五氧化二釩
| 五氧化二釩 | |
|---|---|
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| IUPAC名 Vanadium(V) oxide | |
| 別名 | 氧化釩(V) |
| 識別 | |
| CAS號 | 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（水） | 0.07 g/100 mL （20 °C） |
| 危險性 | |
歐盟危險性符號 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、介電係數等 |
| 熱力學數據 | 相變數據、固、液、氣性質 |
| 光譜數據 | UV-Vis、IR、NMR、MS等 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
五氧化二釩，IUPAC名稱為氧化釩(V)，是釩(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中二氧化硫轉化為三氧化硫一步的催化。
化學性質
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酸鹼反應
[編輯]五氧化二釩具有兩性，可溶於鹼生成多聚釩酸鹽，[1]也可溶於非還原性酸生成淡黃色含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。
氧化還原反應
[編輯]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。以鹽酸和氫溴酸作還原劑，氧化產物是相應的鹵素單質：
固態的五氧化二釩可被草酸、一氧化碳或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+離子被鋅汞齊還原，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
[編輯]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。
金屬釩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：
應用
[編輯]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的催化劑。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
[編輯]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
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ 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.
相關閱讀
[編輯]- Brauer, G. Vanadium, Niobium, Tantalum. Brauer, G. (編). Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed.. NY: Academic Press. 1963.
- Haynes, William M. (編). 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, （原始內容存檔 (PDF)於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.