钒的四种氧化态：一瓶溶液里的彩虹
在酸化的钒酸铵溶液中加入锌粉，看溶液从黄色经绿、蓝、绿变成紫色；再换用锡、亚铁盐和碘化钾，用标准电极电势解释每种还原剂停在哪一步。
实验目的 把钒 +5、+4、+3、+2 四种氧化态与各自的颜色对应起来，用 E° 数据预测并检验不同还原剂能把钒还原到哪一价。
操作步骤
- 先观察起始溶液：钒酸铵溶于稀硫酸得到黄色的 （+5）。记下它的颜色。
- 选择“锌粉”，按“加入并摇动”。每隔几分钟记录一次颜色和各氧化态所占的比例，直到颜色不再变化。
- 比较颜色与比例条：最早出现的绿色是一种新的氧化态吗？什么时候溶液是纯蓝色？
- 换成锡、硫酸亚铁和碘化钾，重复实验。先用下方的电势阶梯预测每种还原剂的终点，再看模拟结果是否一致。
- 用 为每一步算出电动势，把结果整理成表格。
注意观察
- 锌依次把 VO₂⁺（黄）还原为 VO²⁺（蓝）、V³⁺（绿）和 V²⁺（紫）；第一个“绿色”是黄色与蓝色物种的混合。
- 锡（−0.14 V）停在 V³⁺；亚铁离子（+0.77 V）和碘离子（+0.54 V）只能把 V(V) 还原到 V(IV)。
- 锌的电势（−0.76 V）高于 V²⁺/V（−1.18 V），所以无论等多久都得不到金属钒。
- 各步的电动势都是由 CRC 标准电势算出的：一步能进行，当且仅当钒电对的电势高于还原剂电对。
真实实验室
- 钒化合物有毒，避免吸入粉尘和接触皮肤；浓硫酸有腐蚀性，稀释时“酸入水”。锌与酸反应放出氢气，远离明火。
- V²⁺ 在空气中几分钟内就会被重新氧化成 V³⁺：用塞有棉花或本生阀的锥形瓶，或者在氮气保护下操作，才能看到紫色长时间保持。
- 反应速率取决于锌粉的粒度、酸度和振荡程度；模拟中的时间轴只是示意，真实实验可能快得多或慢得多。
- 模拟的颜色由教学拟合的吸收谱带算出；真实溶液的颜色还受阴离子（硫酸根、氯离子）配位的影响，V³⁺ 溶液的绿色深浅会有差别。
- 废液中含钒，应收集到重金属废液桶，不要倒入下水道。