五氧化二钒
| 五氧化二钒 | |
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| IUPAC名 Vanadium(V) oxide | |
| 别名 | 氧化钒(V) |
| 识别 | |
| CAS号 | 1314-62-1 
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| PubChem | 14814 |
| ChemSpider | 14130 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP |
| UN编号 | 2862 |
| EINECS | 215-239-8 |
| ChEBI | 30045 |
| RTECS | YW2450000 |
| KEGG | C19308 |
| 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（水） | 0.07 g/100 mL （20 °C） |
| 危险性 | |
欧盟危险性符号 剧毒 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 |
| 附加数据页 | |
| 结构和属性 | 折射率、介電係數等 |
| 热力学数据 | 相變数据、固、液、气性质 |
| 光谱数据 | UV-Vis、IR、NMR、MS等 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
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。
化学性质
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酸碱反应
[编辑]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。
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。以盐酸和氢溴酸作还原剂，氧化产物是相应的卤素单质：
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
[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：
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
[编辑]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
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 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
[编辑]- 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.