Окислительно-восстановительные процессы.

Титан является характерным металлом, поэтому ему свойственны восстановительные свойства. Но характер оксида титана амфотерен. Однако восстановительные свойства выражены немного ярче. Кислотные свойства лучше проявляются в кислотной среде. Основные – в щелочной.

1. Ti + NaBiO₃ + H₂O = TiO(OH)_2(тв) + Bi(OH)_3(тв) + …

Составим ионно-электронный баланс:

| Ti⁰ – 4e + 3H₂O = Ti⁺⁴O(OH)₂ + 4H⁺ |*1

4|

| (Bi⁺⁵O₃)^- + 2e + 3H₂O = Bi⁺³(OH)₃ + 3(OH)^- |*2

Суммарное уравнение:

Ti⁰ + 3H₂O + 2(BiO₃)^- + 6H₂O = TiO(OH)₂ + 4H⁺ + 2Bi(OH)₃ + 6(OH)^-

Ti⁰ + 2(BiO₃)^- + 9H₂O = TiO(OH)₂ + 4H₂O + 2Bi(OH)₃ + 2(OH)^-

Ti⁰ + 2(BiO₃)^- + 5H₂O = TiO(OH)₂ + 2Bi(OH)₃ + 2(OH)^-

Итоговое уравнение реакции:

Ti⁰ + 2NaBiO₃ + 5H₂O = TiO(OH)₂ + 2Bi(OH)₃ + 2NaOH

2. Ti₂O₃ + H₂O₂ + KOH = …(TiO₄)^4- + …

Составим ионно-электронный баланс:

| Ti₂⁺³O₃ – 2e + 10(OH)^- = 2(Ti⁺⁴O₄)^4- + 5H₂O

1|

| H₂O₂^-1 + 2e = 2(O^2-H)^-

Суммарное уравнение:

Ti₂O₃ + 10(OH)^- + H₂O₂ = 2(TiO₄)^4- + 5H₂O + 2(OH)^-

Ti₂O₃ + 8(OH)^- + H₂O₂ = 2(TiO₄)^4- + 5H₂O

Итоговое уравнение реакции:

Ti₂O₃ + H₂O₂ + 8KOH = 2K₂TiO₄ + 5H₂O

3. Ti(OH)₃ + K₂MoO₄ + H₂SO₄ = (TiO)²⁺… + (MoO)²⁺… + …

Составим ионно-электронный баланс:

| Ti⁺³ (OH)₃ – e + 4H⁺ = (Ti⁺⁴O)²⁺ + 2H₂O |*2

2|

| (Mo⁺⁶O₄)^2- + 2e + 6H⁺ = (Mo⁺⁴O)²⁺ + 3H₂O |*1

Суммарное уравнение:

2Ti(OH)₃ + 8H⁺ + (MoO₄)^2- + 6H⁺ = 2(TiO)²⁺ + 4H₂O + (MoO)²⁺ + 3H₂O

2Ti(OH)₃ + (MoO₄)^2- + 14H⁺ = 2(TiO)²⁺ + (MoO)²⁺ + 7H₂O

Итоговое уравнение реакции:

2Ti(OH)₃ + K₂MoO₄ + 4H₂SO₄ = 2(TiO)SO₄ + (MoO)SO₄ + K₂SO₄ + 7H₂O

Электрохимические свойства титана.

Отношение титана к кислороду сухого воздуха:

Ti + O₂ = TiO₂

Составим ионно-электронный баланс:

Ti⁰ – 4e = Ti⁺⁴

O₂⁰ + 4e = 2O^-2

ΔG_окс= -889 Кдж/моль

Так как содержание в воздухе кислорода 21%, то при нормальных условиях РО₂= 0,21 Атм.

(РО₂)^z/2= (РО₂)²= 0,21²= 0,0441 < 0,21 значит реакция будет протекать самопроизвольно в прямом направлении. Оценка сплошностиTiO₂– 1,76 следовательно реакция будет протекать до образования защитной оксидной пленки.

Отношение к воде с аэрацией:

Ti + 2H₂O + O₂ = Ti(OH)₄

Составим ионно-электронный баланс:

Ti⁰ – 4e + 4H₂O = Ti⁺⁴(OH)₄ + 4H⁺

O₂⁰ + 4e + 2H₂O = 4(OH)^-

E = φ_O2/OH – φ_Ti(OH)4/Ti = 1,23-(-0,88) = 2,11

Так как Е>0 то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении и протекает до образования защитной гидроксидной пленки. Титан способен взаимодействовать с водой, но гидроксидная пленка сплошная и малорастворимая, она предохраняет компактный титан от взаимодействия с водой вплоть то критической температуры окисления.

Отношение к воде без аэрации:

Ti+ 4H₂O=Ti(OH)₄+ 2H₂

Составим ионно-электронный баланс:

2H₂O + 2e = H₂ + 2(OH)^-

Ti⁰ – 4e + 4H₂O = Ti⁺⁴(OH)₄ + 4H⁺

E = φ_H2O/H2 – φ_Ti(OH)4/Ti = -0.41-(-0.88) = 0.47

Так как Е>0 то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении и протекает до образования защитной гидроксидной пленки, однако не так интенсивно как при аэрации(так как кислород более сильный окислитель чем вода). Титан способен взаимодействовать с водой, но гидроксидная пленка сплошная и малорастворимая, она предохраняет компактный титан от взаимодействия с водой вплоть то критической температуры окисления.

Отношение к неокислительным кислотам:

Ti + 4HCl = TiCl₄ + 2H₂ (pH = 1)

E = φ_H+/H2 – φ_Ti4+/Ti = -0.059-(-0.88)=0.82

Так как Е>0 то реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении и протекает до образования защитной пленки, состоящей из соли. Соль TiCl₄малорастворима и оценка сплошности имеет высокое значение, следовательно компактный титан не будет взаимодействовать с соляной кислотой ввиду того, что на поверхности образуется сплошная пленка из малорастворимой соли, которая предохраняет титан от кислоты.

Отношение к окислительным кислотам:

Ti+ 8HNO₃(к) = 4NO₂+Ti(NO₃)₄+ 4H₂O(при повыш. темп.)

Составим ионно-электронный баланс:

(NO₃)^- + e + 2H⁺ = NO₂ + H₂O |*4

Ti⁰ – 4e + 4(NO₃)^- = Ti⁺⁴(NO₃)₄ |*1

Ti+ 8HNO₃(к) =NO₂+TiO₂+H₂O(на холоду)

Составим ионно-электронный баланс:

(NO₃)^- + e + 2H⁺ = NO₂ + H₂O |*4

Ti⁰ – 4e + 2H₂O = TiO₂ + 4H⁺|*1

E = φ_NO3/NO2 – φ_Ti4+/Ti = 0.8-(-0.88) = 1.68

Реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении, но плотные и сплошные оксидная или солевая пленка предохраняет компактный титан от взаимодействия с кислотой.

Отношение к растворам щелочей:

Ti + H₂O + 2NaOH = 2H₂ + Na₂TiO₃ (pH=14)

E = φ_H2O/H2 – φ_Ti4+/Ti = -0.059*14-(-0.88) = 0.05

Реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении, но малоинтенсивно.

Отношение к расплавам щелощей:

Ti + O₂ + 2NaOH(рас-в) = Na₂TiO₃ + H₂O

15