五氧化二釩

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。

五氧化二釩
IUPAC名 Vanadium(V) oxide
別名	氧化釩(V)
識別
CAS號	1314-62-1  Y
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
摩爾質量	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、介電系數等
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。

五氧化二釩中的釩（+5）為最高氧化態，具有兩性和氧化性。

化學性質

新制五氧化二釩

酸鹼反應

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。

五氧化二釩與亞硫酰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

五氧化二釩中的正五價釩可被還原，在酸性介質得到V^IV，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：

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V^II離子：

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

製備

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：

2 NH₄VO₃ → V₂O₅(s) + 2 NH₃ + H₂O

應用

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

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

• 五氧化二釩性質表

參考資料

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.

相關閱讀

• 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.

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