五氧化二钒(
钒 pentoxide)是一种
两性氧化物,又名钒
酸酐,
化学式为V2O5,是一种黄色至红色的结晶性粉末。与
硫酸作用生成硫酸钒盐,与碱作用生成钒酸盐,并在不同PH值的溶液中形成不同颜色的多钒酸
配位化合物。无味,有毒(钒化合物都有毒),微溶于水(在水中,在 25 °C 时为0.07 g/100 g水),溶于浓酸、碱,不溶于
乙醇,其
水溶液呈淡黄色并显酸性。可由
偏钒酸铵煅烧制得,五氧化二钒在颜料、合金材料的制备及
电子电器和光学领域中均有广泛应用。
物质结构
V2O5属
正交晶系,Pmnm
空间群,晶格参数为a=1.1510nm,b=0.3563nm,c=0.4369nm。通常认为链状的正方
棱锥型VO5共边形成
正交晶型的V2O5。这些链状结构是通过共角的方式联在一起,扭曲的
多面体中有一条短的钒氧键(0.154nm)以及四个位于一组相距0.178-0.202nm的
底面上的氧原子。为方便表达,将围绕在一个钒
原子周围的氧原子分别标记为O1,O21,O23,O’23和O3。在一个畸变的八面体中包含有O’1原子,一条键长最短的V—O1键(0.154nm)和一条键长为0.281nm的V-O’1键。这些畸变的
八面体在b方向上具有共同的中心,以共边的方式相连,并在a方向上形成链条。
理化性质
物理性质
五氧化二钒外观为黄色至红色的结晶性粉末,
熔点为690℃,
沸点为1750℃(大于1750℃时分解)。无味,微溶于水(在水中,在 25 °C 时为0.07 g/100 g水),不溶于
乙醇,其
水溶液呈淡黄色并显酸性。
化学性质
物质本身不可燃,有毒(钒化合物都有毒)。五氧化二钒是
两性氧化物,易溶于
强碱溶液,也溶于
强酸。碱用量不同,产物颜色也不同。
V2O5 + 6OH- 2VO43- + 3H2O(正钒酸根,无色)
V2O5 + 2OH-2VO3- + H2O(加热条件下,
偏钒酸铵酸根,黄色)
V2O5 + 2H+(强非还原性酸)2VO2+ + H2O(淡黄)
但是V2O5为
强氧化剂,与还原性酸反应可被还原为四价钒。
V2O5 + 6HCl2VOCl2 + Cl2+ 3H2O(蓝色)
五氧化二钒作
表面催化剂,与
二氧化硫接触氧化可生成
硫酸。
2SO2 + +O2 + 2H2O2H2SO4(五氧化二钒作
催化剂)
2V2O5 + C4VO2 + CO2
五氧化二钒与硫、氢、
一氧化碳、氨气、天然气等作用生成
三氧化二钒。
V2O5 + SSO2+ V2O3
V2O5 + 2H22H2O + V2O3
V2O5 + 2CO2CO2 + V2O3
制备方法
钒精粉与纯碱反应
钒精粉与纯碱高温焙烧(850℃)生成
偏钒酸钠,加热(700℃)搅拌下再加入
硫酸中和,制得五氧化二钒。
4(FeO·V2O5)+ 4Na2CO3 + 3O22Fe2O3 + 8NaVO3 + 4CO2
2NaVO3 + H2SO4V2O5 + Na2SO4 + H2O
其他
五氧化二钒可由
偏钒酸铵煅烧(400~500℃)或水与
三氯氧化钒作用制得。
2NH4VO3 = V2O5 + 2NH3+ H2O
2VOCl3 + 3H2O = V2O5 + 6HCl
应用
颜料
钒
氧化物有各种颜色,V2O5为红色,四价钒盐为浅蓝色,其碱性
衍生物一般为棕色或者黑色,三价钒盐为绿色,二价钒盐为紫色。在陶瓷器釉料中,钒是一种重要
着色剂,可得红、绿、蓝、黄、
琥珀等各种丰富的色彩,同时参与
固相反应,并形成富钒玻璃相,对金光釉和凹釉形成起关键作用。
合金材料制备
钒铝合金抗蚀性能好,综合机械力学性能优异及
比强度高等特点,是航空、航天、火箭、
导弹、
核能、航海及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。高纯V2O5是制备钒铝合金的主要原料。同时也是生产钒铁的重要原料。
催化剂
钒催化剂广泛用于
硫酸生产、石油工业的有机化工原料合成和
烟气脱硫脱氮处理。工业上常用的钒系催化剂的活性组分有钒
氧化物、
氯化物和
配位化合物等多种形式,以高纯V2O5为主要成分的催化剂几乎对所有氧化反应都有效。五氧化二钒作
表面催化剂,与
二氧化硫接触氧化可生成硫酸。
丙烯醛氧化制
丙烯酸以及苯氧化制丁烯二
酸酐等许多有机合成反应中,均使用五氧化二钒作为催化剂。
其他
五氧化二钒在电子元件生产中是陶瓷型钒-钛系湿敏
电阻的主要材料之一。在热补偿
电容器瓷料中有V2O5的存在会导致烧成过程中使钛还原,在此是一种有害作用。在铋镁系
低烧高频
掘性石电容器瓷中能起到
矿化剂和
助熔剂的作用。还用于作
数码管黑色Al2O3陶瓷
衬板材料。是氧化镐电阻浆料中的掺杂剂。在
硅化物电阻浆料中加入V2O5可改善电阻
温度系数。五氧化二钒在锂离子固体电池中可作为正极材料。五氧化二钒、氧化钒等可做微测辐射热计中的传感材料,因其不需要制冷器和
调制器、低功耗、低噪声、高可靠性和高清晰度,使其备受青睐。
安全事宜
GHS分类
毒理学资料
急性毒性:大鼠经口半数致死剂量(LD50):10mg/kg。
侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。
健康危害
受热分解,放出刺激性
烟雾和氧化钒烟雾。对
呼吸系统和皮肤有损害作用。急性中毒:可引起鼻、咽、肺部刺激症状,接触者出现眼
烧灼感、流泪、咽痒、
干咳、
胸闷、全身不适、倦急等表现,重者出现
支气管炎或支气管
肺炎。皮肤高浓度接触可致
皮炎,剧列瘤痒。慢性中毒:长期接触可引起
慢性支气管炎、
肾脏损伤,视力障碍等。
储存与运输
应储存在阴凉干燥库房中。勿与酸碱共储混运。注意防潮,勿重压,勿与尖硬,锋利器具混装,防止编织袋割破。
消防安全
材料不易燃,但与可燃材料接触可能会增加火势。发生火灾时使自己处在上风位置。;远离低洼地区。进入封闭空间前先通风,佩戴
正压呼吸器和专用防护服。脱下并隔离受污染的衣服。小火使用干粉、
二氧化碳、喷水或泡沫灭火。大火使用喷水、雾或泡沫灭火。如果没有危险,将容器从火区移开。从最远距离灭火。
泄露应急处理
隔离泄漏污染区,周围设
警告标志,建议应急处理人员戴正压自给式呼吸器,穿
化学防护服。不要直接接触泄漏物,避免扬尘,用清洁的铲子收集于干燥净洁有盖的容器中,转移到安全场所。也可以用水泥、
沥青或适当的热塑性材料
固化处理再废弃。
急救措施
吸入:将患者移至新鲜空气处,休息,半直立体位,并及时就医。
食入:催吐(仅对清醒病人),大量饮水,并及时就医。
眼睛:先用大量水冲洗几分钟(如可能易行,摘除隐形眼镜),然后就医。
皮肤:脱去污染的衣服,用大量水冲洗皮肤或淋浴,并及时就医。
参考资料
五氧化二钒.国际化学品安全卡.2023-04-24