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含氧酸盐受热分解的几种情况

含氧酸盐受热时可能发生两类反应:热分解反应和自氧化还原反应。

1.含氧酸盐热分解反应的类型

就热分解反应的产物,可分为以下四类:

(1)生成相应的氧化物

CaCO3=CaO+CO2

Fe2(SO4)3=Fe2O3+3SO3

这类反应的特点是:元素的氧化态均无改变,在一定条件下(至少从理论上)可发生逆反应;热分解反应是熵增过程(升温有利于热分解反应),而逆反应为焓降过程。

某些金属,如碱土金属氢氧化物受热脱水也具有上述两个特点:元素氧化态不变及可逆,所以也可以把它们归入这类[虽然Ca(OH)2不是含氧酸盐]。

Ca(OH)2=CaO+H2O

(2)生成O2和另一种化合物

2KClO3=2KCl+3O2

2KNO3=2KNO2+O2

这是不可逆反应。它的实际意义是生成O2,供反应之需。

(3)生成O2和氧化物

2Cu(NO3)2=2CuO+4NO2O2

2CaSO4=2CaO+2SO2+O2

对于这类反应,应关注分解产物间还可能发生的氧化还原反应,如Fe(NO3)2分解产物NO2、O2,具有氧化性,而“FeO”具有还原性,所以分解反应的方程式为

4Fe(NO3)2=2Fe2O3+8NO2+O2

与此类似的有

2FeSO4=Fe2O3+SO3+SO2

3MnCO3=Mn3O4+2CO2+CO

此外,贵金属氧化物对热不稳定,热分解产物中有金属。

2AgNO3=2Ag+2NO2+02

(4)生成碱式盐

2PbCO3=PbO·PbCO3+CO2

2.氯酸盐热分解反应的类型

氯酸盐受热时的反应至少有6种类型。

(1)2MClO3=2MCl+3O2

(2)2MClO3=M2O+Cl2+5/2O2

(3)4MClO3=3MClO4+MCl

(4)2MClO3=2MCO2+O2

(5)MClO3+1/2O2=MClO4

(6)2MClO3=MClO4+MClO2

常见的LiClO3、NaClO3、KClO3、Ba(ClO3)2、AgClO3这五种氯酸盐受热形成的固态产物往往不是单一物质,也就是说,气态产物虽不全是O2,然而固态产物以MCl为主、气态产物以O2为主是确定无疑的。

3.元素的中间氧化态含氧酸(盐)受热时的反应

受热时可能发生自氧化还原反应。如

3NaClO=NaClO3+2NaCl

4KClO3=3KClO4+KCl

这类反应没有气态物参与,那么反应的“动力”应是焓变。

NaClO3=3/4NaClO+1/4NaCl   ΔRHΘm=-33kJ/mol

又Na2SO3=1/4Na2S+3/4Na2SO4ΔRHΘm=-40kJ/mol

即Na2SO3也能发生自氧化还原反应。

实验:称两份质量相同的Na2SO3·7H2O。一份溶于水并测其pH。另一份放在坩埚中用酒精喷灯强热一段时间,冷却后,把坩埚中的固态物溶于水并测pH。后者pH明显大于前者,可证有Na2S(H2S的酸性弱于H2SO3)生成。NaH2PO2(次磷酸钠)、Na2HPO3(亚磷酸钠)受热发生自氧化还原反应得磷酸钠和气态膦(PH3)。

4Na2HPO3=2Na3PO4+Na2HPO4+PH3

2NaH2PO2=Na2HPO4+PH3

导致氯、硫、磷中间氧化态发生自氧化还原反应的“动力”不完全相同。对于氯,产物MClO4、MCl的ΔH都低于MClO3;对于硫,一种产物Na2SO4RHΘM=-1384 kJ/mol)能量低于Na2SO3(-1070 kJ/mol),另一种产物 Na2S(-373 kJ/mol)能量较高,就生成物总能量看,还是降低了;对于磷,NaH2PO2、Na2HPO3的自氧化还原反应是吸热过程,虽然膦PH3是吸热化合物(9.2kJ/mol),但由于它是气体,(熵增)促进反应的进行。由此可见,应从ΔRGΘm(而不仅是)ΔRHΘm(判断反应的倾向)。

4.铵盐的热分解反应

铵盐对热的稳定性不同于相应的钠、钾盐,如NH4HCO3在室温就会分解(俗称气肥),而NaHCO3、KHCO3室温不发生分解。

(1)已知NH4HCO3在室温分解,则(NH4)2CO3对热更不稳定。试剂碳酸铵是碳酸氢铵和氨基甲酸铵的混合物,溶于水,使用时微热,后者转化为(NH4)2CO3

NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3已知H2PO4、HPO42、PO43亲和质子的倾向依序增强,所以(NH4)3PO4热分解温度最低(40℃),(NH4)2HPO4次之(140℃),NH4H2PO4最高(170℃)。

(2)温度升高,NH3会分解,即NH3有还原性。若“HA”有氧化性,热分解同时发生氧化还原反应,如 HNO2、HNO3有氧化性,所以

NH4NO2=N2+2H2O

对于这个反应的产物可作如下理解:从反应物化学式看,NH4NO2“分解”成等物质的量的“NH3”和“HNO2”,元素n(在前者中氧化态为)-3,在后者中为+3,所以生成氧化态为0的N2。按照这样的判断不难了解某些铵盐受热分解的产物。如:

NH4NO3=N2O+2H2O

这是制笑气(N2O)的反应方程式。笑气是吸热化合物(ΔH=81.6kJ/mol),温度升高发生分解(熵增),所以NH4NO3作为炸药,发生的反应为NH4NO3=N2+1/202+2H20

又如:

(NH4)2Cr2O7=N2+Cr2O3+4H2O

NH4MnO4=1/2N2+MnO2+2H2O

(NH4)2MnO4=N2+Mn+4H2O

然而实际反应要复杂得多,因NH4ClO4分解形成多种气态产物(其中有O2),所以被用作炸药(NH4ClO4和C)、火箭推进剂(NH4ClO475%,燃料20%,其他5%)。

(责任编辑:化学自习室)
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