无机元素化学——钒

1、钒先后被两次发现。第一次是在1801年由墨西哥城的矿物学教授节烈里瓦发现的。他发现它在亚钒酸盐样本中，这个样本就是Pb5(VO4)3Cl，由于这种新元素的盐溶液在加热时呈现鲜艳的红色，所以被取名为“爱丽特罗尼”，即“红色”的意思，并将他送到巴黎。然而，法国化学家推断它是一种被污染的铬矿石，所以没有被人们公认。第二次发现是在1830年，瑞典化学家塞夫斯特伦（ Sefstrom N G，1787-1845。)在研究斯马兰矿区的铁矿时，用酸溶解铁，在残渣中发现了钒。因为钒的化合物的颜色五颜六色，十分漂亮，所以就用古希腊神话中一位叫凡娜迪丝“Vanadis”的美丽女神的名字给这种新元素起名叫“Vana

2、dium”。单质单质钒是一种银灰色金属，具有典型的体心立方结构，纯钒较软，具有延展性，含有杂质时脆而硬。钒与碱和非氧化性酸都不作用，钒与碱和非氧化性酸都不作用， 但但可溶于可溶于HF溶液，浓硫酸、硝酸和王水中：溶液，浓硫酸、硝酸和王水中：V + 8HNO3 = V(NO3)4 + 4NO2 + 4H2O2V + 6HF = 2VF2 + 3H2由于外层d电子存在较强的金属键，使得钒具有较高的熔沸点和原子化焓。 VB V 钒钒 3d34s2性质和用途电子构型为(n-1)d3ns2价态有+V、+IV、+III、+II, 以+V、+IV价最为稳定。钒的主要用途在于冶炼特种钢。在钢中加钒的好处是，钒可

3、和钢中的碳结合形成V4C3,它在钢中成小颗粒分散而提高钢的抗磨能力和高温时的强度，以及抗冲击的性能。钒及其化合物钒及其化合物 自然界的存在形式：自然界的存在形式：绿硫钒矿绿硫钒矿(VS4)、钒铅矿、钒铅矿 Pb5(VO4)3Cl，丰度仅为，丰度仅为0.016%(列第列第19位）。位）。 VB V 钒钒 3d34s2钒的主要化合物钒的主要化合物 V2O5 制备：工业上用氯化焙烧法或碱熔法；制备：工业上用氯化焙烧法或碱熔法；若要制取纯度较高的五氧化二钒：若要制取纯度较高的五氧化二钒： 2NH4VO3 = V2O5 + 2NH3 + H2O 2VOCl3 + 3H2O = V2O5 + 6HCl晶体

4、结构：晶体结构： 具有层状结构，钒可被视为处在一个畸变四方棱锥具有层状结构，钒可被视为处在一个畸变四方棱锥体中，体中，V(V)与五个氧原子形成五个与五个氧原子形成五个V-O键。键。微溶于水，显两性主要微溶于水，显两性主要呈酸性呈酸性，在强碱中生成正钒酸盐，在强碱中生成正钒酸盐: V2O5 + 6NaOH = 2Na3VO4 + 3H2O V2O5也具有也具有微弱的碱性微弱的碱性，在强酸中能生成，在强酸中能生成VO2+粒子，但粒子，但VO2+是一种是一种较强的氧化剂较强的氧化剂 V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 +Cl2 + 3H2O VO2+ + Fe2+ + 2H+ = VO2+ +

5、 Fe3+ +H2O 2VO2+ + H2C2O4 + 2H+=2VO2+ + 2CO2 + 2H2O 上述反应用于测定钒上述反应用于测定钒V2O5用用H2还原时，可制得一系列低氧化态的氧化物还原时，可制得一系列低氧化态的氧化物 VO2(深绿色深绿色)、 V2O3(墨色墨色)、 VO（黑色）（黑色） 7 MIVO3(偏钒酸盐偏钒酸盐) M3IVO4(正钒酸盐正钒酸盐) M2V2O7(焦钒酸盐焦钒酸盐) M3V3O9(多钒酸盐多钒酸盐) VO43-时四面体结构，但是时四面体结构，但是VO键结合不十分牢固，键结合不十分牢固，其中其中O2可能同可能同H+离子结合成水。离子结合成水。 向钒酸盐中加向钒

6、酸盐中加H+，pH值逐渐下降，生成不同聚合度值逐渐下降，生成不同聚合度的多钒酸盐，随着的多钒酸盐，随着pH值的下降，多钒酸根中钒原子越值的下降，多钒酸根中钒原子越多。多。 2VO43- + 2H+ 2HVO42- V2O74- + H2O(pH=13) 3V2O74- + 6H+ 2V3O93- + 3H2O (pH=8.4) 10V3O93- + 12H+ 3V10O286- + 6H2O (8pH3) 聚合度越大，颜色加深聚合度越大，颜色加深，由淡黄色变到深红色。，由淡黄色变到深红色。 8溶液转为酸性后，聚合度不改变，直到溶液转为酸性后，聚合度不改变，直到十钒酸盐十钒酸盐而终止，而终止，

7、后面是获质子的反应：后面是获质子的反应： V10O286- + H+ HV10O285- HV10O285- + H+ H2V10O284-但但pH2，则有，则有V2O5水合红棕色沉淀水合红棕色沉淀pH=1溶液中存在稳定的黄色溶液中存在稳定的黄色VO2+粒子粒子 H2V10O284- + 14H+ 10VO2+ + 8H2O VO43- V2O74- V3O93- V10O286- H2V10O284- VO2+ 1:4 1:3.5 1:3 1:2.8 1:2.8 1:2 pH13 pH8.4 8pH3 pH=2 pH=19VO43-根离子中根离子中O2-离子离子，可以被其他阴离子取代。，可以被其他阴离子取代。加入加入H2O2，若溶液是，若溶液是弱碱，中性，弱酸性弱碱，中性，弱酸性时，得到时，得到黄色二过氧钒酸粒子黄色二过氧钒酸粒子VO2(O2)23-，若溶液是若溶液是强酸性强酸