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一氧化碳还原氧化铁的实证探索与教学思考 作者：刘怀乐????文章来源：化学教学2007年第11期????点击数： 2385????更新时间：2008-2-23 《化学教学》2007年第5期3页上，有“一氧化碳还原氧化铁教学中几个问题探究与反思”的一篇文章。笔者在仔细阅读这篇文章之后走进实验室，对CO还原Fe2O3的全过程进行了多方位，多角度地认真探索。本文拟想补充几点认识。 1、CO(或H2)还原Fe2O3是逐步进行的 我们可以从冶金学原理和大学无机化学[1]中查到氧化物的自由能———温度图(又称埃林汉姆图)。其中Fe的氧化物的热稳定性顺序是FeOFe3O4Fe2O3还原性顺序则与此相反：Fe2O3Fe3O4FeO 实验证明，无论是用CO作还原剂，抑或是用H2作还原剂，氧化铁(Fe2O3)的还原过程都是逐步进行的[2]： 首先是Fe2O3还原成Fe3O4： 然后是Fe3O4被还原成FeO： 最后，FeO被CO还原成Fe： 总反应是： 资料指出，温度高于710℃，Fe能稳定存在，680℃～710℃之间，FeO稳定存在，低于680℃，则主要是Fe3O4。对于CO和H2的还原性则普遍认为：温度低于810℃，CO的还原性比H2要强；高于810℃，H2的还原性比CO要强。将Fe2O3在不超过1050℃的条件下通入H2，可使之还原成铁粉[4]。 文革前人教版的高中化学第三册(第一分册)的134页图29特地指出：“高炉炼铁的全部还原过程都是500℃～800℃在高炉的炉身部分完成的”。总反应式所标示的是“高温”，显然是代表Fe3O4→Fe，特别是代表FeO→Fe的还原过程所必需的反应条件。 2、实验室用酒精灯加热(400℃～500℃)的温和条件下，CO很难最终把Fe2O3还原成Fe 按上世纪80年代～90年代的高中化学教材所图示的装置(如图)和操作方法进行实验，即使还原过程长达30min以上，实验过程中你会发现： ①不通CO，单独加热玻璃管里的Fe2O3粉末，粉末也会由“红棕”色逐渐变“黑”。所不同的是，粉末一旦冷却，又会恢复成加热前的红棕色。 ②先通人CO，然后加热，玻璃管里的粉末会由红棕色逐渐变黑。问题是这种黑色粉末主要不是单质Fe。尽管它可以被磁铁吸引，但是它却不具有单质铁的其它的更为特征的性质。例如:用这种黑色粉末分做以下实验: 一氧化碳还原氧化铁的实证探索与教学思考 作者：刘怀乐????文章来源：化学教学2007年第11期????点击数： 2387????更新时间：2008-2-23 实验2三个试管里都注人2ml, CuS04的浓溶液。第一个试管用作对比观察，第二个试管用几滴硫酸把CuSO4溶液酸化，第三个试管用水稀释1~2倍成更稀的CuS04溶液，然后分别加人相同量的黑色粉末，振荡，静置观察。你又会发现，三个试管中都没有红色的Cu被转换出来。而且溶液的颜色也没有明显的变化，磁铁仍然可以从试管外明显感应(动)试管内的黑色粉末，这说明黑色粉末没有跟CuSO4,溶液发生置换反应。 实验3在酒精灯的外焰上平放一块铁丝网，当灯焰把铁丝网烧呈红热状态时，把黑色粉末撒在红热的铁丝网上，可见黑色粉末在空气中燃烧呈棕红色火焰后，变成了红色粉末(Fe2O3)。 实验4把黑色粉末铺放在一条宽约2cm，长约10cm-15cm的纸槽内(粉末不能断续)，当点燃纸条的一端，粉末会被明火引燃，由始端燃烧至终端后，也变成红色粉末(Fe2O3) . 既然反应后的黑色粉末不具有单质铁的性质，那它就不是单质铁，这就说明，在实验室酒精灯(不是酒精喷灯)加热(4oo℃--500℃)的温和条件下，CO和H2等还原剂不可能把Fe2O3，中的铁最终还原成单质态Fe。这个事实从另一个角度证明了CO还原Fe2O3是逐步进行的。在用酒精灯加热的温和条件下，在邮Fe2O3 —Fe3O4 —FeO — Fe的过程中，完成①是绝对的多，完成②是相对的少，而要大量实现③，那几乎是不可能的。 3、黑色物质化学成分的理性探讨 首先说，Fe2O3被CO还原是有条件的。下面是Fe2O3 —Fe3O4、Fe3O4 —FeO、FeO——Fe和C —CO的埃林汉姆图。 可见，在适当的条件下，Fe2O3, Fe3O4, FeO都能被CO还原成Fe。当温度高于A(约300℃以上)，Fe2O3容易被还原成Fe304,;当温度高于B(约600℃以上)，Fe3O4才容易被还原成Fe0;只有当温度高于C(约700℃以上)，FeO才可以大量还原成单质Fe。在实验室用酒精灯加热(400℃~500℃)的温和的实验条件下，还原产物的绝对主要成分，当然只能是有强磁性的黑色的Fe3O4，而FeO只能是很少部分，仅有极少量的单质Fe那是理所当然的。或者说没有单质Fe，既是合乎逻辑的，又是符合实际的。 4、