文档内容
微专题17 金属及其化合物制备流程（Ti）
钛：元素符号Ti，原子序数22，原子量47.90，外围电子排布3d24s2，位于第四周期ⅣB
族，主要化合价+2、+3、+4。
一、物理性质：
银白色有光泽金属，有良好的延展性，密度4.54克/厘米3，熔点1660±10℃，沸点
3287℃。
二、化学性质：
表面易形成致密氧化物保护层，使化学性质变得不活动。加热时，在空气中燃烧生成
TiO2。室温时不与水、稀盐酸、稀硫酸和硝酸反应。但能被氢氟酸，熔融碱侵蚀。也能
跟热浓盐酸和王水反应。有良好的抗腐蚀性能。
三、用途：
钛和钛的合金广泛用于制造飞机、火箭、卫星、宇宙飞船、舰艇、汽轮机、化工设备、
电讯器材、人造骨骼等。1791年英国人格列高尔发现钛。在地壳中丰度0.42％，主要矿
物有金红石TiO，钛铁矿FeTiO 等。用镁、钠还原四氯化钛制得。
3
*最后附钛的化合物
四、工业制备：
1．海绵钛冶炼工艺
用镁还原四氯化钛（TiCl ）制取金属钛的过程，是金属钛生产的主要方法之一。还原作
4
业在高温、惰性气体保护气氛中进行，还原产物主要采用真空蒸馏法分离出剩余的金属
镁和MgCl ，获得海绵状金属钛。其工艺特征是在镁热还原TiCl 结束后，便将热态还原
2 4
产物在高温下直接转入真空蒸馏分离金属镁和MgCl ，这是镁热还原法工业化以来的重大
2
技术进步。工艺流程如下：2．钠（Na）还原法
又称亨特（ Hunter ）法 ，是最早研究用来制取金属钛的方法，其流程图如下所示：钠还原法的四氯化钛（TiCl ）生产过程与镁热还原法完全相同。在惰性气氛保护下，用
4
Na还原TiCl 生产海绵钛，它的主要反应为：
4
TiCl ＋ 2Na ＝ TiCl ＋ 2NaCl （1）
4 2
TiCl ＋ 2Na ＝ Ti ＋ 2NaCl （2）
2
TiCl ＋ 4Na ＝ Ti ＋ 4NaCl （3）
4
将制得的还原产物，用水洗除盐操作，最后进行产品后处理即得产品海绵钛。
按照还原过程进行的方式，钠法工艺可分为一段法和两段法。反应过程如果按照式（3）
一次完成还原反应制取海绵钛的工艺称为一段法。反应过程如果第一步按式（1）制取
TiCl ，然后第二步按式（2）继续将TiCl 还原为海绵钛的工艺称为二段式。目前，两种
2 2
方法在工业生产中均得到应用。【专题精练】
1．(2016届甘肃省武威高三一轮复习)某化工厂将钛、氯碱工业和甲醇制备联合生产，大
大提高原料利用率，并减少环境污染。流程如下：
回答下列问题：
（1）写出以石墨为电极电解饱和食盐水的化学方程式___________________。
（2）写出钛铁矿在高温下与焦炭经氯化得四氯化钛的化学方程式__________________，
生成1mol四氯化钛时转移电子的物质的量为________mol。
（3）利用四氯化钛制备TiO.xH O时，需加入大量的水并加热的目的是____________。
2 2
（4）钛广泛用于航天领域。氩气在冶炼钛的流程中的作用是______________________。
（5）利用CO和H 制备甲醇。
2
①已知H(g)、CO(g)和CHOH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol
2 3
和-726.5kJ/mol。写出CO和H 制备甲醇的热化学方程式___________________________。
2
②假设联合生产中各原料利用率为100%，若得到6mol甲醇，则只需再补充标准状况下
的H________L。
2
2．(2019年秋高三化学复习)钛广泛应用于航天、军事、化工、医疗等领域。钛在高温下
易和氧、氮、碳等元素化合，提炼纯钛条件苛刻。从高钛渣 主要为 提炼海绵钛流
程如下：氯化后的粗 中含有 、 、 、 等杂质，相关物质的沸点如下
表：
化合物
沸点 136 310 180 138
回答下列问题：
(1)高钛渣经过破碎、磁选、磨粉后送氯化车间，磨粉的目的是________。
(2) “分馏”得到的低沸点物是________。分馏难以除去 ，原因是________。加入
铝粉使 转化为 便于除去，写出铝粉与 反应的化学方程式：
________。
(3) “除铝”的方法是用水湿润的活性炭加入到粗 ，使 转化为________而除去。
(4) “还原”需要在Ar的气氛中进行，原因是________。副产物经电解生成________可循
环使用。
(5)制备钛的一种新型方法是：将 粉末浇注成形，烧结后作阴极，以石墨为阳极，
为熔盐进行电解 熔盐不参与电极反应，起溶解和传导 的作用 。
阳极生成的气体除 外，还有________ 填化学式 。
阴极的电极反应式为________。3．(2020届高三化学二轮大题必练)二氧化钛是制取航天航空工业钛合金的重要原料．用
钛铁矿 主要成分是钛酸亚铁 ，含少量 、MgO、 等杂质 作原料生
产金属钛和绿矾 等产品的一种工艺流程如下：已知：Ti有两种价态，在
水溶液中主要以 无色 、 紫色 形式存在．
请回答下列问题：
(1)硫酸与 反应生成 的化学方程式是______．
(2)滤液1中加入适量铁粉，至刚好出现紫色为止，此时溶液仍呈强酸性．
已知：氧化性： 则加入铁粉的作用是______．
(3)滤液2中加入适量的试剂A，可选用______ 填编号 ．
稀 通入 鼓入空气
(4)已知 ，101kPa时，由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：
，
，反应 ______．
(5)用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融 作电解质，利用如图所示装置获得金属
钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛．写出阴极区反应的电极总反应式是
______．
(6)假如 中的铁元素占矿物中铁元素总量的 ；某次生产中，向滤液1中加入纯
铁粉为b kg，得到绿矾晶体的质量为cKg，整个过程中铁元素的总利用率为 ，Ti元
素的转化率为 ，其他损失忽略不计．按上述流程，得到 ______ 用数字和字
母表示 已知：
4．(2018届绵阳高三一诊)钛及其合金具有密度小，强度高，耐腐蚀等优良性能，被广泛
用于航天、航空、航海、石油化工、医药等部门，因此，钛被誉为第三金属和战略金属。
从钛铁矿提取金属钛(海绵钛)的主要工艺过程如下：(1)钛铁矿的主要成分是FeTiO，第一步发生的反应：FeTiO+C TiO+Fe+CO↑，在
3 3 2
FeTiO(钛酸亚铁)中，钛的化合价为________。
3
(2)第二步：二氧化钛在高温下与焦炭、氯气反应生成四氯化钛和一氧化碳，写出化学方
程式：___________，还原产物是____________。
(3)用镁在高温下还原四氯化钛，该反应的环境要求是__________；写出化学方程式：
___________。
(4)菱镁矿(主要成分是碳酸镁)煅烧后与焦炭混合在氯化器中高温下通入氯气生成氯化镁，
电解熔融氯化镁得到镁。
①写出菱镁矿煅烧及氯化制取氯化镁的化学方程式：______________；
②写出电解熔融氯化镁的电解方程式：____________________。
【二氧化钛】俗称钛白或钛白粉。化学式TiO2。式量79.90。白色无定形粉末，加热时变
黄色，受高温变棕色，冷时再呈白色。不溶于水。化学性质相当稳定，不溶于盐酸、硝
酸和稀硫酸。溶于热浓硫酸、氢氟酸。是弱的两性氧化物，与硫酸氢钾熔融生成硫酸钛；
与氢氧化钠熔融生成钛酸钠。用作重要的白色颜料和瓷器釉药，还用于制金属钛、钛铁
合金、硬质合金。橡胶、造纸用作填料。电机工业用于制绝缘体、电瓷等。工业上用硫
酸分解钛铁矿，除铁后再经水解制得。
【钛白】见二氧化钛条。
【四氯化钛】化学式TiCl4，式量189.91。无色或淡黄色液体，易挥发，密度1.726克/厘
米3，熔点-25℃，沸点136.4℃。容易水解，在潮湿空气中发烟
TiCl4+3H2O=H2TiO3+4HCl↑是制备金属钛的中间产物，在797℃时用熔融镁跟四氯化钛蒸气反应可得海绵状钛。还可
用作天然纤维和合成纤维的防水剂。将二氧化钛和碳粉混合加热至800℃左右，用氯处理，
可制得：
TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO2↑
