钒副族元素
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钒与HF反应，是因为有配位化合物生成： 2V+12HF=2H3「VF6」+3H2↑
②铌（Nb）和钽（Ta）： 极不活泼，酸中只与HF反应，溶于熔融状态的 碱，可溶于硝酸和HF混合液中： M+5HNO3+HF=H2MF7+5NO2↑(M= Nb 、Ta）
③共性：高温下，V , Nb , Ta能同许多非金属反应， 与熔融的 NaOH 反应 4V+5O2=2V2O5（＞933K) V+2Cl2=VCl4(加热）
这些盐分别在pH=7和pH=10时，沉淀出相 应的水合氧化物，在溶液中发现的唯一 同多酸根离子M6O19
同多酸：由两个或两个以上同种简单含氧 酸分子缩水而成的酸
（3）钒的氧化物
①VO2及其性质 a、深蓝色固体，具有金红石结构 b、可用CO、SO2还原V2O5制得
c、呈两性，溶于酸得蓝色VO2+，溶于碱
• V2O5+2H+→2VO2+(淡黄色）+H2O(pH﹤1)
• 缩合度增大，溶液颜色逐渐加深，由淡黄 色变到深红色
• 溶液转为酸性后，缩合度不再改变，而是 发生获得质子的反应： • 「 V10O28 」6-+ H+→「 HV10O28 」5• 「 HV10O28 」5- + H+ →「 H2V10O28 」4• 还存在HVO42-、H2VO4-、V4O124-、 H2V10O284-等
得V4O92-,碱度更高时生成VO44-，颜色由黄 到棕
②V2O3：黑色晶体，具有刚玉结构，呈碱性
③VO：灰色固体，具有缺陷 NaCl结构,呈碱 性
还有V3O7、V4O9、V6O13等氧化物
2、含氧酸盐
VO3-(偏钒酸盐）、VO43-(钒酸根）是正四面体
●单聚的VO43-仅存于强碱，随着pH的降低，单 聚物VO43-和VO3-会发生逐步聚合，生成二聚物、 三聚物和五聚物等 如:VO43-13.5V2O74-9.5V3O93-7.0 V10O286-2.0 V2O50.5VO2+ VO43-、V2O74-、V3O93-都是无色，V10O286-是橘 红色，V2O5是红色，VO2+是淡黄色
2、单质的制备
（1）纯钒的制备 ①金属热还原钒的氧化物和氯化物 ②氢气还原钒的氯化物 ③真空条件下碳热还原钒的氧化物 如：V2O3+3C=2V+3CO↑（真空加热） （2）所有钒副族金属均可通过电解其熔融的 氟配合物得到
二、钒副族元素的重要化合物
• 主要氧化数：+2、+3、+4、+5 • 氧化数越高，生成简单离子化合物逐渐降 低 • 重要化合物介绍：氧化物、含氧酸盐、卤 化物
1、氧化物
• 元素
V Nb Ta
+5
V2O5 Nb2O5 Ta2O5
百度文库
+4
VO4 NbO2 TaO2
+3
V2O3 --------
+2
VO NbO (TaO )
V2O5、Nb2O5、Ta2O5碱性递增
（1） V2O5
①V2O5的结构
a、工业制法：用氯化焙烧 法处理钒铅矿。 • 工业制法：用氯化焙烧 法处理钒铅矿
（2）铌和钽的卤化物 五卤化物MX5(M=F,Cl,Br,I)均可由金属（Nb、 Ta）和卤素单质直接化合制得。 • 铌和钽的卤化物均为固态，它们的五卤化 物都是易升华和易水解的固体。 • NbF5、TaF5为白色， NbCl5 、NbI5 、 TaCl5 、TaBr5为深浅不同的黄色，NbBr5 为橙色，TaI5为黑色
同时: ①、H2O2+V→VO2(O2)3-(黄色）（中性、碱 性） ②H2O2+V→V(O2)3+(红棕色）（强酸） VO2(O2)3-+6H+→ V(O2)3++H2O2+2H2O（在 分析上可作为鉴定钒和比色测定用） 过氧链（—O—O---)取代氧原子
铌酸盐和钽酸盐能被弱酸或CO2所分解
铌酸锂是重要的光学晶体之一，具有物理 性能、机械性能良好和成本低等优点，它 作为非线性光学晶体、电学晶体、声学晶 体和双折射晶体得到了广泛应用。
小小常识
高等动物的血液呈红色是因为含： Fe2+ 低等动物的血液呈蓝色是因为含： Cu2+
有些动物的血液呈绿色是因为含： V3＋
问题
1、钒副族的单质的熔点为什么随周期数增加 而升高？ 2、钒副族的单质的化学活性为什么逐渐降低？ 3、为什么V2O5、Nb2O5、Ta2O5碱性递增？ 4、为什么水溶液中不存在简单的V5+离子？
◆钒副族元素的五卤化物气态时都是单体， 具有三角双锥结构。 • 常温下， NbF5、TaF5是四聚体， NbCl5 、 TaCl5、 NbBr5和TaBr5是二聚体，四聚体， 和二聚体结构见课本。
4、钒的羰基配合物
• 六羰基钒V(CO)6-----蓝绿晶体，熔点50℃， 不溶于水，而溶于有机溶剂中 • 制备过程： 4N a+VCl3+6 CO+2diglyme= 『Na(diglyme)2』『V(CO)6』+3NaCl diglyme ----二甲氧基乙醚 2 『V(CO)6』-+2H3PO4=2 V(CO)6+H2↑+2H2PO4-
Thank you
原因：随着H+的浓度升高，多钒酸中的O逐渐被 H+夺走而使O与V的比值依次下降 • 聚合过程发生的反应： • 2VO43-+2H+→2HVO42-→V2O74-+ H2O(pH≧13) • 3V2O74-+ 6H+ →2V3O93-+ 3H2O(pH≧8.4)
• 10V3O93-+ 12H+→3 V10O286-+6H2O (8＞pH＞3)
• 在pH≈2时，有红棕色的V2O5水合物沉淀析 出 • pH=1时，溶液中存在稳定的黄色VO2+
• 「 H2V10O28 」4-+14 H+ =10VO2++8H2O
EA/V V(OH)4+1.00VO2+0.34V3+-0.26V2+-1.13V 黄色 蓝色 绿色 紫色 （氧化性） （稳定）（还原性）（还原性）
3、卤化物
◆（1）钒的卤化物主要有:VF5（无色液 体）、VF4(绿色固体）、VF3(黄绿色固 体）、VCl4(红色液体）、VCl3(红紫色固 体）、VBr4(不稳定，-23℃分解）
★稳定性：氧化态相同时，随着卤素相对原 子质量的增加，卤化物的稳定性下降。一 般来说，钒的碘化物是最不稳定。
钒卤化物的性质 岐化或自身氧化还原分解，如： 2VCl3=VCl2+VCl4 （岐化反应） 2VCl3=2VCl2+Cl2↑（自身氧化还原分解） 吸湿性（水解，趋势随氧化态升高而增加） VCl4+H2O=VOCl2+ 2HCl
•钒副族元素
单质及英文名
• 钒：Vanadium，那维亚女神“Vanadis”的 名字命名,因其颜色丰富。 • 铌： Niobium ,Tantalus的女儿 Niobie • 钽： Tantalum，希腊神Tantalus • 最高氧化态：+5，属于稀有金属
位于VB族
元素名称: 钒 铌 钽 原子序数 : 23 41 73 元素符号 : V Nb Ta 英文名: Vanadium Niobium Tantalum 价电子构型: 3d34s2 4d55s1 5d36s2 主要价态： -1到+5 稳定价+5 稳定价+5 在自然界 中的丰度：1.6×10-2％ 2×10-3 ％ 2×10-4％
2VO2++ Zn +4H+=2V3+(绿色）+Zn2++ H2O2 2VO2++3 Zn +8H+=2V2+(紫色）+3Zn2++ 4H2O
钒离子颜色多样性
若向紫色的V2+溶液加入氧化剂如KMnO4, 先得到绿色V3+溶液，继续被氧化为蓝色VO2+
溶液，最后VO2+被氧化为黄色VO2+溶液。 （视频）
V2O5 ＋2 NaCl ＋1/2 O2 ＝ 2 NaVO3 ＋Cl2 用水浸出偏钒酸钠，将溶液酸化，得到红棕色水合
②V2O5的制备
五氧化二钒沉淀析出。煅烧，得到工业级五氧化二钒。
b、偏钒酸铵热分解法
2 NH4VO3 ＝ V2O5 ＋ 2 NH3 ＋H2O
c、 三氯氧化钒的水解 2 VOCl3 ＋3 H2O ＝ V2O5 ＋ 6 HCl
元素电势图
EA/V V(OH)4+1.00VO2+0.34V3+-0.26V2+-1.13V EB/V VO43-______0.120_______________V
主要存在形式：
• 绿硫钒石（VS2)、钒铅矿{Pb5(VO)4Cl} • 钒磁铁矿 钒铅矿 磷绿铅矿钒矿
• 由于铌和钽的五价离子半径极为相近，在 自然界中总是共生的。主要矿物是共生的 铌铁矿或钽铁矿Fe[(Nb,Ta)O3]2；如果Nb 的含量多就称铌铁矿，反之为钽铁矿。 • 铌铁矿 钽铁矿
酸性介质中，钒酸盐是中强氧化剂，VO2+可被 Fe3+、H2C2O4、酒石酸、酒精等还原为VO2+， 有一些强还原剂如Zn粉能将VO2+还原为V2+， 从而使溶液呈现丰富多彩的颜色，
VO2+（黄色）+ Fe2++2H+= VO2+(蓝色）+ Fe3++H2O(氧化容量法测定钒） 2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O
③ V2O5的性质
• 颜色从棕黄色到深红色，无臭、无味、有 毒、微溶于水（0.01g\100gH2O） V2O5主要性质：a、以酸性为主的两性氧化 物（酸碱性）如: ② V2O5+4OH-(冷、浓NaOH)=2VO43-+3H2O VO43-——钒酸根，黄色
V2O5+2OH-(热NaOH)= VO3- +H2O VO3-____偏钒酸根，浅黄色 V2O5+H2SO4=(VO2)2SO4+H2O (强酸,pH〈1) VO22+—钒二氧基阳离子，淡黄色 b、强氧化性 V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O
性、具有典型的体心立方金属结构。 纯净的金属硬度低，当含有杂质时变 得硬而脆。
（2）金属的用途
钒：制造合金和特种钢，例：钒钢
铌：不锈钢、超导Nb—Ti合金、金属铌涂层 化合物、铌合金等。
钽：“亲生物元素”，制造修复骨折的金属 板、镙钉和金属丝等
（3）金属的化学性质
①钒：常温下，活性低，抗腐蚀性强，室温 下不与空气、水、碱及除HF以外的非氧化 酸反应，也可溶于浓H2SO4，HNO3和王水 等；
钒副族元素
一、钒副族元素的单质 1、单质的性质 2、单质的制备 二、钒副族元素的重要化合物 1、氧化物 2、含氧酸盐 3、卤化物
1、钒副族单质的性质
（1）单质的物理性质 ①钒副族单质：钒（V）、铌（Nb）、钽 （Ta）是稀有元素，熔点较高，且熔点随 周期数增加而升高
②共性：银白色、有金属光泽、有延展
C、催化性 应用于接触法制硫酸、空气氧化萘法制邻 苯二甲酸酐等
玻璃中加入V2O5可以防止紫外线
（2） Nb2O5和Ta2O5的性质
Nb2O5和Ta2O5都是白色固体，熔点高， 较为惰性。 很难与酸反应，但与HF反应： Nb2O5+12HF=2HNbF6+5H2O 与NaOH共熔，生成铌酸盐或钽酸盐 Nb2O5+10NaOH=2Na5NbO5+5H2O
②铌（Nb）和钽（Ta）： 极不活泼，酸中只与HF反应，溶于熔融状态的 碱，可溶于硝酸和HF混合液中： M+5HNO3+HF=H2MF7+5NO2↑(M= Nb 、Ta）
③共性：高温下，V , Nb , Ta能同许多非金属反应， 与熔融的 NaOH 反应 4V+5O2=2V2O5（＞933K) V+2Cl2=VCl4(加热）
这些盐分别在pH=7和pH=10时，沉淀出相 应的水合氧化物，在溶液中发现的唯一 同多酸根离子M6O19
同多酸：由两个或两个以上同种简单含氧 酸分子缩水而成的酸
（3）钒的氧化物
①VO2及其性质 a、深蓝色固体，具有金红石结构 b、可用CO、SO2还原V2O5制得
c、呈两性，溶于酸得蓝色VO2+，溶于碱
• V2O5+2H+→2VO2+(淡黄色）+H2O(pH﹤1)
• 缩合度增大，溶液颜色逐渐加深，由淡黄 色变到深红色
• 溶液转为酸性后，缩合度不再改变，而是 发生获得质子的反应： • 「 V10O28 」6-+ H+→「 HV10O28 」5• 「 HV10O28 」5- + H+ →「 H2V10O28 」4• 还存在HVO42-、H2VO4-、V4O124-、 H2V10O284-等
得V4O92-,碱度更高时生成VO44-，颜色由黄 到棕
②V2O3：黑色晶体，具有刚玉结构，呈碱性
③VO：灰色固体，具有缺陷 NaCl结构,呈碱 性
还有V3O7、V4O9、V6O13等氧化物
2、含氧酸盐
VO3-(偏钒酸盐）、VO43-(钒酸根）是正四面体
●单聚的VO43-仅存于强碱，随着pH的降低，单 聚物VO43-和VO3-会发生逐步聚合，生成二聚物、 三聚物和五聚物等 如:VO43-13.5V2O74-9.5V3O93-7.0 V10O286-2.0 V2O50.5VO2+ VO43-、V2O74-、V3O93-都是无色，V10O286-是橘 红色，V2O5是红色，VO2+是淡黄色
2、单质的制备
（1）纯钒的制备 ①金属热还原钒的氧化物和氯化物 ②氢气还原钒的氯化物 ③真空条件下碳热还原钒的氧化物 如：V2O3+3C=2V+3CO↑（真空加热） （2）所有钒副族金属均可通过电解其熔融的 氟配合物得到
二、钒副族元素的重要化合物
• 主要氧化数：+2、+3、+4、+5 • 氧化数越高，生成简单离子化合物逐渐降 低 • 重要化合物介绍：氧化物、含氧酸盐、卤 化物
1、氧化物
• 元素
V Nb Ta
+5
V2O5 Nb2O5 Ta2O5
百度文库
+4
VO4 NbO2 TaO2
+3
V2O3 --------
+2
VO NbO (TaO )
V2O5、Nb2O5、Ta2O5碱性递增
（1） V2O5
①V2O5的结构
a、工业制法：用氯化焙烧 法处理钒铅矿。 • 工业制法：用氯化焙烧 法处理钒铅矿
（2）铌和钽的卤化物 五卤化物MX5(M=F,Cl,Br,I)均可由金属（Nb、 Ta）和卤素单质直接化合制得。 • 铌和钽的卤化物均为固态，它们的五卤化 物都是易升华和易水解的固体。 • NbF5、TaF5为白色， NbCl5 、NbI5 、 TaCl5 、TaBr5为深浅不同的黄色，NbBr5 为橙色，TaI5为黑色
同时: ①、H2O2+V→VO2(O2)3-(黄色）（中性、碱 性） ②H2O2+V→V(O2)3+(红棕色）（强酸） VO2(O2)3-+6H+→ V(O2)3++H2O2+2H2O（在 分析上可作为鉴定钒和比色测定用） 过氧链（—O—O---)取代氧原子
铌酸盐和钽酸盐能被弱酸或CO2所分解
铌酸锂是重要的光学晶体之一，具有物理 性能、机械性能良好和成本低等优点，它 作为非线性光学晶体、电学晶体、声学晶 体和双折射晶体得到了广泛应用。
小小常识
高等动物的血液呈红色是因为含： Fe2+ 低等动物的血液呈蓝色是因为含： Cu2+
有些动物的血液呈绿色是因为含： V3＋
问题
1、钒副族的单质的熔点为什么随周期数增加 而升高？ 2、钒副族的单质的化学活性为什么逐渐降低？ 3、为什么V2O5、Nb2O5、Ta2O5碱性递增？ 4、为什么水溶液中不存在简单的V5+离子？
◆钒副族元素的五卤化物气态时都是单体， 具有三角双锥结构。 • 常温下， NbF5、TaF5是四聚体， NbCl5 、 TaCl5、 NbBr5和TaBr5是二聚体，四聚体， 和二聚体结构见课本。
4、钒的羰基配合物
• 六羰基钒V(CO)6-----蓝绿晶体，熔点50℃， 不溶于水，而溶于有机溶剂中 • 制备过程： 4N a+VCl3+6 CO+2diglyme= 『Na(diglyme)2』『V(CO)6』+3NaCl diglyme ----二甲氧基乙醚 2 『V(CO)6』-+2H3PO4=2 V(CO)6+H2↑+2H2PO4-
Thank you
原因：随着H+的浓度升高，多钒酸中的O逐渐被 H+夺走而使O与V的比值依次下降 • 聚合过程发生的反应： • 2VO43-+2H+→2HVO42-→V2O74-+ H2O(pH≧13) • 3V2O74-+ 6H+ →2V3O93-+ 3H2O(pH≧8.4)
• 10V3O93-+ 12H+→3 V10O286-+6H2O (8＞pH＞3)
• 在pH≈2时，有红棕色的V2O5水合物沉淀析 出 • pH=1时，溶液中存在稳定的黄色VO2+
• 「 H2V10O28 」4-+14 H+ =10VO2++8H2O
EA/V V(OH)4+1.00VO2+0.34V3+-0.26V2+-1.13V 黄色 蓝色 绿色 紫色 （氧化性） （稳定）（还原性）（还原性）
3、卤化物
◆（1）钒的卤化物主要有:VF5（无色液 体）、VF4(绿色固体）、VF3(黄绿色固 体）、VCl4(红色液体）、VCl3(红紫色固 体）、VBr4(不稳定，-23℃分解）
★稳定性：氧化态相同时，随着卤素相对原 子质量的增加，卤化物的稳定性下降。一 般来说，钒的碘化物是最不稳定。
钒卤化物的性质 岐化或自身氧化还原分解，如： 2VCl3=VCl2+VCl4 （岐化反应） 2VCl3=2VCl2+Cl2↑（自身氧化还原分解） 吸湿性（水解，趋势随氧化态升高而增加） VCl4+H2O=VOCl2+ 2HCl
•钒副族元素
单质及英文名
• 钒：Vanadium，那维亚女神“Vanadis”的 名字命名,因其颜色丰富。 • 铌： Niobium ,Tantalus的女儿 Niobie • 钽： Tantalum，希腊神Tantalus • 最高氧化态：+5，属于稀有金属
位于VB族
元素名称: 钒 铌 钽 原子序数 : 23 41 73 元素符号 : V Nb Ta 英文名: Vanadium Niobium Tantalum 价电子构型: 3d34s2 4d55s1 5d36s2 主要价态： -1到+5 稳定价+5 稳定价+5 在自然界 中的丰度：1.6×10-2％ 2×10-3 ％ 2×10-4％
2VO2++ Zn +4H+=2V3+(绿色）+Zn2++ H2O2 2VO2++3 Zn +8H+=2V2+(紫色）+3Zn2++ 4H2O
钒离子颜色多样性
若向紫色的V2+溶液加入氧化剂如KMnO4, 先得到绿色V3+溶液，继续被氧化为蓝色VO2+
溶液，最后VO2+被氧化为黄色VO2+溶液。 （视频）
V2O5 ＋2 NaCl ＋1/2 O2 ＝ 2 NaVO3 ＋Cl2 用水浸出偏钒酸钠，将溶液酸化，得到红棕色水合
②V2O5的制备
五氧化二钒沉淀析出。煅烧，得到工业级五氧化二钒。
b、偏钒酸铵热分解法
2 NH4VO3 ＝ V2O5 ＋ 2 NH3 ＋H2O
c、 三氯氧化钒的水解 2 VOCl3 ＋3 H2O ＝ V2O5 ＋ 6 HCl
元素电势图
EA/V V(OH)4+1.00VO2+0.34V3+-0.26V2+-1.13V EB/V VO43-______0.120_______________V
主要存在形式：
• 绿硫钒石（VS2)、钒铅矿{Pb5(VO)4Cl} • 钒磁铁矿 钒铅矿 磷绿铅矿钒矿
• 由于铌和钽的五价离子半径极为相近，在 自然界中总是共生的。主要矿物是共生的 铌铁矿或钽铁矿Fe[(Nb,Ta)O3]2；如果Nb 的含量多就称铌铁矿，反之为钽铁矿。 • 铌铁矿 钽铁矿
酸性介质中，钒酸盐是中强氧化剂，VO2+可被 Fe3+、H2C2O4、酒石酸、酒精等还原为VO2+， 有一些强还原剂如Zn粉能将VO2+还原为V2+， 从而使溶液呈现丰富多彩的颜色，
VO2+（黄色）+ Fe2++2H+= VO2+(蓝色）+ Fe3++H2O(氧化容量法测定钒） 2VO2++H2C2O4+2H+=2VO2++2CO2↑+2H2O
③ V2O5的性质
• 颜色从棕黄色到深红色，无臭、无味、有 毒、微溶于水（0.01g\100gH2O） V2O5主要性质：a、以酸性为主的两性氧化 物（酸碱性）如: ② V2O5+4OH-(冷、浓NaOH)=2VO43-+3H2O VO43-——钒酸根，黄色
V2O5+2OH-(热NaOH)= VO3- +H2O VO3-____偏钒酸根，浅黄色 V2O5+H2SO4=(VO2)2SO4+H2O (强酸,pH〈1) VO22+—钒二氧基阳离子，淡黄色 b、强氧化性 V2O5+6HCl=2VOCl2+Cl2↑+3H2O
性、具有典型的体心立方金属结构。 纯净的金属硬度低，当含有杂质时变 得硬而脆。
（2）金属的用途
钒：制造合金和特种钢，例：钒钢
铌：不锈钢、超导Nb—Ti合金、金属铌涂层 化合物、铌合金等。
钽：“亲生物元素”，制造修复骨折的金属 板、镙钉和金属丝等
（3）金属的化学性质
①钒：常温下，活性低，抗腐蚀性强，室温 下不与空气、水、碱及除HF以外的非氧化 酸反应，也可溶于浓H2SO4，HNO3和王水 等；
钒副族元素
一、钒副族元素的单质 1、单质的性质 2、单质的制备 二、钒副族元素的重要化合物 1、氧化物 2、含氧酸盐 3、卤化物
1、钒副族单质的性质
（1）单质的物理性质 ①钒副族单质：钒（V）、铌（Nb）、钽 （Ta）是稀有元素，熔点较高，且熔点随 周期数增加而升高
②共性：银白色、有金属光泽、有延展
C、催化性 应用于接触法制硫酸、空气氧化萘法制邻 苯二甲酸酐等
玻璃中加入V2O5可以防止紫外线
（2） Nb2O5和Ta2O5的性质
Nb2O5和Ta2O5都是白色固体，熔点高， 较为惰性。 很难与酸反应，但与HF反应： Nb2O5+12HF=2HNbF6+5H2O 与NaOH共熔，生成铌酸盐或钽酸盐 Nb2O5+10NaOH=2Na5NbO5+5H2O