化学自习室移动版

【基本信息】

1．化学式：Fe₃O₄

2．化学键：Fe₃O₄是由3个铁原子与4个氧原子，通过离子键而组成的复杂离子晶体。

3．名称：四氧化三铁，磁性氧化铁

4．结构特点：在Fe₃O₄中的Fe具有不同的氧化态，过去曾认为它是FeO和Fe₂O₃的混合物，但经X射线研究证明，Fe₃O₄是一种反式尖晶石结构，可写成Fe(III)[(Fe(II)Fe (III)O₄]。晶体结构为六方晶系的永久磁石(硬磁体)和具有化学组成为M(II)•Fe₂O₃的尖晶石结构

5.高中阶段涉及到四氧化三铁的一些反应

①四氧化三铁和盐酸：Fe₃O₄＋8HCl=FeCl₂＋2FeCl₃＋4H₂O

②四氧化三铁和硝酸：3Fe₃O₄＋28HNO₃=9Fe(NO₃)₃＋NO↑＋14H₂O

③四氧化三铁和氢碘酸：Fe₃O₄＋8HI=3FeI₂＋4H₂O＋I₂

④铝热反应：8Al＋3Fe₃O₄=9Fe＋4Al₂O₃

⑤铁和水蒸气：3Fe＋4H₂O(g)=Fe₃O₄＋4H₂

⑥铁和氧气：3Fe＋2O₂=Fe₃O₄

⑦氧化亚铁和氧气：3FeO ＋O₂=2Fe₃O₄

⑧铁钝化：钝化成氧化产物FexOy，主要可能是Fe₃O₄

⑨“发蓝”处理：

3Fe＋NaNO₂＋5NaOH=3Na₂FeO₂＋NH₃↑＋H₂O

8Fe＋3NaNO₃＋5NaOH＋2H₂O＝4Na₂Fe₂O₄＋3NH₃↑(不一定用硝酸钠作氧化剂)

Na₂FeO₂＋Na₂Fe₂O₄=2H₂O＋Fe₃O₄＋4NaOH

⑩其他

【问题的提出】

1.溶解磁性氧化铁为什么要用以下方法：

在实验室中常用磁铁矿(Fe₃O₄)作为制取铁盐的原料。为处理这样的不溶性氧化物，往往采用酸性熔融法，即以K₂S₂O₇(或KHSO₄)作为溶剂，熔融时分解放出SO₃。

2KHSO₄==K₂S₂O₇＋H₂O 

K₂S₂O₇==K₂SO₄＋SO₃

生成的SO₃能与不溶性氧化物化合，生成可溶性的硫酸盐。

4Fe₃O₄＋18SO₃＋O₂== 6Fe₂(SO₄)₃

冷却后的溶块，溶于热水中，必要时加些盐酸或硫酸，以抑制铁盐水解。

2.许多资料表明，天然的四氧化三铁不能溶解在酸中。

3.“四氧化三铁：铁丝在氧气里燃烧生成四氧化三铁；铁在空气里加热到500℃，铁跟空气里的氧气起反应也生成四氧化三铁；锻工砧子周围散落的蓝灰色碎屑主要是四氧化三铁；铁跟高温的水蒸汽发生置换反应生成四氧化三铁和氢气；天然磁铁矿的主要成分是四氧化三铁的晶体。四氧化三铁是一种重要的常见铁的化合物。四氧化三铁呈黑色或灰蓝色，密度5.18g/cm³，熔点1594℃，硬度很大，具有磁性，又叫磁性氧化铁。四氧化三铁不溶于水和碱溶液，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，但能溶于盐酸。天然的Fe₃O₄不溶于盐酸。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe(II)Fe(III)[Fe(III)O₄]。在Fe₃O₄里，铁显两种价态，一个铁原子显＋2价，两个铁原显＋3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe₂O₃组成的化合物，可表示为FeO•Fe₂O₃，而不能说是FeO与Fe₂O₃组成的混合物。

4.为什么铁被钝化以后不能被浓盐酸或者浓硝酸溶解？除因为浓硫酸酸性弱以外的解释，其他的解释都不给力。因为浓硝酸的酸性还是比较强的！

结论就是：四氧化三铁实际上可能很难和盐酸或者硝酸反应，氢碘酸也很难和四氧化三铁反应。

【实验】

设计如下实验：

用铁丝在纯氧中燃烧的实验来制备Fe₃O₄，然后用不同浓度的盐酸来设计反应，先在盐酸中滴入无色的KSCN溶液两滴，放入Fe₃O₄样品，放置3天，每天观察8次，做好记录。浓盐酸(35%－37%)中有极少量的Fe₃O₄发生反应，用SCN﹣来检测到溶液变为红色可验证Fe^3＋确实存在，但反应缓慢，与“易溶”有着很大的差距。在6mol/L 及更稀的盐酸中Fe₃O₄不反应，无任何现象，用SCN^－来检测溶液不变红色。

用磁石做同样的对比实验，用不同浓度的盐酸来设计反应，浓盐酸(35%~37%)中有极少量的磁石发生反应，用SCN﹣来检测到溶液变为红色可验证Fe^3＋确实存在，但反应缓慢，与实验①现象差不多。

由于实验会受各种因素的影响，可以不断的进行实验，以望得到真正原理。综上所述，说明了对Fe₃O₄性质，尤其是与酸的反应原理目前大家对该问题还有争议，所以把一个有争议的、观点不统一的知识点来命题，觉得值得商榷。

初步结论：四氧化三铁很难和酸反应。

【结束语】

费尔巴赫曾大声喊:磁铁有灵魂吗！是的，不论是恒星或双星的运动，还是分子化学键、光量子、基本粒子的运动，或是二氧化硅和四氧化三铁的结晶过程，量子化的旋涡运动是物质世界的普遍规律，在小小的四氧化三铁的单晶面上甚至包括了整个宇宙中我们还不完全清楚的许多问题，也许还有物理学、天文学、化学、数学、哲学、宗教和伦理道德等等。

高中化学老师，不要太“给力”，请不要把一些没有做过的实验强加给学生，甚至作为命题的前提。