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金属被氧化发生什么反应

发表时间:2024-07-29 12:12:49 来源:网友投稿

这个没有定论,一种具体的金属氧化物,被一种具体的还原剂还原,反应本身是吸热还是放热,可以通过标准摩尔生成焓计算出来,一般大学无机化学、普通化学或者物理化学教材上都有计算方法。

但如果是高中化学阶段,只需要定性了解一下,则一般来说金属氧化物本身的氧化性越强,还原剂自身的还原性越强,反应就越有可能是放热的,一些强氧化性金属氧化物,被强还原剂还原时,反应甚至可能是爆炸性的。

判断金属氧化物的氧化性,可以看这种金属氧化物在加热下是否容易分解放出氧气,分解放出氧气的温度越低,一般来说金属氧化物的氧化性就越强,例如氧化铜在800摄氏度左右开始分解放出氧气;二氧化锰热分解放氧温度更低,有文献指出仅550摄氏度左右;而三氧化二铁要在1000摄氏度以上的高温才有可能转化为四氧化三铁,那么可以认为二氧化锰的氧化性强于氧化铜,氧化铜的氧化性又强于三氧化二铁。注意:此处不可用标准电极电势来比较氧化性,因为并非水溶液中的反应。

氧化铜是一种高温下氧化性较强的金属氧化物,甚至可以认为氧化铜在高温下是强氧化剂,所以初中化学中,氢气还原氧化铜、碳(木炭)还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜三个反应其实都是放热反应,所以在实验室酒精灯加热的温度下就容易做成功,其中木炭还原氧化铜的反应是一个固相反应,活化能较高,引发反应所需的温度也较高,所以经常要用煤气灯或者酒精喷灯加热引发反应,但此反应是强放热的,只要反应物重量比合适(接近化学计量比),研磨混合充分,反应引发后可看到剧烈燃烧的现象,所以做这个实验的试管应该是硬质玻璃试管,若用软质玻璃试管有被熔化变形甚至熔穿的可能性。木炭还原氧化铜的实验也可以在坩埚中进行,甚至可以像铝热剂一样在纸漏斗中点燃反应。

高中化学实验中的一氧化碳还原氧化铁实验(说明炼铁原理的实验),实际上氧化铁的还原是逐步进行的,Fe2O3逐步被CO还原为Fe3O4、FeO,最后才得到单质铁,其中第一步反应是Fe2O3被CO还原为Fe3O4,这个反应其实也是放热的:

3Fe2O3(s) + CO(g) = 2Fe3O4(s) + CO2(g) + Q

所以这一步反应在实验室酒精灯加热的情况下就容易进行,但Fe3O4和FeO的氧化性比Fe2O3更弱,Fe3O4和FeO被还原为单质铁所需的温度就高多了,所以实验进行时,玻璃管中的红色粉末(Fe2O3)虽然会逐渐变成黑色,但在高中化学实验的条件下,这种黑色粉末的主要成分其实是Fe3O4,而并非单质铁,有教师习惯用磁铁吸引黑色粉末的方法,说明还原得到了铁,其实是不准确的,因为Fe3O4也能被磁铁吸引。

判断还原剂的还原性,可以看这种还原剂与氧气反应的难易程度,以及还原剂与氧气反应时的放热程度。碳(木炭、焦炭等)虽然在空气中点燃并非很容易,但碳在氧气中充分燃烧时放出大量的热,所以高温下碳的还原性是相当强的,很多碳作为还原剂的金属氧化物还原反应,虽然需要高温引发,但很可能是放热反应,木炭还原氧化铜是个典型例子。

金属还原剂例如镁和铝,与氧的亲和力极强,在氧气中燃烧时放出大量的热,反应十分剧烈,所以金属还原剂还原金属氧化物(极活泼金属氧化物除外)通常都是放热反应。铝热反应是典型的例子,常见三氧化二铁与铝粉配制的铝热剂燃烧已经十分剧烈,四氧化三铁与铝粉配制的铝热剂稍微缓和一些,氧化铜、铅丹(四氧化三铅Pb3O4)、二氧化锰等强氧化性金属氧化物和铝粉混合配制的铝热剂,点燃后可能立即发生爆炸!而且还原出的铜、铅等金属熔点低,极易四处飞溅熔珠,伤人危险性极大,切勿随意实验!

镁粉和氧化铜在试管中混合加热是极其危险的,几克的用量就会引发猛烈的爆炸,某些中学化学实验题中提到使用镁粉和氧化铜共热还原氧化铜,这种实验在通常情况下是根本无法进行的。

镁粉还原二氧化硅(SiO2)可以得到粗硅或者硅化镁(Mg2Si),这一反应也是放热的,镁粉和石英砂甚至干燥黄砂混合都能点燃,不过此反应较为缓和,所以镁粉或者镁屑燃烧时,干燥黄砂并非是非常有效的灭火剂,往往黄砂压上去,明火和耀眼白光是减弱了,但镁粉仍然与黄砂反应,在黄砂下“闷烧”,黄砂只能控制火势蔓延却不能有效灭火,这一特点使得扑救镁粉火灾时要特别小心,特别是明火压制后,清理压在黄砂下“闷烧”的镁粉时更要小心,谨防复燃。有效扑救镁火灾应该使用特种灭火剂,例如D类干粉灭火剂中可用于扑救镁火灾的品种。

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