钒化合物性质Word文件下载.docx

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熵（298K）/J·

29.5

熔点/℃

1890～1929

热容cp（298K液态）

/kJ·

24.35～25.59

47.43～47.51

沸点/℃

3350～3409

熔化热/kJ·

mol－1

16.0～21.5

热容cp①（298～990K）

a.24.134

b.6.196×

10－3

c.－7.305×

10－7

d.－1.3892×

105

蒸气压/Pa

1.3×

10－6（1200℃）

1.3（2067℃）

3.73（2190K）

207.6（2600K）

蒸发热/kJ·

444～502

热容cp②（900～2200K）

a.25.9

b.－1.25×

10－4

c.4.08×

10－6

线膨胀系数

（20～200℃）/K－1

（7.88～9.7）×

比电阻（20℃）

/μΩ·

cm

24.8

温度系数（100℃）/cm·

K－1

0.0034

钒同位素

46V

47V

48V

49V

50V

51V

52V

53V

54V

半衰期

0.426s

33min

16.0d

330d

6×

1015a

稳定

3.75min

2.0min

55s

丰度/%

0.25

99.75

①cp＝a＋bT＋cT2＋dT－2；

②cp＝a＋bT＋cT2，式中，T为温度，K。

表2－2金属钒的力学性质

工业纯品

高纯品

抗拉强度σb/MPa

245～450

210～250

180

延展性/%

10～15

40～60

40

维氏硬度HV/MPa

80～150

60

60～70

弹性模量/GPa

137～147

120～130

泊松比

0.35

0.36

屈服强度/MPa

125～180

B．钒的化学性质

由图2－1可见，钒在周期表中位于第4周期、VB族，属于过渡金属元素中的高熔点元素，包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re等10个元素。

它们的特点是：

具有很高的熔点，例如钨的熔点是3180℃，钼的熔点是2610℃，它们主要是用作合金的添加剂，有些也可以单独使用，其中某些金属在高温下具有抗氧化性、高硬度、高耐磨性。

但这些金属的力学性质与其纯度和制备方法密切相关，少量的晶间杂质，会使其硬度和强度明显提高，但却使其延展性下降。

在原子结构方面，这些元素的外电子层具有相同的电子数，一般有两个电子（少数是一个电子），而在次外电子层的电子数目则依次递增，其化学性质介于典型金属与弱典型金属之间，处于过渡状态，具有彼此相互接近的性质，其共同的特点是：

图2－1高熔点元素在周期表中的位置

（1）这些元素外电子层的电子比较稳定，但较易失去次外电子层的电子，而形成不同价态的离子，例如钒可以形成－1、＋2、＋3、＋4、＋5的价态，而Ti则可以形成＋2、＋3、＋4的价态。

图2－2所示为钒原子核的结构图；

图2－2钒原子核的结构图（质子数P＝23，中子数N＝28）

（2）这些元素按其顺序，次外电子层的电子数目依次增加，由于电子的静电引力作用，遂使原子的半径也渐趋缩小；

（3）这些元素的水溶液，由于电子的转移作用形成的光谱，都会使其离子呈现颜色，只有少数例外；

（4）这些元素会形成硼化物、碳化物、氮化物、氢化物，它们多数都具有金属性质，只有少数例外。

钒在空气中250℃以下是稳定的，呈浅银灰色，有良好的可塑性和可锻性。

长期保存表面会呈现蓝灰、黑橙色，超过300℃会有明显的氧化。

超过500℃，钒吸附氢于晶格间隙，使其变得易脆，易成粉末。

真空下600～700℃加热，氢可逸出。

低温下存在氢化物VH。

钒在400℃开始吸收氮气，800℃以上钒与氮反应生成氮化钒，在高真空、1700～2000℃下，发生氮化钒的分解，但是氮不可能完全从金属中释出。

钒对碳有较高亲和力，800～1000℃下可形成碳化物。

钒对稀硫酸、稀盐酸、稀磷酸保持相对稳定。

但在硝酸、氟氢酸中溶解。

金属钒对自来水抗蚀性良好，对海水抗蚀性中等，但未出现点腐蚀。

钒能抗10%NaOH溶液腐蚀，但不能抗热KOH溶液的腐蚀。

钒及其合金对低熔点金属或合金的熔融体有良好的抗蚀性，特别是碱金属（它们在核反应堆中用作冷却剂或热交换介质）。

表2－3为钒的抗腐蚀性能。

表2－3钒对某些介质的抗腐蚀性能

溶液

腐蚀速度/mg·

（cm2·

h）－1

腐蚀速度/nm·

h－1

材料

10%H2SO4（沸）

0.055

20.5（70℃）

钒板

30%H2SO4（沸）

0.251

10%HCl（沸）

0.318

25.4（70℃）

17%HCl（沸）

1.974

腐蚀速度（35℃）/μm·

a－1

腐蚀速度（60℃）/μm·

4.8%H2SO4

15.2

53.3

3.6%HCl

48.3

20.2%HCl

132

899

3.1%HNO3

25.4

1100

11.8%HNO3

68.6

88390

10%H3PO4

10.2

45.7

85%H3PO4

160

月）－1

液体Na（500℃）

0.2

钒的化合物从广义上来说，可以包括化学化合物、晶间化合物、金属间物、取代基合金等。

这种区分主要是基于化学键的性质和晶体结构。

通常，化学化合物指的是一类化合价态比较明确的化台物，对钒而言，就是价态在＋2～＋5之间的化合物。

钒的价态或氧化态决定该化合物的性质，即使其物理性质也与它的价态密切相差。

例如＋5价钒是抗磁性的，形成的化合物常为无色或淡黄色；

而低价钒则为顺磁性的，有颜色，存钒原子的第三能级（M电子层）中，有一个或多个电子处于游离状态，这些未配合的电子，在游离过程中产生的光谱，即呈现为不同的颜色。

许多具有实际应用的钒化合物，是一类晶隙间化台物，如钒的碳化物、氮化物、硅化物等，这类含钒的化合物，作为添加剂在合金中可以起到细化晶粒的作用，以获取优异的性质。

但它们并无确切的价态，而不是真正意义上的化合物。

这一章里我们侧重介绍的是有确切价态的化台物。

C．钒氧化物，氢氧化物的性质

常见的钒氧化物为＋2、＋3、＋4、＋5价的氧化物：

VO、V2O3、VO2、V2O5，钒的氧化物从低价（二价）到高价（五价），系强还原荆到强氧化剂，其水溶液由强碱性逐渐变成弱酸性。

其间的关系如图2－3所示。

图2－3不同价态钒氧化物间的关系

低价氧化钒不溶于水，但遇强酸会形成强酸盐如VCl2、VSO4；

如遇强碱则形成V（OH）2，V（OH）2水解会放出H2。

低价氧化钒在空气中易被氧化成高价氧化钒，反之，五价氧化钒则可借还原性气体还原成四、三、二价的氧化钒。

它们的物理与化学性质以及热力学性质等，见表2－4、表2－5和表2－6。

钒氧的系统相图，见图2－4。

从这个相图中可以看出，除VO外，其他的氧化物都有一个明确的相变点，其中还包括多个氧化物构成的配合物；

而VO则系没有明确的化学计量的配合物，故有多个假稳态点，系统相当复杂。

表2－4钒氧化物的性质

VO

V2O3

VO2

V2O4

V2O5

晶系

面心立方

菱形

单斜

α

斜方

颜色

黑

深蓝

橙黄

5550~5760

4870~4990

4330~4339

3352~3360

1790

1970~2070

1545~1967

650~690

分解温度/℃

1690~1750

生成热Δ/kJ·

－432

－1219.6

－718

－1428

－1551

绝对熵/J·

38.91

98.8

62.62

102.6

131

自由能Δ/kJ·

－404.4

－1140.0

－659.4

－1319

－1420

水溶性

无

微

酸溶性

溶

HF、HNO3

碱溶性

氧化还原性

还原

两性

氧化

酸碱性

碱

表2－5钒氧化物的热容

化合物

cp/kJ·

适用温度T/K

128.2

298

194.81－16.32×

10－3T－55.34×

105T－2

298～熔点

298～345

74.72＋7.116×

10－3T－16.58×

345～熔点

103.8

122.8＋19.92×

10－3T－22.69×

298～1800

45.47

47.38＋13.48×

10－3T－5.27×

298～1700

表2－6钒氧化物的标准生成自由能，ΔG＝A＋BT

反应式

A/kJ·

适用温度T/K

V（s）＋1/2O2（g）＝VO（s）

－412.8

0.0817

298～2000

2V（s）＋3/2O2（g）＝V2O3（s）

－1220

0.2364

600～2000

2V（s）＋2O2（g）＝V2O4（β）

－1402

0.3066

600～1818

6V（s）＋13/2O2（g）＝V6O13（s）

－4368.4

1.0042

600～1000

2V（s）＋5/2O2（g）＝V2O5（s）

－1554.6

0.4224

298～943

图2－4钒氧系相图

2．五氧化二钒

V2O5，是钒氧化物中最重要的，也是最常用钒化工制品。

工业上首先是制取NH4VO3，然后加热至500℃，即可制得V2O5。

其反应如下：

2NH4VO3→2NH3＋H2O＋V2O5

另一个方法是用VOCl3水解，反应如下：

2VOCl3＋3H2O＝V2O5＋6HCl

V2O5是原子缺失型半导体，其中的缺失型是V4＋离子，在700～1125℃，V2O5存在下列可逆反应：

V2O5＝V2O5－x＋（x/2）O2

式中，x随温度的升高而增大，此一性质使其呈现为催化性质。

V2O5微溶于水，溶解度在0.01～0.08g/L，大小取决于其前期生成的历史。

如果是自水溶液中沉淀生成的，则其溶解度会大些。

V2O5是两性化合物，但其碱性弱，酸性强，易溶于碱性构成钒酸盐，强酸也能溶解V2O5。

在酸、碱溶液中，生成物的形态取决于溶液的钒