Применение Ti, Zr, Hf

1. Активные диэлектрики на основе оксидов

TiO₂, ZrO₂, HfO₂ - при изготовлении МДП-структур СВЧ диапазона.

2. Проводники. Ti -пленки - подслой на диэлектрических подложках.

3. Сегнетоэлектрики (BaTiO₃, PbTiO₃)

Керамические сегнетоэлектрики:

BaTiO₃ - BaZrO₃, BaTiO₃ (ZrO₂, Bi₂O₃)

Образцы решения задач

Пример 1. Какими свойствами обладают оксиды титана(IV)? Приведите уравнения реакций.

Решение.

Оксид TiO₂ обладает амфотерными свойствами, растворяется при сплавлении с щелочами и в кислотах,:

TiO₂ + 2KOH = K₂TiO₃ + H₂O

титанат калия

TiO₂ + H₂SO₄ = TiOSO₄ + H₂O

сульфат титанила

Пример 2. Подберите коэффициенты в схемах следующих окислительно-восстановительных реакций методом электронно-ионного баланса:

а) TiOSO₄ + Zn + H₂SO₄ → (Ti³⁺) +...

б)Ti + HF → ([TiF₆]^2–) + ...

Решение.

a) Составим электронно-ионный баланс для схемы

TiOSO₄ + Zn + H₂SO₄ → (Ti³⁺), +...

учитывая, что цинк окисляется до ионаZn²⁺:

2 TiO²⁺ + 2H⁺ +ē =Ti³⁺ + H₂O

1Zn – 2ē = Zn²⁺

2TiO²⁺ + 4H⁺ + Zn = 2Ti³⁺ + Zn²⁺ + 2H₂O

2SO₄^2– 2SO₄^2– =3SO₄^2– SO₄^2–

2TiOSO₄ + Zn + 2H₂SO₄ = Ti₂(SO₄)₃ + ZnSO₄ + 2H₂O

б) Составим электронно-ионный баланс для схемы

Ti + HF → ([TiF₆]^2–) + ...

1Ti + 6F^– – 4ē = [TiF₆]^2–

2 2H⁺ + 2ē = H₂

Ti + 6F^– + 4H⁺ = [TiF₆]^2– + 2H₂

2H⁺ = 2H⁺

Окончательное уравнение реакции:

Ti + 6HF = H₂[TiF₆] + 2H₂

Пример 3. Рассчитайте массу титана, полученного термическим разложением иодида титана (IV) , на образование которого затрачен иод массой 10,16 г.

Решение.

Запишем уравнения реакций:

Ti + 2I₂ = TiI₄ TiI₄ Ti + 4I₂

Выразим массы количеств вещества с учетом коэффициентов в реакциях:

n(I₂) = моль; n(Ti) = ½n(I₂) = 0,02 моль.

Масса титана равна: m(Ti) = 0,02·48 = 0,96 г.

Пример 4. Титан растворяется в плавиковой кислоте с образованием соединения H₂[TiF₆] и водорода. Рассчитайте объем водорода (н. у.), который выделится при растворении технического титана массой 50 г. Массовая доля титана в техническом металле равна 98,4% (остальное – нерастворимые примеси).

Решение.

Запишем уравнение реакции:

Ti + 6HF = H₂[TiF₆] + 2H₂

Масса титана : m_p(Тi) = m(Ti)· ω =50 0,984 = 49,2 г.

Выразим массы количеств вещества с учетом коэффициентов в реакциях:

n(Ti) = моль; n(H₂) = 2n(Ti) = 1,025·2 = 2,05 моль.

Рассчитаем объем водорода:

V(H₂) = n·22,4 = 2,05·22,4 = 45,9 л.

Образец тестового опроса

Ti, Zr, Hf

1. Укажите электронную формулу атома титана

1) 1s².....................4s²4d² 3) 1s²....................4s¹3d³

2) 1s².....................4s²3d² 4) 1s²....................5s²4d²

5) 1s²......................6s²4d²

2. Укажите продукты реакции взаимодействия циркония с газообразным фтороводородом Zr + HF(газ) =

1) ZrF₂ + H₂O 2) ZrF₃ + H₂ 3) ZrF₄ + 2H₂ 4) H₂[ZrF₆] + H₂ 5) H₂[ZrF₄]+H₂

3. Укажите продукты реакции взаимодействия гафния с царской водкой

Hf + HNO₃ + HCl =

1) Hf(NO₃)₃ + Cl₂ + H₂O 2) HfCl₂ + NO + H₂O 3) HfCl₃ + NO + H₂O 4) H₂[HfCl₆] + H₂ 5) HfCl₄ + NO + H₂O

4. Укажите формулу метатитаната алюминия

1)Al₄TiO₄ 2) Al₂(TiO₃)₃ 3) Na₂TiO₃ 4) K₄TiO₄ 5) BaTiO₃

5. Укажите продукты высокотемпературного гидролиза тетрахлорида титана TiCl₄ + H₂O

1)TiOHCl₃ + HCl 2) Ti(OH)₂Cl + HCl 3) TiO₂ + HCl

4) Ti(OH)₃Cl + HCl 5) H₂TiO₄ + HCl