钒钛基本性质 (2)讲解
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（TiOSO4）的性质 第十八节 钛的毒性
第 二 章 钒钛基本性质
第一节 金属钒的性质
• 钒是一种高熔点难熔金属，常温下为固态，呈银灰 色，具有体心立方晶格，原子序数23。 • 纯钒具有良好的延展性和可锻性，在常温下可制成 片、丝和箔。 • 钒呈弱顺磁性，是电的不良导体。 • 钒的力学性能取决于它的纯度。 • 常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、 硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化 合物。
•V2O5+3Na2CO3→2Na3VO4+3CO2 •V2O5+2Na2CO3→2Na4V2O7+2CO2
•V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2
因为在V2O5晶格中比较稳定地存在着脱除氧原子 而得的阴离子空穴，因此在700～1125℃范围内，可 逆地失去氧，这种现象可解释为V2O5的催化性质。
VnO2n-1 (3≤n≤9)表示的同族氧化物。 在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、V3O7、
V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等。 工业上钒氧化物主要是以五氧化二钒、
四氧化二钒和三氧化二钒，特别是五氧化二 钒的生产尤为重要。它们的主要性质列于下 表。
表 钒氧化物的性质
氧化物 V2O2 V2O3
V2O4 V2O5
晶系，颜色
比 重
熔点 /℃
溶解性
等轴 ，浅灰 5.76 1790
不溶水、 溶于酸
1970 菱形， 黑 4.87 ～
2070
不溶水、 溶于HF及HNO3
正方 ，兰黑
4.2 ～
1545 ～
微溶水、溶于酸及碱、不溶乙 醇
4.4 1967
斜方， 橙黄
3.35 7
650～ 690
微溶水、溶于酸及碱、不溶乙 醇
• 钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵 蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸(如盐酸、稀 硫酸)和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸(浓硫酸、 浓氯酸、硝酸和王水)溶解。
• 金属钒的物理性质如下表所示：
表 金属钒的物理性质
性质 原子量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/g/cm3 比热容(20℃)/J·(kg·K)-1 热导率(20℃)/w·(m·K)-1 超导转变温度/K 线膨胀系数(0～100℃)，℃-1 电阻率(20℃)/μΩ·cm 电阻温度系数/Ω·cm·℃-1 热焓(0～100℃)/ J·mol-1 再结晶温度/℃ 晶型
• 二氧化钒是深兰色晶体粉末，温度超过 128℃时为金红石型结构。
• VO2是两性氧化物，溶于酸和碱。
• VO2是钒氧化物中研究最多的一种，原因在 于有金属—非金属转变的性质。
• 由于VO2的薄膜形态不易因反复相变而受到 损坏，因此，其薄膜形态受到了比其它粉体、 块体更为广泛的研究。
提拉法制备VO2薄膜
第三节 V2O3的性质
• V2O3是灰黑色有光泽的结晶粉末；不溶于水及碱； 是强还原剂。 • 熔点很高(2070℃)。 • 具有导电性。
• 常温下暴露于空气中数月后，被氧化变成靓 青蓝色的VO2。
• 工业上制取方法：是用氢气、一氧化碳、氨 气、天然气、煤气等气体还原V2O5或钒酸铵 制取。
第四节 VO2的性质
第 二 章 钒钛基本性质
第一节 金属钒的性质 第二节 V-O系相图 第三节 V2O3的性质 第四节 VO2的性质 第五节 V2O5的性质 第六节 偏钒酸铵的性质 第七节 钒的某些二元非金属化合物 第八节 钒铁性质
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第九节 钒铝性质 第十节 钒的毒性 第十一节 金属钛的性质 第十二节 TiO2（钛白）的性质 第十三节 低价钛（Ti2O3、Ti3O5）性质 第十四节 偏钛酸的性质 第十五节 四氯化钛（TiCl4）的性质 第十六节 碳化钛（TiC）的性质 第十七节 正硫酸钛Ti(SO4)2和硫酸氧钛
数据 50.9451 1890±10 3380 6.11 533.72 30.98 5.13 8.3×10-6 24.8～26.0 2.18～2.76×10-8 24.62 800～1000 立方
第二节 V-O系相图
O(原子分数)%
★ 由氧-钒二元相图可知，钒有多种氧化物。 在V2O3和V2O4 之间，存在着可用通式
水蒸气
分解产物 V2O5
(NH4)2O·3V2O5 (NH4)2O·V2O4·5V2O5
NH3，V2O5 V2O5
(NH4)2O·3V2O5 (NH4)2O·V2O4·5V2O5 V6O13，V2O3，V2O4 (NH4)2O·V2O4·5V2O5
表 偏钒酸铵热分解条件及产物
温度/℃ 250 250 340
420～440 310～325
约200 约320 约400 约1000
350
400～500
200～240 320 400 225
气氛 空气和氧气NH3
空气 空气 空气 氧气 氢气 氢气 氢气 氢气 二氧化碳、氮或
氩 二氧化碳、氮或
氩 氮气和氢气 氮气和氢气 氮气和氢气
2V2O52V2O4+O2
• V2O5可用偏钒酸铵在空气中于500℃左右分解 制得。
• V2O5是最重要的钒氧化物，工业上用量最大。 工业五氧化二钒的生产，用含钒矿石、钒渣、 含碳的油灰渣等提取，制得粉状或片状五氧化 二钒。它大量作为制取钒合金的原料，少量作 为催化剂。
第六节 偏钒酸铵的性质
• 偏钒酸铵(NH4VO3)是白色或带淡黄色的结晶粉末， 在水中的溶解度较小。 • 偏钒酸铵是工业上生产V2O5的中间产物。 • 偏钒酸铵在真空中加热到135℃开始分解，超过 210℃时分解生成V2O4和V2O5。
第五节 V2O5的性质
• V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉 末，微溶于水(约0.07g/L)，溶液呈微黄色。 • V2O5大约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系
的针状晶体。
片状五氧化二钒
粉状五氧化二钒
•V2O5是两性氧化物，与Na2CO3一起共熔得到 不同的可溶性钒酸钠。
课前复习
• 前言 • 第 一 章 绪论（钒钛材料概况） • 第一节 钒矿物种类 • 第二节 钒材料的分类 • 第三节 钒材料的用途 • 第四节 钒材料的发展史 • 第五节 钛矿物种类 • 第六节 钛材料分类 • 第七节 钛材料的用途 • 第八节 钛的发展史 • 第九节 钒钛材料今后的发展趋势
本次课内容提要
第 二 章 钒钛基本性质
第一节 金属钒的性质
• 钒是一种高熔点难熔金属，常温下为固态，呈银灰 色，具有体心立方晶格，原子序数23。 • 纯钒具有良好的延展性和可锻性，在常温下可制成 片、丝和箔。 • 钒呈弱顺磁性，是电的不良导体。 • 钒的力学性能取决于它的纯度。 • 常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、 硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化 合物。
•V2O5+3Na2CO3→2Na3VO4+3CO2 •V2O5+2Na2CO3→2Na4V2O7+2CO2
•V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2
因为在V2O5晶格中比较稳定地存在着脱除氧原子 而得的阴离子空穴，因此在700～1125℃范围内，可 逆地失去氧，这种现象可解释为V2O5的催化性质。
VnO2n-1 (3≤n≤9)表示的同族氧化物。 在V2O4到V2O5之间，已知有V3O5、V3O7、
V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等。 工业上钒氧化物主要是以五氧化二钒、
四氧化二钒和三氧化二钒，特别是五氧化二 钒的生产尤为重要。它们的主要性质列于下 表。
表 钒氧化物的性质
氧化物 V2O2 V2O3
V2O4 V2O5
晶系，颜色
比 重
熔点 /℃
溶解性
等轴 ，浅灰 5.76 1790
不溶水、 溶于酸
1970 菱形， 黑 4.87 ～
2070
不溶水、 溶于HF及HNO3
正方 ，兰黑
4.2 ～
1545 ～
微溶水、溶于酸及碱、不溶乙 醇
4.4 1967
斜方， 橙黄
3.35 7
650～ 690
微溶水、溶于酸及碱、不溶乙 醇
• 钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵 蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸(如盐酸、稀 硫酸)和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸(浓硫酸、 浓氯酸、硝酸和王水)溶解。
• 金属钒的物理性质如下表所示：
表 金属钒的物理性质
性质 原子量 熔点/℃ 沸点/℃ 密度/g/cm3 比热容(20℃)/J·(kg·K)-1 热导率(20℃)/w·(m·K)-1 超导转变温度/K 线膨胀系数(0～100℃)，℃-1 电阻率(20℃)/μΩ·cm 电阻温度系数/Ω·cm·℃-1 热焓(0～100℃)/ J·mol-1 再结晶温度/℃ 晶型
• 二氧化钒是深兰色晶体粉末，温度超过 128℃时为金红石型结构。
• VO2是两性氧化物，溶于酸和碱。
• VO2是钒氧化物中研究最多的一种，原因在 于有金属—非金属转变的性质。
• 由于VO2的薄膜形态不易因反复相变而受到 损坏，因此，其薄膜形态受到了比其它粉体、 块体更为广泛的研究。
提拉法制备VO2薄膜
第三节 V2O3的性质
• V2O3是灰黑色有光泽的结晶粉末；不溶于水及碱； 是强还原剂。 • 熔点很高(2070℃)。 • 具有导电性。
• 常温下暴露于空气中数月后，被氧化变成靓 青蓝色的VO2。
• 工业上制取方法：是用氢气、一氧化碳、氨 气、天然气、煤气等气体还原V2O5或钒酸铵 制取。
第四节 VO2的性质
第 二 章 钒钛基本性质
第一节 金属钒的性质 第二节 V-O系相图 第三节 V2O3的性质 第四节 VO2的性质 第五节 V2O5的性质 第六节 偏钒酸铵的性质 第七节 钒的某些二元非金属化合物 第八节 钒铁性质
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第九节 钒铝性质 第十节 钒的毒性 第十一节 金属钛的性质 第十二节 TiO2（钛白）的性质 第十三节 低价钛（Ti2O3、Ti3O5）性质 第十四节 偏钛酸的性质 第十五节 四氯化钛（TiCl4）的性质 第十六节 碳化钛（TiC）的性质 第十七节 正硫酸钛Ti(SO4)2和硫酸氧钛
数据 50.9451 1890±10 3380 6.11 533.72 30.98 5.13 8.3×10-6 24.8～26.0 2.18～2.76×10-8 24.62 800～1000 立方
第二节 V-O系相图
O(原子分数)%
★ 由氧-钒二元相图可知，钒有多种氧化物。 在V2O3和V2O4 之间，存在着可用通式
水蒸气
分解产物 V2O5
(NH4)2O·3V2O5 (NH4)2O·V2O4·5V2O5
NH3，V2O5 V2O5
(NH4)2O·3V2O5 (NH4)2O·V2O4·5V2O5 V6O13，V2O3，V2O4 (NH4)2O·V2O4·5V2O5
表 偏钒酸铵热分解条件及产物
温度/℃ 250 250 340
420～440 310～325
约200 约320 约400 约1000
350
400～500
200～240 320 400 225
气氛 空气和氧气NH3
空气 空气 空气 氧气 氢气 氢气 氢气 氢气 二氧化碳、氮或
氩 二氧化碳、氮或
氩 氮气和氢气 氮气和氢气 氮气和氢气
2V2O52V2O4+O2
• V2O5可用偏钒酸铵在空气中于500℃左右分解 制得。
• V2O5是最重要的钒氧化物，工业上用量最大。 工业五氧化二钒的生产，用含钒矿石、钒渣、 含碳的油灰渣等提取，制得粉状或片状五氧化 二钒。它大量作为制取钒合金的原料，少量作 为催化剂。
第六节 偏钒酸铵的性质
• 偏钒酸铵(NH4VO3)是白色或带淡黄色的结晶粉末， 在水中的溶解度较小。 • 偏钒酸铵是工业上生产V2O5的中间产物。 • 偏钒酸铵在真空中加热到135℃开始分解，超过 210℃时分解生成V2O4和V2O5。
第五节 V2O5的性质
• V2O5是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉 末，微溶于水(约0.07g/L)，溶液呈微黄色。 • V2O5大约670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系
的针状晶体。
片状五氧化二钒
粉状五氧化二钒
•V2O5是两性氧化物，与Na2CO3一起共熔得到 不同的可溶性钒酸钠。
课前复习
• 前言 • 第 一 章 绪论（钒钛材料概况） • 第一节 钒矿物种类 • 第二节 钒材料的分类 • 第三节 钒材料的用途 • 第四节 钒材料的发展史 • 第五节 钛矿物种类 • 第六节 钛材料分类 • 第七节 钛材料的用途 • 第八节 钛的发展史 • 第九节 钒钛材料今后的发展趋势
本次课内容提要