釩酸鉍黃色顏料的制備
——推薦一個無機化學教學實驗

王　周　　石建新　　彭　敏　　賴　瑢　　李蓮云　　陳六平

（中山大學化學與化學工程學院，廣州510275）

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釩酸鉍黃色顏料的制備
——推薦一個無機化學教學實驗

王周*石建新彭敏賴瑢李蓮云陳六平

（中山大學化學與化學工程學院，廣州510275）

摘要：該實驗以Bi（NO3）3和NH4VO3為原料，采用液相沉淀法，制備釩酸鉍黃色顏料。學生通過控制反應物初始濃度、溶液pH、溫度與時間等條件制備分散性良好、顆粒細小、組成均勻的釩酸鉍。實驗涉及溶液配制、加熱攪拌、簡易回流、控溫、調pH、檢驗、抽濾、洗滌、干燥等操作。釩酸鉍是一種綠色環保的黃色顏料，且具有降解污染物的光催化性能，因此，該實驗不僅對于提高學生無機制備實驗能力具有很好的教學效果，還在實驗教學中滲透了環保理念。

關鍵詞：釩酸鉍；黃色顏料；無機化學實驗；綠色環保

黃色是一種十分醒目的顏色，人眼只對400－700 nm波長的光敏感，而在波長555 nm處，人眼的感受性最高，它的色調處于黃綠區。因此，凡是需要人們高度注目的地方，如交通標識、出租車、電話亭、起重機械、郵政設施等，一般都涂成醒目、單一的黃色。

無機黃色顏料生產工藝簡單，具有優良的熱穩定性和耐候性，在顏料領域一直有著十分重要的作

正是在黃國平的引領下，蘇印總廠堅持“以誠經營 創新務實”的理念，踐行著關乎印刷的傳承工作。會議室中陳列的企業近年來收獲的諸多成績，從專利申請證書，國際級、國家級和省級授予獎項，到客戶頒發的勛章，體現的恰是以印刷為主題的不斷提升。

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釩酸鉍黃色顏料具有無毒、耐候性好、色澤明亮及對環境友好等優良性能［3，4］，是一種有著良好應用前景的新型環保顏料，因而可用來代替鉻黃和鎘黃顏料［5，6］，應用于汽車面漆、工業涂料、橡膠制品、塑料制品和印刷油墨的著色等各項性能要求很高的場合［2］。釩酸鉍是多晶型化合物，主要有4種不同的晶型：正交晶，系釩鉍礦型晶體（Pucherite），屬Pnca空間群，是自然界中存在的釩酸鉍礦，顏色為棕色；四方晶，系硅酸鋯型晶體，屬141/amd空間群，為很淺的黃色，不適合作黃色顏料；四方晶，系白鎢礦型晶體（Scheelite），屬141/a空間群，呈黃色；單斜晶，系β-褐釔鈮礦型晶體（Betafergusonite），屬12/a空間群，呈黃色［7］。因此，只有單斜晶和白鎢礦型四方晶結構的釩酸鉍才適合作黃色顏料。

本實驗的一個重要目的是鍛煉學生控制反應條件的能力，通過有效地控制反應條件，制備出分散性良好、顆粒細小、組成均勻的釩酸鉍黃色顏料。釩酸鉍黃色顏料的顏色、亮度、著色力等顏料性能隨著釩酸鉍顆粒的大小而變，顆粒大時產品顏色深、亮度低、著色力低、顏料性能差，所以要控制反應條件使得產品顆粒細小均勻、分散性好，才能得到質量好的黃色顏料。

在大學生四年的鋼琴學習中，能夠學到非常多的知識，但這些知識如何運用到鋼琴教學中，是現如今許多大學生應該考慮的問題。四年所學的鋼琴知識，包括彈奏技巧、演奏方式、基本功訓練等多種，如若將自己學到的東西在教學中能夠很好的展示出來并能夠得以運用，那這名學生將會是一位很好的的鋼琴教師。但相反，現在多數大學生并不能夠將所學到的知識很好的運用到鋼琴教學之中。因此，提高大學生對所學知識的掌握能力，并將以轉化運用到教學中，是現在多數學習鋼琴的大學生應解決的問題。

1385 Application of SF-36 scale in health-related quality of life assessment of naval service personnel

本文介紹的實驗是讓學生學習和運用液相沉淀法，以Bi（NO3）3和NH4VO3為原料制備釩酸鉍黃色顏料，同時學習控制反應物初始濃度、溶液pH、溫度與時間等反應條件的方法。

1　實驗目的

經過對BIM技術在建筑工程全過程項目管理中的實際應用分析，發現BIM技術在建筑工程全過程項目管理中具有一定的協調性，且這種協調性也多呈現在建筑工程全過程項目管理的多個方面。具體而言，一般情況下，建筑工程在建設的過程中，采用的為分包制的建設與管理方式，這使得建筑工程涉及到的組成單位比較多，很難對建筑工程進行統一化與整體化的信息交流，進而使得建筑工程的協調性比較差。

（2）學習液相沉淀法合成粉體材料的原理。

（1）了解釩酸鉍黃色顏料的性質與用途。

（3）學習比較準確地控制反應條件的方法。

（4）學習簡易回流操作的應用。

（5）熟悉溶液配制、抽濾、洗滌、干燥等實驗操作方法。

2　實驗原理

取20 mL Bi（NO3）3溶液于150 mL錐形瓶中，加入2 mL DBS溶液混合均勻。在磁力攪拌與水浴加熱的同時，將20 mL NH4VO3溶液滴加到Bi（NO3）3溶液中，用NaOH溶液調節其pH=6（先快速加入5 mL 6 mol·L－1NaOH溶液，后滴加2 mol·L－1NaOH溶液），控制水浴溫度約90°C，保溫1 h（為減少水分蒸發，可用坩堝蓋住錐形瓶口，進行簡易回流操作）。此過程中需維持溶液的pH基本恒定，并要檢查溶液中是否有Bi3+（Bi3+檢查方法：用小漏斗法取上層清液于試管中，加入2滴30%NH4SCN溶液后再滴加0.1 mol·L－1Pb（NO3）2溶液，觀察是否有棕色或橙色沉淀生成），若有，則要往錐形瓶中繼續滴加NH4VO3溶液至Bi3+完全沉淀為止。

反應方程式：

3　儀器和試劑

儀器：電熱磁力攪拌器、循環水真空泵、電熱鼓風干燥箱。

試劑：1.0 mol·L－1Bi（NO3）3溶液、2 mol·L－1NaOH溶液、6 mol·L－1NaOH溶液、2 mol·L－1HNO3溶液、1%十二烷基苯磺酸鈉（DBS）溶液、30%NH4SCN溶液、0.1 mol·L－1Pb（NO3）2溶液、NH4VO3固體、95%乙醇。所有試劑均為AR級。

4　實驗步驟

4.1NH4VO3溶液的配制

稱取一定量的NH4VO3固體，加入15 mL 2 mol·L－1NaOH溶液，加熱溶解完全后，再加水稀釋得到1.0 mol·L－1NH4VO3溶液30 mL。

4.2釩酸鉍的制備

釩酸鉍黃色顏料的合成方法主要有固相煅燒法和水溶液中的化學沉淀法。固相煅燒法是將Bi（Ⅲ）和V（Ⅴ）的氧化物類或熱分解能生成相應氧化物的鹽類按照一定的組成進行混合，然后置于高溫爐中煅燒而制得釩酸鉍［2，16］。固相煅燒法所需溫度較高（300－1000°C）、反應時間較長、顆粒較大且分布不均勻。液相沉淀法是將一定濃度的Bi（Ⅲ）鹽和V（Ⅴ）鹽的高純溶液混合，讓其在液相中結晶析出釩酸鉍黃色沉淀［2，16］。液相沉淀法克服了固相煅燒法的缺點，反應溫度低（100°C以下），反應時間短，反應物混合均勻，可以得到顆粒細小、組成均勻的BiVO4黃色顏料［4］。本實驗采用液相沉淀法，通過混合Bi（NO3）3溶液和NH4VO3溶液來制備釩酸鉍，該法工藝簡單，容易實現工業化生產，但是反應過程中BiVO4粉體容易形成十分有害的團聚體，從而影響顏料的顏色和性能。因此，需控制沉淀的生成條件，如反應物初始濃度、溶液pH、反應溫度和反應時間等因素。必要時，可加入少量表面活性劑起分散作用。

反應結束后抽濾，用大量蒸餾水洗滌沉淀至少3次，以洗去雜質離子，再用95%乙醇10 mL洗滌2次。放入105°C的烘箱中烘干，得到松散的釩酸鉍黃色顏料。冷卻后稱重，計算產率。

5討論

（1）反應條件的控制。

釩酸鉍還是一種具有可見光催化性能的新型半導體光催化材料，在可見光輻射下能夠降解有機污染物［8，9］、也能分解水制備氫氣和氧氣［10］，因而在解決環境污染與開發新能源等領域具有潛在應用價值。但由于光生電子易與體內空穴復合，量子效率低，對反應物的吸附能力較弱等原因，釩酸鉍的光活性不高，離工業化應用仍有較遠距離。目前研究者們主要通過金屬及非金屬摻雜［11，12］、無機化合物復合［13］、合成工藝優化［14］、晶體形貌調控［15］等手段來提高釩酸鉍的可見光催化效率。

反應物濃度的影響：由粒子成核理論可知，粒子的形成有晶核的生成與生長兩個過程。溶液濃度小，碰撞少，晶核形成慢且數目少，溶質在晶核上不斷沉積，晶核不斷長大，生成的晶核粒徑就比較大；溶液濃度大，物質間碰撞幾率大，晶核形成快且數目多。但若反應物初始濃度太大，則生成物量太多，導致溶液攪拌困難，產品容易成團且得到的產品顆粒不均勻。經實驗表明，最佳反應物初始濃度為1.0 mol·L－1。

pH的影響：pH會影響晶體的溶解度，使體系中離子平衡發生改變；pH能改變雜質的活度，使雜質活化或鈍化；pH還能改變晶面的吸附能力以及晶體的生長速度。pH過低，Bi3+未能完全參加反應而影響產率，而且釩酸鉍沉淀易形成團聚體，造成產品顏色暗、成分不均勻；pH過高，會產生過度膠凝，不利于后續的洗滌。經過實驗表明，pH為6時，雜質鈍化，釩酸鉍晶體表面吸附雜質的能力降低，BiVO4晶體的溶解度和晶體生長速度達到最佳，得到的產品不但粒徑小，而且顏色鮮艷。

（2）離子檢驗。

溫度的影響：溫度低，晶核形成慢且數目少，形成的晶體粒徑大；溫度高，晶核形成快且數目多，晶核來不及長大，形成的晶體粒徑較小。所以要想獲得顆粒細小的黃色顏料，就必須嚴格控制反應溫度。水溶液體系最高溫度為100°C，若溶液沸騰會造成水分蒸發快，不利于維持溶液濃度、pH等條件的穩定，因此我們將水浴溫度設置在90°C，并采用簡易回流裝置來減少水分蒸發。

反應時間的影響：反應時間短，晶核來不及長大，形成的晶體顆粒較小。但若反應時間太短，則晶核不能很好地生長，形成無定形的有缺陷晶體，影響產物的顏色，且無定形沉淀會造成后續抽濾時發生透濾。但隨著反應時間的增長，晶核不斷長大，會形成顆粒大的粗晶體，產物顏色和性能變差，質量不好。經過實驗表明，反應時間為1 h最合適。

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選取VXEEM而非VIX（標普500ETF波動率指數）主要有兩方面的優勢：1）未來原油的新增需求主要來自于新興市場，新興市場經濟下行影響原油需求預期，VXEEM沖擊OVX上行，而VIX受影響相對較小；2）油價受內部因素沖擊產生的波動反過來影響新興市場的通脹預期、經常賬戶差額和外匯儲備，股市、匯率的波動率增加，OVX沖擊VXEEM上行，而美國在頁巖油氣革命后的原油進口依存度減低，且WTI價格低于布倫特油和迪拜油，VIX受油價影響較小。

經過統計學軟件分析和處理之后,在膀胱殘余尿量方面,組間存在顯著差異,統計學意義成立(P<0.05),結果如下表1:

檢驗Bi3+是否沉淀完全時，不能取上層溶液后直接加檢驗液，必須經過小漏斗法將懸浮在溶液中的釩酸鉍過濾除去，得到清液后再加檢驗液。因為，若溶液中無Bi3+，那么就會產生白色沉淀，該白色沉淀與溶液中懸浮的釩酸鉍混在一起，看起來是橙色，便會誤以為Bi3+還未沉淀完全。

用光速來定義“米”，是長度計量科學史上的一次革命，具有非常重要的科學意義。光速作為一個精確的常數，可以提高長度計量的精度。

（3）分離與洗滌。

反應完畢，若直接用循環水真空泵抽濾，由于壓差過大且產物顆粒小，在抽濾時容易透濾而造成產物損失，產率降低。建議剛開始抽濾時，先用水抽且調小水抽，讓釩酸鉍顆粒在濾紙上形成一層孔洞較小的膜，再開大水抽繼續抽濾或者用循環水真空泵繼續抽濾。

（4）產品的干燥。

沉淀烘干過程中要注意不時翻動沉淀，發現成塊狀要及時壓碎，不然結塊現象會造成產物顏色偏深。

6　教學建議

（1）在實驗預習階段，可適當安排學生查閱相關文獻資料，了解黃色顏料的研究和發展狀況，了解釩酸鉍作為一種綠色環保型無機黃色顏料的性能、結構、應用以及合成方法，從而拓展相關的背景知識和激發學生的實驗興趣。要求學生在預習報告中畫出實驗流程圖，讓學生熟悉整個實驗流程，以便更好地控制實驗條件。

（2）本實驗內容包括溶液配制、加熱攪拌、簡易回流、控溫、調pH、檢驗、抽濾、洗滌、干燥等。對于學生的無機化學實驗操作和無機制備實驗能力的提高具有很好的教學效果。而且釩酸鉍是一種新型的綠色環保顏料，具有光催化降解有機污染物和分解水制備氫氣和氧氣的性能，教師在實驗教學中可以滲透環保教育，增強學生的環保意識。

無恒產而有恒心者，惟士為能。若民，則無恒產，因無恒心。茍無恒心，放辟邪侈，無不為已。及陷于罪，然后從而刑之，是罔民也。焉有仁人在位罔民而可為也？是故明君制民之產……然后驅而之善，故民之從之也輕。今也制民之產……此惟救死而恐不贍，奚暇治禮義哉？[4](P211)

（3）根據具體實驗教學條件和實驗教學學時情況，可以適當添加一些產物表征及性質檢測的實驗內容。釩酸鉍有4種晶型，可以對本實驗制備得到的產物進行X射線衍射分析其具體晶型；本實驗控制反應條件得到顆粒細小的釩酸鉍，可以利用粒度分析儀測試其粒度分布情況。

（4）實驗結束后要求學生計算理論產率，并和實際產率對比，分析有差別的原因，鍛煉學生討論實驗現象、總結實驗經驗和教訓的能力。

（5）設置一些思考題，讓學生課后學習和鞏固，培養學生思考和分析問題的能力，并且能夠促使學生查找相關資料，拓展知識面。例如：①在反應前加入1%十二烷基苯磺酸鈉（DBS）溶液的作用是什么？②NH4VO3溶液滴入Bi（NO3）3溶液后要用NaOH溶液來調節pH，是什么原因造成NH4VO3溶液和Bi（NO3）3溶液的混合溶液呈酸性？③檢驗Bi3+是否沉淀完全時，有Bi3+和無Bi3+分別是什么現象，為什么？④液相沉淀法制備釩酸鉍黃色顏料的影響因素有哪些？它們是如何影響制備產物的性能和產率的？⑤除了作為黃色顏料，釩酸鉍還有沒有其他有價值的用途？

參考文獻

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中圖分類號：O61；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201507004

*通訊作者，Email:Wangzh97@mail.sysu.edu.cn用。鉻黃和鎘黃是當前使用較多的無機黃色顏料，但因含有鉛、鉻、鎘等對人體和環境有害的元素，導致其應用領域受到限制［1］。此外，無機顏料中的氧化鐵黃顏色不夠鮮亮，鈦鎳黃和鈦鉻黃等金紅石型混相顏料透明度、著色力和遮蓋力較差；有機顏料大多遮蓋力、耐候性等性能不理想或者價格相對昂貴［2］。因此，它們都不能作為鉻黃和鎘黃的理想代用品。

Preparation of Bismuth Vanadate Yellow Pigment: an Inorganic Chemistry Experiment Recommended

WANG Zhou*SHI Jian-XinPENG MinLAI RongLI Lian-YunCHEN Liu-Ping
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，P.R.China）

Abstract:The preparation of bismuth vanadate yellow pigment by the liquid-phase precipitation method using Bi（NO3）3and NH4VO3as raw materials is recommended as an inorganic chemistry experiment. Students are required to obtain small and uniform BiVO4yellow pigment particles with good dispersity by controlling the initial concentration of reactants，the pH of solution，the reaction temperature and duration. The experimental procedures involve solution preparation，heating，stirring，simple reflux，temperature and pH control，ion test，the suction filtration，washing and drying.Bismuth vanadate not only is a kind of green environmental protection yellow pigment，but also has the photocatalytic performance to degrade pollutants.Therefore，the experiment not only is beneficial to the improvement of students'preparation ability in inorganic chemistry experiment，but also imparts the environmental education in the experimental teaching.

Key Words:Bismuth vanadate；Yellow pigment；Inorganic chemistry experiment；Green environmental protection