五氧化二钒
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IUPAC名 Vanadium(V) oxide
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别名
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氧化钒(V)
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识别
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CAS号
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1314-62-1 Y
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PubChem
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14814
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ChemSpider
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14130
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SMILES
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InChI
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- 1/5O.2V/rO5V2/c1-6(2)5-7(3)4
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InChIKey
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GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
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UN编号
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2862
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EINECS
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215-239-8
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ChEBI
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30045
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RTECS
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YW2450000
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KEGG
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C19308
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性质
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化学式
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V2O5
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摩尔质量
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181.88 g·mol⁻¹
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外观
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橙黄色固体
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密度
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3.357 g/cm3 (固)
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熔点
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690 °C (963 K)
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沸点
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1750 °C (2020 K)
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溶解性(水)
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0.07 g/100 mL (20 °C)
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危险性
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欧盟危险性符号
![剧毒](//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Hazard_TT.svg/70px-Hazard_TT.svg.png) 剧毒 T+
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警示术语
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R:R20, R22, R23, R37, R48, R51, R53
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安全术语
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S:S36, S37, S38, S45, S61
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相关物质
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其他阴离子
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三氯氧化钒
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其他阳离子
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五氧化二铌 二氧化钛、三氧化铬
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相关钒化合物
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二氧化钒、五氟化钒
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附加数据页
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结构和属性
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折射率、介電係數等
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热力学数据
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相變数据、固、液、气性质
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光谱数据
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UV-Vis、IR、NMR、MS等
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若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。
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五氧化二钒,IUPAC名称为氧化钒(V),是钒(V)的氧化物,化学式为V2O5。它是一种有毒的橙黄色固体,微溶于水,加热时失去氧而分解。可作化学工业中的催化剂,最重要的是对硫酸工业中二氧化硫转化为三氧化硫一步的催化。
五氧化二钒中的钒(+5)为最高氧化态,具有两性和氧化性。
化学性质
新制五氧化二钒
酸碱反应
五氧化二钒具有两性,可溶于碱生成多聚钒酸盐,[1]也可溶于非还原性酸生成淡黄色含VO2+的溶液:
- V2O5 + 2 HNO3 → 2 VO2(NO3) + H2O
与碱如氢氧化钠反应,碱过量时产物为无色的钒酸钠(Na3VO4),酸度升高时,颜色逐渐由无色变为橙色再到红色。pH处于9-13时的微粒主要是HVO42−、V2O74−,低于9时变为V4O124−、HV10O285−。pH为2时沉淀出棕色的五氧化二钒水合物。
五氧化二钒与亚硫酰氯反应得到三氯氧钒:
- V2O5(s) + 3 SOCl2(l) → 2 VOCl3(l) + 3 SO2(g)
氧化还原反应
五氧化二钒中的正五价钒可被还原,在酸性介质得到VIV,蓝色的VO(H2O)52+钒氧基离子。以盐酸和氢溴酸作还原剂,氧化产物是相应的卤素单质:
- V2O5(s) + 6 HCl + 7 H2O → 2 [VO(H2O)5]2+ + 4 Cl− + Cl2
固态的五氧化二钒可被草酸、一氧化碳或二氧化硫还原为深蓝色的二氧化钒固体,还原剂过量会经由V4O7与V5O9之类的复杂氧化物混合物,最终产物是黑色的三氧化二钒。
溶液中,钒酸盐或VO2+离子被锌汞齐还原,会发生一系列的颜色变化,最终得到VII离子:
- 无色"VO3−" → 黄色"VO2+" → 蓝色"VO2+" → 绿色"V3+" → 紫色"V2+"
制备
首先用碳酸钠处理含钒矿物生成偏钒酸钠,而后用硫酸控制pH为2-3,沉淀,加热至690°C熔化便可得到粗五氧化二钒。
金属钒与过量氧气反应的主要产物是五氧化二钒,但常常含有钒的其他低价氧化物杂质。实验室中,可用偏钒酸铵在200°C时的分解反应制备五氧化二钒:
- 2 NH4VO3 → V2O5(s) + 2 NH3 + H2O
应用
五氧化二钒最重要的应用,是在接触法制硫酸时,作二氧化硫氧化为三氧化硫的催化剂。三氧化硫进一步与硫酸反应可以得到焦硫酸,而一個焦硫酸可加水形成兩個硫酸。
- 2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3
一般催化反应于400-620°C时发生。低于此温度时,五氧化二钒无法发挥出催化活性;高于此温度时,五氧化二钒则分解。反应的催化机理如下,经由低价的二氧化钒中间产物:
- SO2 + V2O5(s) → SO3(g) + 2 VO2(s)
- 2 VO2(s) +1/2 O2(g) → V2O5
生物活性
五氧化二钒对人体的急性毒性非常小,LD50 约为 470 毫克/千克。吸入粉尘的危害更大,14 天暴露的 LD50 范围为 4-11 毫克/千克。[2]钒酸盐 (VO3−
4 )是由 V2O5 在高 pH 下水解形成的,似乎可以抑制处理磷酸盐 (PO43−) 的酶。然而,其作用方式仍不清楚。
参见
参考资料
- ^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
- ^ Bauer, Günter; Güther, Volker; Hess, Hans; Otto, Andreas; Roidl, Oskar; Roller, Heinz; Sattelberger, Siegfried. Vanadium and Vanadium Compounds. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. 2000. ISBN 3-527-30673-0. doi:10.1002/14356007.a27_367.
相关阅读
- Brauer, G. Vanadium, Niobium, Tantalum. Brauer, G. (编). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed.. NY: Academic Press. 1963.
- Haynes, William M. (编). CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th. CRC Press. 2016. ISBN 978-1-4987-5429-3.
- Vanadium Pentoxide, Cobalt in Hard Metals and Cobalt Sulfate, Gallium Arsenide, Indium Phosphide and Vanadium Pentoxide (PDF), IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans 86, Lyon, France: International Agency for Research on Cancer: 227–92, 2006 [2024-04-23], ISBN 92-832-1286-X, (原始内容存档 (PDF)于2016-05-21) .
- Vaidhyanathan, B.; Balaji, K.; Rao, K. J., Microwave-Assisted Solid-State Synthesis of Oxide Ion Conducting Stabilized Bismuth Vanadate Phases, Chem. Mater., 1998, 10 (11): 3400–4, doi:10.1021/cm980092f .
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