鈦的化學(xué)性質(zhì)
鈦的化學(xué)性質(zhì)
鈦在較高的溫度下，可與許多元素和化合物發(fā)生反應(yīng)。各種元素，按其與鈦發(fā)生不同反應(yīng)可分為四類：
第一類：鹵素和氧族元素與鈦生成共價鍵與離子鍵化合物；
第二類：過渡元素、氫、鈹、硼族、碳族和氮族元素與鈦生成金屬間化物和有限固溶體；
第三類：鋯、鉿、釩族、鉻族、鈧元素與鈦生成無限固溶體；
第四類：惰性氣體、堿金屬、堿土金屬、稀土元素（除鈧外），錒、釷等不與鈦發(fā)生反應(yīng)或基本上不發(fā)生反應(yīng)。
與化合物的反應(yīng)：
◇ HF和氟化物
氟化氫氣體在加熱時與鈦發(fā)生反應(yīng)生成TiF4， 反應(yīng)式為（1）；不含水的氟化氫液體可在鈦表面上生成一層致密的四氟化鈦膜，可防止HF浸入鈦的內(nèi)部。氫氟酸是鈦的最強熔劑。即使是濃度為1%的氫氟酸，也能與鈦發(fā)生激烈反應(yīng)，見式（2）；無水的氟化物及其水溶液在低溫下不與鈦發(fā)生反應(yīng)，僅在高溫下熔融的氟化物與鈦發(fā)生顯著反應(yīng)。
Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡 （1）
2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2 （2）
◇ HCl和氯化物
氯化氫氣體能腐蝕金屬鈦，干燥的氯化氫在>300℃時與鈦反應(yīng)生成TiCl4，見 式(3);濃度<5%的鹽酸 在室溫下不與鈦反應(yīng)，20%的鹽酸在常溫下與鈦發(fā)生瓜在生成紫色的TiCl3，見式(4);當(dāng)溫度長高時，即使稀鹽酸也會腐蝕鈦。各種無水的氯化物，如鎂、錳、鐵、鎳、銅、鋅、汞、錫、鈣、鈉、鋇和NH4離子及其水溶液，都不與鈦發(fā)生反應(yīng)，鈦在這些氯化物中具有很好的穩(wěn)定性。
Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡 (3)
2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4)
◇ 硫酸和硫化氫
鈦與<5%的稀硫酸反應(yīng)后在鈦表面上生成保護性氧化膜，可保護鈦不被稀酸 繼續(xù)腐蝕。但>5%的硫酸與鈦有明顯的反應(yīng)，在常溫下，約40%的硫酸對鈦的腐蝕速度最快，當(dāng)濃度大于40%，達到60%時腐蝕速度反而變慢，80%又達到最快。加熱的稀酸或50%的濃硫酸可與鈦反應(yīng)生成硫酸鈦，見式（5）,（6），加熱的濃硫酸可被鈦還原，生成SO2，見式（7）。常溫下鈦與硫化氫反應(yīng)，在其表面生成一層保護膜，可阻止硫化氫與鈦的進一步反應(yīng)。但在高溫下，硫化氫與鈦反應(yīng)析出氫，見式（8），粉末鈦在600℃開始與硫化氫反應(yīng)生成鈦的硫化物，在900℃時反應(yīng)產(chǎn)物主要為TiS，1200℃時為Ti2S3。
Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5)
2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)
2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡 (7)
Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡 (8)
◇ 硝酸和王水
致密的表面光滑的鈦對硝酸具有很好的穩(wěn)定性，這是由于硝酸能快速在鈦表面生成一層牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特別是海綿鈦或粉末鈦，可與次、熱稀硝酸發(fā)生反應(yīng)，見式（9）、（10），高于70℃的濃硝酸也可與鈦發(fā)生反應(yīng)，見式（11）；常溫下，鈦不與王水反應(yīng)。溫度高時，鈦可與王水反應(yīng)生成TiCl2。
3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9)
3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10)
Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11)
綜上所述，鈦的性質(zhì)與溫度及其存在形態(tài)、純度有著極其密切的關(guān)系。致密的金屬鈦在自然界中是相當(dāng)穩(wěn)定的，但是，粉末鈦在空氣中可引起自燃。鈦中雜質(zhì)的存在，顯著的影響鈦的物理、化學(xué)性能、機械性能和耐腐蝕性能。特別是一些間隙雜質(zhì)，它們可以使鈦晶格發(fā)生畸變，而影響鈦的的各種性能。常溫下鈦的化學(xué)活性很小，能與氫氟酸等少數(shù)幾種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，但溫度增加時鈦的活性迅速增加，特別是在高溫下鈦可與許多物質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)。鈦的冶煉過程一般都在800℃以上的高溫下進行，因此必須在真空中或在惰性氣氛保護下操作。
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