёрдостью, образуются при нагревании хлоридов этих металлов в атмосфере аммиака. Напишите уравнения реакций.

1236. Напишите уравнения реакций для осуществления следующей цепочки превращений:

Ti ® TiO₂ ® K₂TiO₃ ® H₂TiO₃ ® TiOSO₄ ® Ti₂(SO₄)₃

1237. Опишите коррозионную стойкость и связанное с этим применение титана. Почему сплавы титана с алюминием и другими металлами используются в самолёто- и ракетостроении? Как используются соединения титана: карбиды, натриды, оксид титана (IV) и титанат бария?

1238. Как получают металлический цирконий из природных соединений? Какими свойствами обладает этот металл и каково его применение? С какой целью цирконий вводится в сплавы на основе магния, алюминия и железа? Где применяются карбид циркония и оксид циркония (IV)?

1239. Как получают металлический гафний и чем обусловлено применение гафния и циркония в атомных реакторах?

1240. Приведите данные, свидетельствующие об исключительной близости химических свойств циркония и гафния и объясните причину. Как решается проблема разделения циркония и гафния?