还原－氧化反应

氧化还原反应中，物质被氧化，必然伴随着另一种物质被还原

还原－氧化反应是指在一个氧化还原反应中，一种物质被氧化，必然伴随着另一种物质被还原。

物质原理

有电子得失（有化合价改变）的化学反应。在一个氧化还原反应中，一种物质被氧化，必然伴随着另一种物质被还原。例如：

式(1)中,碳氧化为CO；FeO则还原为铁。式(2)中锌氧化为 Zn； Cu则还原为铜。式(3)中，铝氧化为AlCl；AlCl则还原为 AlCl。式(3)称为歧化反应(见化学迁移反应)。冶金工作者习惯上根据反应的主要目的或手段，给某个冶金过程命名为氧化过程或还原过程。例如，高炉炼铁过程中虽然有碳的氧化，但冶炼的目的是将铁矿石还原成铁，所以将高炉炼铁划入还原过程。又如白冰铜吹炼成铜的反应：

尽管有CuS还原为铜，但吹炼的基本目的是用氧将白冰铜中的硫氧化除去以获得粗铜，所以称之为氧化吹炼。这种命名方法反映了冶金工作者在设计、研究和生产工艺上所侧重考虑的方面。

冶金过程中常见的还原反应有三种：

碳热还原碳为还原剂，被还原物来自氧化矿的矿石及其精矿粉的烧结块或球团，或硫化精矿的烧结块或焙砂。如高炉炼铁，鼓风炉炼铅，竖罐炼锌，电炉炼制硅铁、锰铁等均属此类型。

金属热还原还原剂为金属，如Al、Si（更常用含Si75%的 Fe-Si合金）、Mg、Ca、Na等。被还原物为氧化物或氯化物。如用铝热还原法生产钒铁,克劳尔(Kroll)法中用镁还原TiCl生产海绵钛等（见金属热还原）。

气体还原还原剂为H、CO、CH、水煤气或其他气态碳氢化合物。如粉末冶金工业经常用氢还原氧化物以制取金属粉（如W、Mo、Fe等），再压制成型,烧结成产品。湿法冶金常自金属盐溶液中，采用高压氢还原法制取金属钴等。在高炉炼铁、鼓风炉炼铅中，除固体碳参加还原反应外，也有大量CO参加反应。

此外，利用不溶阳极或可溶粗金属阳极进行金属盐的酸性水溶液电解时，在阴极上析出金属（如Cu、Zn、Cd、Co、Ni等）的反应，以及高温熔盐电解生产铝、镁等的阴极反应，也可属于还原反应之列。

作为氧化反应来看待的冶金过程有四种：

氧化焙烧（包括烧结）利用空气或富氧空气对硫化矿或其精矿粉焙烧去硫,形成金属氧化物或硫酸盐,例如：

(5)

ZnS+2O2→ZnSO4 (6)

氯化焙烧利用氯化剂在氧化气氛下对硫化矿焙烧去硫，得到金属氯化物，例如：

上列反应是湿法冶金提取铜使用的氯化焙烧反应。

氧化吹炼以纯氧气顶吹、底吹或顶底复合吹在转炉内由生铁炼成钢的过程中，脱硅、脱锰、脱碳及脱磷都是氧化反应；在卧式转炉内利用空气或富氧空气吹炼铜锍（冰铜）得到粗铜也是氧化反应。上述吹炼均属自热过程。

氧化精炼利用氧化性炉渣或铁矿石为氧化剂，在平炉或电炉内炼钢，脱去杂质，其氧化反应和转炉炼钢时的反应相同。粗铜在反射炉内精炼，利用空气脱去粗铜内的Fe、Zn、Co、Sn、Pb、S等杂质。

此外，粗金属铸成阳极在其盐的酸性水溶液中的电化溶解，形成金属阳离子，如Ag、Au、Cu、Pb、Ni、Co等，也可属氧化反应之列。

当有许多氧化物同时被还原或许多元素同时被氧化时，则存在还原氧化顺序的问题，也即选择性还原与氧化的问题。进入高炉的原料(矿石、熔剂及燃料)除FeO外，尚含有CaO、MgO、AlO、SiO、MnO、PO等氧化物，也可能含有其他氧化物如RO(R表稀土金属)、TiO、NbO、VO、CrO、CuO、NiO、SnO、AsO等。何种元素能被还原进入生铁，何种元素不能被还原而以氧化物进入炉渣？通过热力学分析可以回答此问题。从元素氧化的自由焓°对温度的关系图(见氧势图)可看出，在高炉炉缸的温度范围 (1300～1600℃)内，以图中部氧化为CO的°线的位置为界，该图可分为三个区域。中间区域有若干元素如Mn、V、Nb、Cr等，其氧化反应的°线和碳氧化反应的°线相交。下部区域有若干元素如Ca、Mg、Ce、Al等，其氧化反应的°线在碳氧化反应的°线之下，而不与之相交。上部区域有若干元素，如 Cu、Ni、P等，其氧化反应的°线在碳氧化反应的°线之上，也不与之相交。根据图内°线的位置得知:①在高炉的操作条件下，CaO、MgO、AlO及RO不能被还原而全部进入炉渣;Cu、Ni、Sn、P及As全部被还原,进入生铁；②MnO、NbO、VO及CrO则大部分被还原进入生铁,部分进入炉渣；③硅被还原进入生铁的部分则取决于高炉的操作条件，炉缸温度高，将使较多量的硅进入生铁。

炼制合金钢时，合金原料加入电弧炉的先后顺序取决于元素与氧的亲合力。根据元素在铁液中氧化的°与温度关系图，可以按氧化反应自由焓变量的大小确定加料先后的顺序。

自由焓计算可以提供还原- 氧化反应的理论分析依据。例如，根据式(8)，硅在低于2470K时，不可能还原MgO：

°=396640-216.73(焦)此时最低还原温度根据式(9)降低为1830K。当采用真空操作时，自由焓计算证明,在压力小于32毫米汞柱时,在1200℃即可顺利操作得到金属镁。这说明运用热力学分析能提供较合适的冶炼操作条件。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省