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  • 1 # 使用者6601992642836

    這個沒有定論,一種具體的金屬氧化物,被一種具體的還原劑還原,反應本身是吸熱還是放熱,可以透過標準摩爾生成焓計算出來,一般大學無機化學、普通化學或者物理化學教材上都有計算方法。

    但如果是高中化學階段,只需要定性瞭解一下,則一般來說,金屬氧化物本身的氧化性越強,還原劑自身的還原性越強,反應就越有可能是放熱的,一些強氧化性金屬氧化物,被強還原劑還原時,反應甚至可能是爆炸性的。

    判斷金屬氧化物的氧化性,可以看這種金屬氧化物在加熱下是否容易分解放出氧氣,分解放出氧氣的溫度越低,一般來說金屬氧化物的氧化性就越強,例如氧化銅在800攝氏度左右開始分解放出氧氣;二氧化錳熱分解放氧溫度更低,有文獻指出僅550攝氏度左右;而三氧化二鐵要在1000攝氏度以上的高溫才有可能轉化為四氧化三鐵,那麼可以認為二氧化錳的氧化性強於氧化銅,氧化銅的氧化性又強於三氧化二鐵。注意:此處不可用標準電極電勢來比較氧化性,因為並非水溶液中的反應。

    氧化銅是一種高溫下氧化性較強的金屬氧化物,甚至可以認為氧化銅在高溫下是強氧化劑,因此初中化學中,氫氣還原氧化銅、碳(木炭)還原氧化銅和一氧化碳還原氧化銅三個反應其實都是放熱反應,因此在實驗室酒精燈加熱的溫度下就容易做成功,其中木炭還原氧化銅的反應是一個固相反應,活化能較高,引發反應所需的溫度也較高,因此經常要用煤氣燈或者酒精噴燈加熱引發反應,但此反應是強放熱的,只要反應物重量比合適(接近化學計量比),研磨混合充分,反應引發後可看到劇烈燃燒的現象,因此做這個實驗的試管應該是硬質玻璃試管,若用軟質玻璃試管有被熔化變形甚至熔穿的可能性。木炭還原氧化銅的實驗也可以在坩堝中進行,甚至可以像鋁熱劑一樣在紙漏斗中點燃反應。

    高中化學實驗中的一氧化碳還原氧化鐵實驗(說明鍊鐵原理的實驗),實際上氧化鐵的還原是逐步進行的,Fe2O3逐步被CO還原為Fe3O4、FeO,最後才得到單質鐵,其中第一步反應是Fe2O3被CO還原為Fe3O4,這個反應其實也是放熱的:

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

    因此這一步反應在實驗室酒精燈加熱的情況下就容易進行,但Fe3O4和FeO的氧化性比Fe2O3更弱,Fe3O4和FeO被還原為單質鐵所需的溫度就高多了,因此實驗進行時,玻璃管中的紅色粉末(Fe2O3)雖然會逐漸變成黑色,但在高中化學實驗的條件下,這種黑色粉末的主要成分其實是Fe3O4,而並非單質鐵,有教師習慣用磁鐵吸引黑色粉末的方法,說明還原得到了鐵,其實是不準確的,因為Fe3O4也能被磁鐵吸引。

    判斷還原劑的還原性,可以看這種還原劑與氧氣反應的難易程度,以及還原劑與氧氣反應時的放熱程度。碳(木炭、焦炭等)雖然在空氣中點燃並非很容易,但碳在氧氣中充分燃燒時放出大量的熱,因此高溫下碳的還原性是相當強的,很多碳作為還原劑的金屬氧化物還原反應,雖然需要高溫引發,但很可能是放熱反應,木炭還原氧化銅是個典型例子。

    金屬還原劑,例如鎂和鋁,與氧的親和力極強,在氧氣中燃燒時放出大量的熱,反應十分劇烈,因此金屬還原劑還原金屬氧化物(極活潑金屬氧化物除外)通常都是放熱反應。鋁熱反應是典型的例子,常見三氧化二鐵與鋁粉配製的鋁熱劑燃燒已經十分劇烈,四氧化三鐵與鋁粉配製的鋁熱劑稍微緩和一些,氧化銅、鉛丹(四氧化三鉛Pb3O4)、二氧化錳等強氧化性金屬氧化物和鋁粉混合配製的鋁熱劑,點燃後可能立即發生爆炸!而且還原出的銅、鉛等金屬熔點低,極易四處飛濺熔珠,傷人危險性極大,切勿隨意實驗!

    鎂粉和氧化銅在試管中混合加熱是極其危險的,幾克的用量就會引發猛烈的爆炸,某些中學化學實驗題中提到使用鎂粉和氧化銅共熱還原氧化銅,這種實驗在通常情況下是根本無法進行的。

    鎂粉還原二氧化矽(SiO2)可以得到粗矽或者矽化鎂(Mg2Si),這一反應也是放熱的,鎂粉和石英砂甚至乾燥黃砂混合都能點燃,不過此反應較為緩和,因此鎂粉或者鎂屑燃燒時,乾燥黃砂並非是非常有效的滅火劑,往往黃砂壓上去,明火和耀眼白光是減弱了,但鎂粉仍然與黃砂反應,在黃砂下“悶燒”,黃砂只能控制火勢蔓延卻不能有效滅火,這一特點使得撲救鎂粉火災時要特別小心,特別是明火壓制後,清理壓在黃砂下“悶燒”的鎂粉時更要小心,謹防復燃。有效撲救鎂火災應該使用特種滅火劑,例如D類乾粉滅火劑中可用於撲救鎂火災的品種。

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