2 钒的性质解析

• • Biblioteka Baidu • • • • •
V2O5+3Na2CO3→2Na3VO4+3CO2 V2O5+2Na2CO3→2Na4V2O7+2CO2 V2O5+Na2CO3→2NaVO3+CO2 V2O5+10HCl→2VCl4+Cl2↑+5H2O V2O5+6HCl→2VOCl2+Cl2↑+3H2O 2V2O5+5Si→5SiO2+4V (加热) V2O5+5Ca→5CaO+2V (加热) 3V2O5+10Al→5Al2O3+6V (加热)
钒的性质
资源与环境工程学院 丁满堂
复习上次课的内容
• 钒钛的应用及发展方向
本次课重点内容
• 钒的氧化物的性质及其作用 • 钒酸盐的种类及其主要性质
一、钒及其化合物主要性质
• 钒是一种单晶金属，呈银灰色，具有体心立方 晶格，在1550℃和-28～-38℃时有多晶转变。 高熔点难熔金属，在低温时有良好的耐腐蚀性。 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。少量的 杂质，如氧、氮、碳、氢可提高钒的硬度和抗 拉强度，但降低了它的延展性。 • 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。
三、钒酸盐性质
• 1、钒酸的性质 • 钒酸具有较强的缩合 能力。在碱性钒酸盐 溶液酸化时，将发生 一系列的水解-缩合 反应，形成不同组成 的同多酸及其盐，并 与溶液的钒浓度和pH 值有关，随着pH下降， 聚合度增大，溶液颜 色逐渐加深，从无色 到黄色再到深红色。
• 2、钒的钠盐 • 有五种化合物存在，其中正钒酸钠(Na3VO4)，焦钒酸钠 (Na4V2O7)和偏钒酸钠(NaVO3)溶解于水。另外还有两类化合 物中同时含有四价钒和五价钒的化合物称为钒青铜。 NaV6O15[通式为Na2O· xV2O4· (6x)V2O5(x=0.85～1.06)]和 Na8V24O23 [通式为5Na2O· xV2O4· (12-x)V2O5(x=0～2)]。 • Na3VO4水溶液加酸来降低pH时，这个离子加合质子并聚 合生成了在溶液中很大数目的不同含氧离子。
• 1、一氧化钒(VO或V2O2)
• 一氧化钒为浅灰色带有金属光泽的晶体粉末，是非整比氧 化物，组成为VO0.94-1.12，固体是离子型的的并具有氯化钠 型结构。 • 2、三氧化二钒(V2O3) • V2O3是灰黑色有光泽的结晶粉末。一个非整比的化合物 VO1.35-1.5，晶体结构为α-Al2O3型的菱面体晶格。熔点很高 (2070℃)，属于难熔化合物，并具有导电性。 • V2O3具有金属—非金属转变的性质(也称为MST或MIT)，低 温相变特性好，电阻突变可达六个数量级，还伴随着晶格 和反铁磁性的变化，低温为单斜反铁磁半导体组。V2O3具 有两个相变点：150～170K和500～530K
420～440
310～325 约200 约320 约400 约1000 350 400～500 200～240 320 400 225
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 水蒸气
NH3，V2O5
V2O5 (NH4)2O· 3V2O5 (NH4)2O· V2O4· 5V2O5 V6O13，V2O3，V2O4 (NH4)2O· V2O4· 5V2O5 V6O13 (NH4)2O· 3V2O5 (NH4)2O· V2O4· 5V2O5 V6O13 (NH4)2O· 3V2O5
• 钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。 180℃温度下钒与氯作用生成四氯化钒(VCl4)。钒在 400℃时开始吸收氮，当温度超过800℃时，钒与氮反应 生成氮化钒(VN)。在800～1100℃时钒与碳生成碳化钒 (VC)。钒在300-400℃时强烈吸收氢，生成氢化物，高于 1000℃时，氢的溶解度甚小，在高真空中，600-700℃ 时氢便释放出来。 • 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。在空气中，熔融的碱、碱金属碳酸盐可将 金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。 • 钒亦具有一定的耐液态金属（铀）和合金(钠、铅-铋等) 的腐蚀能力，因此，钒包套材料与核燃料之间不发生明 显的相互作用与扩散作用，能可靠地防护核分裂产物。 适合作钠冷却快中子反应堆的燃料包套和反应堆材料。
• 3.钒的铵盐 • 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，20℃时为0.48g/100g水，50℃时为 1.78g/100g水，随温度升高而增大，在真空中加热到135℃ 开始分解，超过210℃时分解生成V2O4和V2O5。
温度/℃ 250 250 340 气氛 分解产物 V2O5 (NH4)2O· 3V2O5 (NH4)2O· V2O4· 5V2O5 空气和氧气 空气 空气 NH3，
• 3、二氧化钒(VO2或V2O4) • 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是整比化合物，两性氧化物，溶于酸和碱。 • 二氧化钒有金属—非金属转变的性质(也称为MST或MIT)。 • VO2是这些钒氧化物中研究最多的一种，这不仅仅是因为 其性质突变十分明显，更重要的是因为其转变温度 340K(相当于67℃)最接近室温，具有较大的应用潜力。 • 4、五氧化二钒(V2O5) • 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。它大约670℃熔融， 冷却时结晶成黑紫色正交晶系的针状晶体，它的结晶热很 大，当迅速结晶时会因灼热而发光。V2O5是两性氧化物
二、钒氧化物的性质
V-O系状态图
氧化物
晶系，颜 色
比重
熔点/℃
溶解性
V2O2
V2O3 V2O4 V2O5
等轴 浅灰
菱形 黑 正方 兰黑 斜方 橙黄
5.76
4.87 4.2～4.4 3.357
1790
1970～ 2070 1545～ 1967 650～690
不溶水 溶于酸
不溶水 溶于HF及HNO3 微溶水溶于酸及碱不溶乙醇 微溶水溶于酸及碱不溶乙醇