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3-6 钛
1．钛单质
钛(Ti)是质地轻的银白色金属，在室温下，Ti 表面有一层致密的保护层，耐腐蚀 ，所以钛可用于航
海和航空制造业。
钛与热的盐酸反应：
2Ti+6 H
++12 H 2O =2[Ti(H 2O)6]
3++3 H 2
由于钛在高温时化学性质很活泼，所以制备纯钛很困难：
2．钛的化合物
（1）TiO2(钛白)
TiO2用作高级颜料和皮革、塑料的添加剂，难溶于水和稀酸，但可溶于浓 H2SO4：
TiO2+ H 2SO4(浓)=TiOSO4+ H 2O
新制钛酸盐 →
❑
TiO2·n H 2O
TiO2可由 TiCl4在干燥的O2中高温制得：
TiC l4+O2TiO2+2C l2
（2）TiCl4
TiCl4的制备:
TiO2+2C l2+2C TiC l4↑+2CO↑
或
TiO2+CC l4TiC l4↑+C O2↑
TiC l4+2 H 2O =TiO2+ 4 HCl(用于气相反应跟踪)
TiCl4溶于浓盐酸:
TiC l4+2 HCl =TiC l6
2-+2 H
+
TiCl4与还原剂反应：
2TiC l4+ H 2=2TiC l3+2 HCl
2TiC l4+ Zn=2TiC l3+ ZnC l2
Ti(Ⅳ)含量的测定:
3T i
4++ Al =3T i
3++ A l
3+
(用Al 还原Ti4+)
以KSCN 为指示剂，用Fe3+标准溶液滴定 T i
3+,来测定 Ti(IV)的含量:
T i
3++ F e
3+=Ti (IN)+ F e
2+
（3）Ti(Ⅳ)的配位化合物
Ti(IV)在水中以 [Ti(OH )2(H 2O)4]
2+形式存在，简写为 TiO
2+；在 TiOSO4⋅H 2O晶体中不存在简
单的TiO²⁺，而是以 — Ti—O — Ti——长链存在，可以用 ((TiO)n
2n+表示。
（4）TiCl3
TiCl3易被O2(或空气)氧化:
4TiC l3+O2+2 H 2O = 4TiOC l2+ 4 HCl
TiCl3加热易发生歧化反应：
2TiC l3TiC l2+TiC l4↑
水溶液中 Ti(Ⅲ)以[Ti(H2O)6]Cl3(紫色)形式存在，若在TiCl3中加入无水乙醚，并通入 HCl 至饱和，
则在乙醚层中会得到 [Ti(H 2O)5Cl]C l2⋅H 2O(绿色)。
【典例1】
【审题要点】
1．（25-26 高三上·辽宁沈阳·期中）铝土矿生产氧化铝的过程
中产生的废渣(赤泥)中含有
和少量
。可以通过下列流程将各金属元素回收利用。
已知：①萃取剂HA 是一种有机弱酸，酸性大小顺序为
，易溶于有机溶剂。
②A 可以与钛、铁和Sc 等离子络合，形成易溶于有机溶剂的
配合物，溶液C 中钛以
存在，煤油相中钛以
存在。
原料与目标：赤泥是铝土矿生产氧化铝
的废渣，主要含 TiO₂、Fe₂O₃、Sc₂O₃ 和
少量 Al₂O₃。目标是回收钛、铁、钪等
金属元素。
流程图结构：
加入焦炭和碳酸钠煅烧 → 冷却、
淋洗 → 残渣A（Fe、TiO₂）和滤
液Ⅰ（含 Al 元素）。
残渣A 磁选分离 Fe 和 TiO₂（残
渣B 为 TiO₂ 及少量 Fe）。
残渣B 加硫酸得溶液C （含
TiO²⁺、Fe³⁺ 等）。
通 SO₂ 还原 Fe³⁺ → 加入萃取剂
（1）滤液Ⅰ中Al 元素的存在形式为___________(用离子符号
表示)。
（2）HA 对钛和铁的萃取率(进入有机相的离子占投料离子的
质量分数)随pH 变化如图所示。
①结合图中信息，写出通入
发生的离子方程式：
___________。
②
时，钛的提取率明显降低，请结合萃取反应平衡解释
原因___________。
（3）写出煤油相中的
与足量
转化成水相中
沉淀的化学方程式：___________。
（4）最终获得的
沉淀经提纯后可以用于制备
，
其常用方法为先溶于盐酸，然后再加入草酸发生反应生成
沉淀，最后再将
固体置于空气中
灼烧得
，则该过程的氧化剂和还原剂的物质的量之
比为___________。
（5）一种由
组成的晶体晶胞如图1 所示(晶胞底边
边长为
，高为
)。注：图2 显示的是三种原
子在
面、
面上的位置，图3 显示的是
原子在
面上的位置。
①与Sc 距离最近的Sc 原子数为___________。
HA 和煤油萃取 → 分液得水相D
（含 Fe²⁺）和煤油相E（含钛和钪
的配合物）。
煤油相E 加 Na₂CO₃ 溶液反萃 →
得到 TiO(OH)₂ 沉淀和煤油相F（含
Sc）。
煤油相F 加 NaOH 溶液得 Sc(OH)₃
沉淀。
已知信息：
萃取剂 HA 是一种有机弱酸，酸性
强弱：HA(Fe³⁺) > HA(TiO²⁺) >
HA(Sc³⁺)。
A 可与钛、铁、钪形成易溶于有机
溶剂的配合物。
溶液 C 中钛以 TiO²⁺ 存在，煤油
相中钛以 TiOA₂ 形式存在。
图：HA 对钛和铁的萃取率随 pH
变化曲线。
问题类型：
(1) 滤液Ⅰ中 Al 的存在形式（碱性条
件）。
(2) 通 SO₂ 的离子方程式；pH＜1 时钛
提取率降低的原因（结合萃取平衡）。
(3) 煤油相中 TiO·A₂ 与足量 Na₂CO₃ 转
化为 TiO(OH)₂ 的化学方程式。
(4) Sc₂O₃ 的制备过程：Sc(OH)₃ 溶于盐
酸，加草酸得 Sc₂(C₂O₄)₃ ，灼烧得
Sc₂O₃，求氧化剂与还原剂的物质的量之
比。
(5) 晶胞分析：Sc-Sn-V 合金晶胞结构
图，求与 Sc 距离最近的 Sc 原子数及
化学式。
【思路分析】
滤液Ⅰ中 Al 的存在形式：煅烧时加入
Na₂CO₃，Al₂O₃ 与 Na₂CO₃ 反应生成
NaAlO₂，淋洗后 Al 以 AlO₂⁻ 形式进入
滤液。注意碱性条件下 Al 以四羟基合
②该合金的化学式为___________。
铝酸盐形式存在，但一般简写为
AlO₂⁻。
通 SO₂ 的离子方程式：SO₂ 还原 Fe³⁺
为 Fe²⁺，自身被氧化为 SO₄²⁻，在酸性
溶液中发生反应：2Fe³⁺ + SO₂ + 2H₂O =
2Fe²⁺ + SO₄²⁻ + 4H⁺。注意配平。
pH＜1 时钛提取率降低的原因：萃取平
衡为 Mⁿ⁺ + nHA(有机相) ⇌ MAₙ(有机
相) + nH⁺。pH 很小即 H⁺ 浓度大，平衡
逆向移动，不利于钛进入有机相，因此
提取率降低。这是典型的萃取平衡移动
原理。
TiO·A₂ 与 Na₂CO₃ 反应的化学方程
式：TiO·A₂ 中 A 代表萃取剂阴离子，
与 Na₂CO₃ 反应生成 TiO(OH)₂ 沉淀和
NaA，同时放出 CO₂。根据原子守恒和
电荷守恒，可写出：TiO·A₂ + Na₂CO₃ +
H₂O = TiO(OH)₂↓ + 2NaA + CO₂↑。注意
TiO·A₂ 中钛为 +4 价，TiO(OH)₂ 是钛
酸。
Sc₂O₃ 制备中氧化剂与还原剂的物质的
量之比：Sc₂(C₂O₄)₃ 在空气中灼烧，草
酸根被氧化为 CO₂，Sc 不变价，反应为
2Sc₂(C₂O₄)₃ + 3O₂ = 2Sc₂O₃ + 12CO₂。其
中 O₂ 是氧化剂，C₂O₄²⁻ 中碳为 +3 价
被氧化为 +4 价，每个 C₂O₄²⁻ 失去 2
个电子，每个 O₂ 得 4 个电子。由方程
式计量数可知氧化剂 (O₂) 与还原剂
(Sc₂(C₂O₄)₃) 的物质的量之比为 3:2？但
题中“氧化剂和还原剂的物质的量之
比”是指参加反应的氧化剂与还原剂的
物质的量比，即 3:2。但注意 Sc₂(C₂O₄)₃
中每个分子含 3 个 C₂O₄²⁻，每个 C₂O₄²⁻
可视为还原剂，但通常以整个化合物
计，故比例为 3:2。
晶胞分析：
根据晶胞图（需理解三维结构），
Sc 位于顶点和面心？实际题干图1
显示晶胞底边、高及原子位置，需
结合图2、图3 判断。从答案可
知，Sc 位于顶点，与 Sc 距离最近
的 Sc 原子数为 4。
化学式：用均摊法计算 Sc、Sn、V
原子个数，得化学式 ScSn6V6。但
建模重点是掌握均摊法：顶点
1/8，棱心 1/4，面心 1/2，体心
1。
【典例2】
【审题要点】
原料与成分：钛铁矿主要含 FeO 和
TiO₂，还含有 CaO、MgO、Al₂O₃ 等杂
质。金属钛性质稳定，不溶于稀盐酸、
稀硫酸。
流程图结构：
钛铁矿加稀盐酸“分离” → 得到
物质 A（焰色反应黄色，含 Na）
和残渣（含 TiO₂ 等？）。
物质 A 电解 → 产物 Na 和
Cl₂。
Cl₂ 用于“氧化”步骤（与残渣反
应生成 TiCl₄ 、FeCl₃ 、CaCl₂ 、
MgCl₂、AlCl₃ 等）。
通过“操作 I”分离出 TiCl₄（利用
沸点差异）。
TiCl₄ 与 Na（或 Mg）发生“还
原”反应生成 Ti 和 NaCl。
还原产物加稀盐酸、水“分离”得
Ti。
已知信息：
部分金属氯化物的熔沸点表格
（TiCl₄ 沸点 136.4℃，FeCl₃
315℃，AlCl₃ 181℃，MgCl₂
1412℃，CaCl₂ 1600℃）。
物质 A 焰色黄色 → 含钠，且电解
产物参与后续，推断 A 为 NaCl。
反应 TiO₂ + 2Cl₂ = TiCl₄ + O₂ 极难
进行，需加焦炭。
问题类型：
(1) 基态 Ti 原子未成对电子数。
(2) 粉碎目的（增大接触面积，加快反
应速率）。
(3) ① AlCl₃ 与 MgCl₂ 熔沸点差异的原
因（晶体类型不同）。
② 为减少副反应，“操作 I”应控制的
条件（蒸馏温度）。
(4) 加焦炭使 TiO₂ 氯化反应得以进行的
原因（从化学平衡角度：C 与 O₂ 反
2．（25-26 高三上·黑龙江·期中）工业上常利用钛铁矿(主
要成分为FeO 和TiO2，还含有CaO、MgO、Al2O3等)
制备金属钛，工艺流程如图所示。已知：金属钛性质
稳定，不溶于稀盐酸、稀硫酸。
（1）基态Ti 原子中有___________个未成对电子。
（2）“分离”操作前对“还原”得到的固体进行粉碎，目
的是___________。
（3）已知部分金属及氯化物的熔沸点数据如表所示：
物质
TiCl4
FeCl3
CaCl2
AlCl3
MgCl2
熔点
-25℃
306℃
782℃
194°C
712℃
沸点
136.4℃
315°C
1600°C
181C
1412°C
①AlCl3的熔沸点与MgCl2相差较大的原因是
___________。
②为使“还原”反应中的副反应减少，“操作I”是
___________。
（4）已知：
，该反应极难进行，从化学平衡的角度解释
“氯化”时需向反应体系中加入焦炭的原因是
___________。
（5）已知物质A 的焰色试验为黄色，写出电解物质
时反
应的化学方程式：___________。
（6）钛原子(Ti)在一定条件下和碳原子可形成气态团簇分
子，分子模型如图所示(白球表示钛原子，黑球表示碳
原子)，其化学式为___________。
【思路分析】
Ti 原子未成对电子数：Ti 原子序数
22，电子排布 [Ar]3d²4s²，3d 轨道有两
个未成对电子。
粉碎目的：增大固体与盐酸的接触面
积，加快反应速率，提高浸出率。
熔沸点差异：AlCl₃ 是分子晶体，熔沸点
低；MgCl₂ 是离子晶体，熔沸点高。解
释时需点明晶体类型不同，破坏的作用
力不同。
“操作 I”的条件：根据表格，TiCl₄ 沸点
136.4℃，而其他氯化物沸点均较高（除
AlCl₃ 沸点 181℃，但可通过控制温度使
TiCl₄ 先蒸出）。因此应在 136.4℃左右
蒸馏，收集馏分。
加焦炭使氯化反应得以进行的原因：
TiO₂ + 2Cl₂ ⇌ TiCl₄ + O₂ 是吸热反应？实
际上该反应 ΔG > 0，很难进行。加入焦
炭后，C 与 O₂ 反应生成 CO 或 CO₂，
消耗 O₂，降低 O₂ 浓度，使平衡正向移
动；同时 C 与 O₂ 反应放热，提高温
度，也有利于正向进行。这是典型的
“用碳氯化”原理。
电解 NaCl 的化学方程式：2NaCl(熔融)
=电解= 2Na + Cl₂↑。
气态团簇分子化学式：直接数出分子中
的 Ti 和 C 原子个数。根据模型图（白
球 Ti，黑球 C），Ti 有 14 个，C 有 13
个，故化学式为 Ti₁₄C₁₃。注意团簇分子
是独立单元，不是晶胞，无需均摊。
1．（25-26 高三上·湖南长沙·阶段练习）钡的化合物在生产、生活中有广泛的应用。以含钛废渣(主要含
，含少量
、
、
)为原料生产
的工艺流程如图。
常温下，相关离子浓度
时，形成氢氧化物沉淀的
如表所示。
相关离子
开始沉淀的
0.5
6.3
1.5
完全沉淀的
2.5
8.3
2.8
回答下列问题：
（1）
中钛的化合价为_____价。
（2）检验“滤液1”中是否含有
的试剂为_____(填标号)。
A．
溶液
B．酸性
溶液
C．
溶液
D．
溶液、酸化的
溶液
（3）“还原”时的离子方程式为_____。
（4）将气体
依次通入甲(无水
)、乙(澄清石灰水)、丙(浓硫酸)、丁(赤热
)中，观察到乙中
变浑浊，丁中黑色粉末变为红色粉末，甲中现象是_____，“焙烧”时总反应的化学方程式为
_____。
（5）工业上曾将
和
在
下反应
制备
，该工艺的缺点是_____。
（6）某钡的超导材料的晶体结构属四方晶系，其晶胞结构如图所示。已知
为阿伏加德罗常数。
①汞和锌位于同族，则Hg 位于元素周期表_____区。
②该晶体的密度为_____
。
2．（2025·新疆喀什·三模）从含有
，等的废催化剂中提取金属钛和五氧化二钒的工
艺流程如下图所示：
已知：钛酸钠
难溶于水；+5 价V 在酸性溶液中以
形式存在。
（1）基态V 原子的价层电子排布图为________；
的空间结构名称是________。
（2）由
制取Ti 时，通入Ar 的作用是________。
（3）“高温碱浸”时生成钛酸钠的离子方程式为________。
（4）图中由
制取
的化学方程式为________。
（5）“沉钒”时，溶液的pH 控制在8 左右，沉钒率高，pH 低于7.5 或高于8 时沉钒率均低，其原因是
________。
（6）“沉钒”后要进行过滤、洗涤，判断
已洗净的实验操作和现象是________。
（7）晶体GaN 的晶胞如图所示，所含化学键为________（填“离子键”、“共价键”、“金属键”或
“配位键”），若晶胞边长为apm，则GaN 晶体的密度为________
。
