金屬氧化物熱還原反應(yīng)指的是金屬氧化物(如Fe2O3、CuO等)在加熱或者更高的溫度條件下，用一些還原劑將氧化物中的金屬元素以單質(zhì)形式還原出來的反應(yīng)。 這一類型的反應(yīng)眾多，也是目前剛剛接觸化學這門自然學科的初中生必須掌握的反應(yīng)。但在實際教學過程中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學生在書寫這一類反應(yīng)時很容易將反應(yīng)條件弄混淆。綜合分析后，不難發(fā)現(xiàn)比如同一種金屬氧化物在不同的還原劑作用下或者同一種還原劑還原不同的金屬氧化物均會出現(xiàn)不同實驗條件，如“加熱”、“高溫”……究竟是什么原因致使反應(yīng)條件出現(xiàn)如此復雜的情況？ 筆者也曾讀過許多化學期刊中有關(guān)這一類反應(yīng)的實驗探究型論文，論文中很少出現(xiàn)專門針對這類反應(yīng)條件多樣化進行的分析。所以便借此機會，來談?wù)勎覀�人對此類反應(yīng)的一些不成熟的看法，希望與廣大同仁一起探討，一起學習。 就以CuO和Fe2O3的還原為例�，F(xiàn)行的初中化學教材中出現(xiàn)的反應(yīng)方程式有這幾個： ①2CuO+C2Cu+CO2↑； ②CuO+H2Cu+H2O； ③CuO+COCu+CO2； ④2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑； ⑤Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2。 尤其是反應(yīng)①是中學化學教材中固相反應(yīng)的典型代表，因該反應(yīng)的成功率低而被廣泛談?wù)摵透倪M；反應(yīng)②則比其他反應(yīng)易于進行且現(xiàn)象明顯；反應(yīng)③作為一個補充CO還原性的方程式出現(xiàn)在教材中。 根據(jù)金屬氧化物在低于1800K溫度下在還原順序，Ca＞Mg＞Al＞C＞Si＞H2＞CO，可以看出H2的還原能力介于C和CO之間，但H2不同于金屬，它的優(yōu)點是反應(yīng)生成物之一是水蒸氣，它能隨時由反應(yīng)區(qū)內(nèi)移去，有利于反應(yīng)向正方向移動，且產(chǎn)物較純凈。 還原劑的化學活動性由被還原的氧化物與還原后所得氧化物的熱力學性質(zhì)所決定。各元素與氧發(fā)生反應(yīng)，生成氧化物的特點是絕大部分反應(yīng)的結(jié)果多為放出熱量，放出的熱量愈大，則生成的氧化物愈穩(wěn)定。在平衡體系MmOn+ nH2mM+nH2O，H2O(g)的生成熱(241．818kJ/mol)遠遠超過CuO 的生成熱(156．8 kJ/mol)，所以CuO較易于H2所還原，一般酒精燈加熱就可使反應(yīng)順利進行 [1] 。雖然C的還原能力強于H2，但固體還原劑與氧化物的充分接觸程度畢竟沒有固體與氣體還原劑那么好，自然反應(yīng)溫度就比前者要高。 Fe2O3的生成熱(824．25 kJ/mol)比CuO 的生成熱大，說明Fe2O3較CuO更加穩(wěn)定，要想從Fe2O3中將單質(zhì)還原Fe出來就相對比較困難。反應(yīng)⑤是一個教師演示實驗，CO還原Fe2O3需在550℃以上的高溫下進行，所以最好要用酒精噴燈或三芯酒精燈，F(xiàn)e2O3粉末要鋪得薄而且要均勻。有純凈而均勻的CO氣流，并保持反應(yīng)時較高的溫度。在溫度不夠高的情況下，生成的Fe3O4會干擾生成Fe的目測檢驗，所以見到硬質(zhì)玻璃管內(nèi)的物質(zhì)變黑以后，證明開始發(fā)生反應(yīng)，為保證還原鐵的生成，需要繼續(xù)加熱升溫幾分鐘，整個還原過程如下： 但有時，某些金屬氧化物熱還原反應(yīng)卻很容易進行。如氧化汞僅只在加熱條件下就能產(chǎn)生汞單質(zhì)�；瘜W方程式：2HgO2Hg+ O2↑。根據(jù)金屬元素的活動性順序，Hg是活動性較弱的金屬之一，單質(zhì)的化學活動性越弱，則相應(yīng)氧化物的穩(wěn)定性就越差，即很容易從化合物轉(zhuǎn)化物成單質(zhì)，所以HgO生成單質(zhì)Hg不僅不需要還原劑，且只需要加熱即可完成反應(yīng)。而活潑金屬鉀、鈣、鈉的氧化物K2O、CaO、Na2O就很難用還原劑還原出其金屬單質(zhì)。 由上述討論可以得到一種觀點：熱還原反應(yīng)的產(chǎn)物都是(相對而言)穩(wěn)定的(附：因為是受熱，由環(huán)境對體系供給能量，所以相對而言動力學因素降為次要因素，即可根據(jù)熱力學判斷反應(yīng)的產(chǎn)物)。 深入了解個別性質(zhì)(特殊性)是認識事物的基礎(chǔ)，而對比有助于更深入了解其特殊性及通性。只是在占有了一定量事實(個性)的基礎(chǔ)上才能深入了解其特殊性，并從中較好地了解普遍性。由此得到的規(guī)律很可能還有許多例外，然而(有時)恰好是這些例外可能使規(guī)律逐步趨于完善，并有可能發(fā)展為理論[2]。
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