金属氧化物热还原反应实验条件的启示

[03-23 01:51:00]   来源：http://www.wenxue9.com  初中化学实验   阅读：8884次

概要：金属氧化物热还原反应指的是金属氧化物(如Fe2O3、CuO等)在加热或者更高的温度条件下，用一些还原剂将氧化物中的金属元素以单质形式还原出来的反应。 这一类型的反应众多，也是目前刚刚接触化学这门自然学科的初中生必须掌握的反应。但在实际教学过程中发现，大多数学生在书写这一类反应时很容易将反应条件弄混淆。综合分析后，不难发现比如同一种金属氧化物在不同的还原剂作用下或者同一种还原剂还原不同的金属氧化物均会出现不同实验条件，如“加热”、“高温”……究竟是什么原因致使反应条件出现如此复杂的情况？ 笔者也曾读过许多化学期刊中有关这一类反应的实验探究型论文，论文中很少出现专门针对这类反应条件多样化进行的分析。所以便借此机会，来谈谈我个人对此类反应的一些不成熟的看法，希望与广大同仁一起探讨，一起学习。 就以CuO和Fe2O3的还原为例。现行的初中化学教材中出现的反应方程式有这几个：①2CuO+C2Cu+CO2↑；②CuO+H2Cu+H2O；③CuO+COCu+CO2；④2Fe2O3+3C4Fe+3

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金属氧化物热还原反应指的是金属氧化物(如Fe₂O₃、CuO等)在加热或者更高的温度条件下，用一些还原剂将氧化物中的金属元素以单质形式还原出来的反应。

 

这一类型的反应众多，也是目前刚刚接触化学这门自然学科的初中生必须掌握的反应。但在实际教学过程中发现，大多数学生在书写这一类反应时很容易将反应条件弄混淆。综合分析后，不难发现比如同一种金属氧化物在不同的还原剂作用下或者同一种还原剂还原不同的金属氧化物均会出现不同实验条件，如“加热”、“高温”……究竟是什么原因致使反应条件出现如此复杂的情况？

 

笔者也曾读过许多化学期刊中有关这一类反应的实验探究型论文，论文中很少出现专门针对这类反应条件多样化进行的分析。所以便借此机会，来谈谈我个人对此类反应的一些不成熟的看法，希望与广大同仁一起探讨，一起学习。 

就以CuO和Fe₂O₃的还原为例。现行的初中化学教材中出现的反应方程式有这几个：

①2CuO+C2Cu+CO₂↑；

②CuO+H₂Cu+H₂O；

③CuO+COCu+CO₂；

④2Fe₂O₃+3C4Fe+3CO₂↑；

⑤Fe₂O₃+3CO 2Fe+3CO₂。

 

尤其是反应①是中学化学教材中固相反应的典型代表，因该反应的成功率低而被广泛谈论和改进；反应②则比其他反应易于进行且现象明显；反应③作为一个补充CO还原性的方程式出现在教材中。

 

根据金属氧化物在低于1800K温度下在还原顺序，Ca＞Mg＞Al＞C＞Si＞H₂＞CO，可以看出H₂的还原能力介于C和CO之间，但H₂不同于金属，它的优点是反应生成物之一是水蒸气，它能随时由反应区内移去，有利于反应向正方向移动，且产物较纯净。

 

还原剂的化学活动性由被还原的氧化物与还原后所得氧化物的热力学性质所决定。各元素与氧发生反应，生成氧化物的特点是绝大部分反应的结果多为放出热量，放出的热量愈大，则生成的氧化物愈稳定。在平衡体系M_mO_n+ nH₂mM+nH₂O，H₂O_(g)的生成热(241．818kJ/mol)远远超过CuO 的生成热(156．8 kJ/mol)，所以CuO较易于H₂所还原，一般酒精灯加热就可使反应顺利进行 ^[1] 。虽然C的还原能力强于H₂，但固体还原剂与氧化物的充分接触程度毕竟没有固体与气体还原剂那么好，自然反应温度就比前者要高。

 

 

Fe₂O₃的生成热(824．25 kJ/mol)比CuO 的生成热大，说明Fe

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