五氧化二釩

化合物

五氧化二釩IUPAC名稱氧化釩(V),是(V)的氧化物化學式為V2O5。它是一種有毒的橙黃色固體,微溶於水,加熱時失去氧而分解。可作化學工業中的催化劑,最重要的是對硫酸工業二氧化硫轉化為三氧化硫一步的催化。

五氧化二釩
IUPAC名
Vanadium(V) oxide
別名 氧化釩(V)
識別
CAS號 1314-62-1  checkY
PubChem 14814
ChemSpider 14130
SMILES
 
  • O=[V](=O)O[V](=O)=O
InChI
 
  • 1/5O.2V/rO5V2/c1-6(2)5-7(3)4
InChIKey GNTDGMZSJNCJKK-HHIHJEONAP
UN編號 2862
EINECS 215-239-8
ChEBI 30045
RTECS YW2450000
KEGG C19308
性質
化學式 V2O5
莫耳質量 181.88 g·mol⁻¹
外觀 橙黃色固體
密度 3.357 g/cm3 (固)
熔點 690 °C (963 K)
沸點 1750 °C (2020 K)
溶解性 0.07 g/100 mL (20 °C)
危險性
歐盟危險性符號
劇毒劇毒 T+
警示術語 R:R20, R22, R23, R37, R48, R51, R53
安全術語 S:S36, S37, S38, S45, S61
相關物質
其他陰離子 三氯氧化釩
其他陽離子 五氧化二鈮
二氧化鈦三氧化鉻
相關釩化合物 二氧化釩五氟化釩
附加數據頁
結構和屬性 折射率介電係數
熱力學數據 相變數據、固、液、氣性質
光譜數據 UV-VisIRNMRMS
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

五氧化二釩中的釩(+5)為最高氧化態,具有兩性氧化性

化學性質

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新制五氧化二釩

酸鹼反應

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五氧化二釩具有兩性,可溶於生成多聚釩酸鹽[1]也可溶於非還原性生成淡黃色含VO2+的溶液:

V2O5 + 2 HNO3 → 2 VO2(NO3) + H2O

與鹼如氫氧化鈉反應,鹼過量時產物為無色的釩酸鈉(Na3VO4),酸度升高時,顏色逐漸由無色變為橙色再到紅色。pH處於9-13時的微粒主要是HVO42−、V2O74−,低於9時變為V4O124−、HV10O285−。pH為2時沉澱出棕色的五氧化二釩水合物。

五氧化二釩與亞硫醯氯反應得到三氯氧釩

V2O5(s) + 3 SOCl2(l) → 2 VOCl3(l) + 3 SO2(g)

氧化還原反應

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五氧化二釩中的正五價釩可被還原,在酸性介質得到VIV,藍色的VO(H2O)52+釩氧基離子。以鹽酸氫溴酸作還原劑,氧化產物是相應的鹵素單質:

V2O5(s) + 6 HCl + 7 H2O → 2 [VO(H2O)5]2+ + 4 Cl + Cl2

固態的五氧化二釩可被草酸一氧化碳二氧化硫還原為深藍色的二氧化釩固體,還原劑過量會經由V4O7與V5O9之類的複雜氧化物混合物,最終產物是黑色的三氧化二釩

溶液中,釩酸鹽或VO2+離子被汞齊還原,會發生一系列的顏色變化,最終得到VII離子:

無色"VO3" → 黃色"VO2+" → 藍色"VO2+" → 綠色"V3+" → 紫色"V2+"

製備

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首先用碳酸鈉處理含釩礦物生成偏釩酸鈉,而後用硫酸控制pH為2-3,沉澱,加熱至690°C熔化便可得到粗五氧化二釩。

金屬與過量氧氣反應的主要產物是五氧化二釩,但常常含有釩的其他低價氧化物雜質。實驗室中,可用偏釩酸銨在200°C時的分解反應製備五氧化二釩:

2 NH4VO3 → V2O5(s) + 2 NH3 + H2O

應用

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五氧化二釩最重要的應用,是在接觸法制硫酸時,作二氧化硫氧化為三氧化硫催化劑。三氧化硫進一步與硫酸反應可以得到焦硫酸,而一個焦硫酸可加水形成兩個硫酸

2 SO2 + O2 2 SO3

一般催化反應於400-620°C時發生。低於此溫度時,五氧化二釩無法發揮出催化活性;高於此溫度時,五氧化二釩則分解。反應的催化機理如下,經由低價的二氧化釩中間產物:

SO2 + V2O5(s) → SO3(g) + 2 VO2(s)
2 VO2(s) +1/2 O2(g) → V2O5

生物活性

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五氧化二釩對人體的急性毒性非常小,LD50 約為 470 毫克/千克。吸入粉塵的危害更大,14 天暴露的 LD50 範圍為 4-11 毫克/千克。[2]釩酸鹽 (VO3−
4
)是由 V2O5 在高 pH 下水解形成的,似乎可以抑制處理磷酸鹽 (PO43−) 的酶。然而,其作用方式仍不清楚。

參見

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參考資料

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

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