[拼音]：huanyuan-yanghua fanying

[外文]：reduction-oxidation reaction

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：FeO+C─→Fe+CO (1)

Zn+Cu²⁺ ─→Zn²⁺ +Cu (2)

AlCl₃+2Al─→3AlCl (3)

式(1)中，碳氧化为CO；FeO则还原为铁。式(2)中锌氧化为 Zn²⁺； Cu²⁺ 则还原为铜。式(3)中，铝氧化为AlCl；AlCl₃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：Cu₂S+O₂─→2Cu+SO₂ (4)

尽管有Cu₂S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。

还原反应

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TiCl₄生产海绵钛等（见金属热还原）。

气体还原

还原剂为H₂、CO、CH₄、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。

氧化反应

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：Cu₂S+4NaCl+2O₂→2CuCl₂+2Na₂O+SO₂ (7)

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⁺、Au³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Co²⁺ 等，也可属氧化反应之列。

还原－氧化顺序

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Fe₂O₃外，尚含有CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂、MnO、P₂O₅等氧化物，也可能含有其他氧化物如R_xO_y(R表稀土金属)、TiO₂、Nb₂O₅、V₂O₃、Cr₂O₃、Cu₂O、NiO、SnO、As₂O₅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ΔG°对温度T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C氧化为CO的ΔG°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ΔG°线和碳氧化反应的ΔG°线相交。下部区域有若干元素如Ca、Mg、Ce、Al等，其氧化反应的ΔG°线在碳氧化反应的ΔG°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ΔG°线在碳氧化反应的ΔG°线之上，也不与之相交。根据图内ΔG°线的位置得知：

（1）在高炉的操作条件下，CaO、MgO、Al₂O₃及R_xO_y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；

（2）MnO、Nb₂O₅、V₂O₃及Cr₂O₃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ΔG°与温度T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：Si_(固)+2MgO_（固）─→2Mg_（气）+SiO_2(固) (8)

ΔG°＝523000-211.71T (焦)皮吉昂(Pidgeon)法火法炼制纯镁采用白云石为原料： Si_(固)+2(CaO·MgO)_(固)─→2Mg_（气）+Ca₂SiO_4(固) (9)

ΔG°＝396640-216.73T (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。

参考书目

1. 魏寿昆：《冶金过程热力学》，上海科学技术出版社，1980。
2. F.Habashi，Principles of Extractive Metallurgy，Vo1.2，Gorden & Breach， New York，1970.