五氧化二钒

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。

五氧化二钒
IUPAC名 Vanadium(V) oxide
别名	氧化钒(V)
识别
CAS号	1314-62-1
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/cm^3 (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。

五氧化二钒中的钒（+5）为最高氧化态，具有两性和氧化性。

化学性质

酸碱反应

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。

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

五氧化二钒中的正五价钒可被还原，在酸性介质得到V^IV，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：

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V^II离子：

无色"VO₃⁻" → 黄色"VO₂⁺" → 蓝色"VO²⁺" → 绿色"V³⁺" → 紫色"V²⁺"

制备

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：

2 NH₄VO₃ → V₂O₅(s) + 2 NH₃ + H₂O

应用

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

参见

• 五氧化二钒性质表

参考资料

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