五氧化二钒

五氧化二钒，IUPAC名称为氧化钒(V)，是钒(V)的氧化物，化学式为V₂O₅。它是一种有毒的橙黄色固体，微溶于水，加热时失去氧而分解。它存在α、β、γ（一些文献写作γ'）和δ相。^[1]^[2]可作化学工业中的催化剂，最重要的是对硫酸工业中二氧化硫转化为三氧化硫一步的催化。

五氧化二钒中的钒（+5）为最高氧化态，具有两性和氧化性。

化学性质

五氧化二钒具有两性，可溶于碱生成多聚钒酸盐，^[3]也可溶于非还原性酸生成淡黄色含VO₂⁺的溶液：

V₂O₅ + 2 HNO₃ → 2 VO₂(NO₃) + H₂O

与碱如氢氧化钠反应，碱过量时产物为无色的钒酸钠（Na₃VO₄），酸度升高时，颜色逐渐由无色变为橙色再到红色。pH处于9-13时的微粒主要是HVO₄²⁻、V₂O₇⁴⁻，低于9时变为V₄O₁₂⁴⁻、HV₁₀O₂₈⁵⁻。pH为2时沉淀出棕色的五氧化二钒水合物。

五氧化二钒与亚硫酰氯反应得到三氯氧钒：

V₂O₅(s) + 3 SOCl₂(l) → 2 VOCl₃(l) + 3 SO₂(g)

五氧化二钒中的正五价钒可被还原，在酸性介质得到V^IV，蓝色的VO(H₂O)₅²⁺钒氧基离子。以盐酸和氢溴酸作还原剂，氧化产物是相应的卤素单质：

V₂O₅(s) + 6 HCl + 7 H₂O → 2 [VO(H₂O)₅]²⁺ + 4 Cl⁻ + Cl₂

固态的五氧化二钒可被草酸、一氧化碳或二氧化硫还原为深蓝色的二氧化钒固体，还原剂过量会经由V₄O₇与V₅O₉之类的复杂氧化物混合物，最终产物是黑色的三氧化二钒。

溶液中，钒酸盐或VO₂⁺离子被锌汞齐还原，会发生一系列的颜色变化，最终得到V^II离子：

无色"VO₃⁻" → 黄色"VO₂⁺" → 蓝色"VO²⁺" → 绿色"V³⁺" → 紫色"V²⁺"

首先用碳酸钠处理含钒矿物生成偏钒酸钠，而后用硫酸控制pH为2-3，沉淀，加热至690°C熔化便可得到粗五氧化二钒。

金属钒与过量氧气反应的主要产物是五氧化二钒，但常常含有钒的其他低价氧化物杂质。实验室中，可用偏钒酸铵在200°C时的分解反应制备五氧化二钒：

2 NH₄VO₃ → V₂O₅(s) + 2 NH₃ + H₂O

五氧化二钒最重要的应用，是在接触法制硫酸时，作二氧化硫氧化为三氧化硫的催化剂。三氧化硫进一步与硫酸反应可以得到焦硫酸，而一個焦硫酸可加水形成兩個硫酸。

2 SO₂ + O₂ ⇌ 2 SO₃

一般催化反应于400-620°C时发生。低于此温度时，五氧化二钒无法发挥出催化活性；高于此温度时，五氧化二钒则分解。反应的催化机理如下，经由低价的二氧化钒中间产物：

SO₂ + V₂O₅(s) → SO₃(g) + 2 VO₂(s)

2 VO₂(s) +¹/₂ O₂(g) → V₂O₅

五氧化二钒对人体的急性毒性非常小，LD50 约为 470 毫克/千克。吸入粉尘的危害更大，14 天暴露的 LD50 范围为 4-11 毫克/千克。^[4]钒酸盐 (VO3−
4 )是由 V₂O₅ 在高 pH 下水解形成的，似乎可以抑制处理磷酸盐 (PO₄³⁻) 的酶。然而，其作用方式仍不清楚。

^ Zibrov, Igor P.; Filonenko, Vladimir P.; Lyapin, Sergey G.; Sidorov, Vladimir A. (2013). The high pressure phases β- and δ-V₂O₅: structure refinement, electrical and optical properties, thermal stability. High Pressure Research, 33(2), 399–408. doi:10.1080/08957959.2013.796375
^ V. V. Porsev; et al. Theoretical study of α- and γ-V₂O₅ double-walled nanotubes. Lithuanian Journal of Physics, 2016. 56 (2). doi:10.3952/physics.v56i2.3303.
^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
^ Bauer, Günter; Güther, Volker; Hess, Hans; Otto, Andreas; Roidl, Oskar; Roller, Heinz; Sattelberger, Siegfried. Vanadium and Vanadium Compounds. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. 2000. ISBN 3-527-30673-0. doi:10.1002/14356007.a27_367.