五氧化二钒

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五氧化二钒
IUPAC名
Vanadium(V) oxide
别名 氧化钒(V)
识别
CAS号 1314-62-1
性质
化学式 V2O5
摩尔质量 181.88 g·mol⁻¹
外观 橙黄色固体
密度 3.357 g/cm3 (固)
熔点 690 °C (963 K)
沸点 1750 °C (2020 K)
溶解性 0.8 g/100 mL (20 °C)
危险性
欧盟危险性符号
有毒有毒 T
警示术语 R:R20, R22, R23, R37, R48, R51, R53
安全术语 S:S36, S37, S38, S45, S61
相关物质
其他阴离子 三氯氧化钒
其他阳离子 五氧化二铌
二氧化钛三氧化铬
相关钒化合物 二氧化钒五氟化钒
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

五氧化二钒IUPAC名称氧化钒(V),是(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,具有两性氧化性

化学性质[编辑]

酸碱反应[编辑]

五氧化二钒具有两性,可溶于生成多聚钒酸盐[1]也可溶于非还原性生成淡黄色含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[编辑]

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二氧化碳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[编辑]

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[编辑]

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催化剂。三氧化硫进一步与水反应可以得到硫酸

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

参考资料[编辑]

  1. ^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.