钛、锆、铪同属周期系ⅣB族。它们的价电子层结构为（n－1）d2ns2。由于在d轨道全空（即d0）的情况下，原子的结构是比较稳定的，因此，钛、锆和铪都以失去四个电子为特征。这些元素除主要有氧化态为＋Ⅳ的化合物外，钛还有氧化态为＋Ⅲ的化合物，但是生成＋Ⅱ的化合物就很少见。锆和铪生成低氧化态化合物的趋势更小，这一点和锗分族相反。由于钛族元素的原子失去四个电子需要较高的能量，所以它们的M（Ⅳ）化合物主要以共价键结合。在水溶液中主要以MO2+形式存在，并且容易水解。钛分族元素的一些性质列于表21－13中。

表21－13  钛分族的基本性质

       钛的标准电势图为：

       这些金属的外观似钢，纯金属具有良好的可塑性，但当有杂质存在时变得脆而硬。钛的机械强度与钢相近，但密度比钢小。在通常温度下，这些金属具有很好的抗腐蚀性，因为它们的表面容易形成致密的氧化物薄膜。但在加热时，它们能与O2、N2、H2、S和卤素等非金属作用。在室温时，它们与水、稀盐酸、稀硫酸和硝酸都不作用，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。钛能溶于热浓盐酸中，得到TiCl3。

2Ti＋6HCl＝2TiCl3＋3H2↑

金属钛更易溶于HF＋HCl（H2SO4）中，这时除浓酸与金属反应外，还利用F-与Ti4+的配位反应，促进钛的溶解：

Ti＋6HF＝TiF62-＋2H+＋2H2↑

       钾和铵的氟锆酸盐和氟铪酸盐在溶解度上有显著的差别，因此，可利用此差异性将锆铪分离。

       钛由于具有比重小，强度高，耐高温、抗腐蚀性强等优点，在现代科学技术上有着广泛的用途。常被称为第三金属。如用以制飞机的发动机、坦克、军舰等。在化学工业上，可代替不锈钢；钛还能以钛铁的形式，在炼钢工业中用作脱氧、除氮、去硫剂，以改善钢的性能。钛在医学上有着独特的用途，可用它代替损坏的骨头，而被称为“亲生物金属”。锆则主要用于原子能反应堆技术中，如锆用于制造铀棒的套管，这是因为锆的热中子捕获截面小，不会“吃掉”原子能反应堆借以引起核反应的中子。此外，含有少量锆的钢有很高的强度和耐冲击的韧性，可用于制造炮筒、坦克、军舰。铪用作灯丝、X射线管的阴极等。

       工业上常用硫酸分解钛铁矿FeTiO3的方法来制取TiO2，再由TiO2制金属钛。首先是用浓硫酸处理磨碎的钛铁矿精砂，此时钛和铁都变成硫酸盐。

FeTiO3+3H2SO4=Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O

FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O

同时，钛铁矿中铁的氧化物与硫酸发生反应。

FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

Fe2O3 +3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

       可加入铁屑，使溶液中Fe3+离子还原为Fe2+，然后将溶液冷却至273K以下，使FeSO4·7H2O结晶析出。这样既除去钛液中的杂质，又获得副产品绿钒FeSO4·7H2O。

       Ti（SO4）2和TiOSO4（硫酸氧钛或硫酸钛酰）容易水解而析出白色的偏钛酸沉淀。

Ti（SO4）2+H2O=TiOSO4+H2SO4

TiOSO4+2H2O=H2TiO3↓+H2SO4

煅烧所得的偏钛酸，即可制得TiO2。

H2TiO3=（加热）TiO2+H2O

       工业上一般采用TiCl4的金属热还原法制金属钛。将TiO2（或天然的金红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4蒸气冷凝。

TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO↑

在1070K用熔融的镁在氩气氛中还原TiCl4蒸气可得海绵钛。

TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti