四氧化三铁溶于酸吗?高考题的启示!

创业   2024-11-28 19:02   吉林  

一、初步认识四氧化三铁


初中化学我们学习过,铁丝在纯氧中燃烧时生成Fe3O4



铁有三种氧化物:FeO、Fe2O3Fe3O4,其中Fe3O4是一种铁氧体磁性物质,是中学阶段接触到的唯一的磁性物质,俗称磁性氧化铁、磁铁等。


在自然界中有存在,主要为磁铁矿,也可以由化学方法制得,如由铁在氧气中加热燃烧、或将水蒸气通过赤热的铁、或由FeO部分氧化、可由Fe2O3加热到1673K以上制得。

大多数情况下可认为Fe3O4可写作FeO·Fe2O3X射线研究证明,一般认为Fe3O4是由Fe2+Fe3+、Fe3+O2-通过离子键而组成的复杂离子晶体Fe3O4是纯净物


二、深入认识四氧化三铁(来自氢剑化学)


Fe3O4写成Fe2O3·FeO,容易让人觉得它是混合物,不应该提倡。

还有一个写法,把四氧化三铁看成是铁酸亚铁,即
Fe(FeO2)2
但X射线衍射也证明了四氧化三铁中并不存在铁酸根离子的结构,这种写法也容易误导人。
如果非要写出结构,用下式可能比较合理:
(Fe3+)t(Fe2+Fe3+)oO42-
下标的o表示八面体,小标的t表示四面体。
从空间结构上看,是不是四氧化三铁很变态,很致密,这也是它能保护铁的原因了。






Fe3O4X射线分析证明其为离子晶体,在晶体里存在的是Fe2+Fe3+O2-离子,每个晶胞中有8Fe2+16Fe3+32O2-,相当于8Fe3O4O2-离子做立方最密堆积,Fe3+的一半(8个)嵌入堆积中的四面体空隙,而全部Fe2+和另一半Fe3+则无规则分布在八面体空隙,平均Fe2+Fe3+各占一半(图9)。
正因为Fe2+Fe3+在八面体位置上的无序排列,电子可在铁的两种氧化态间迅速发生转移,所以四氧化三铁固体具有优良的导电性,其结构式可以表示为[Fe3+]t[Fe2+Fe3+]oO4(图10)。


9  Fe3O4晶体结构中的空隙


10  Fe3O4是反式尖晶石结构
图片来源:英国皇家化学会。绿色为二价铁,棕色为三价铁,灰色为氧

三、四氧化三铁能与酸反应
高中涉及到的四氧化三铁与酸发生反应的方程式:


四氧化三铁能与酸反应胡俊洲南宁师范大学化学与材料学院)


也有老师做实验证明:分析纯的四氧化三铁能与酸反应,能溶于酸!


四、天然矿物中的四氧化三铁不与酸反应

2015全国新课标1卷

以铁硼矿(主要成分为Mg2B2O5•H2OFe3O4,还有少量Fe2O3FeOCaOAl2O3SiO2等)为原料制备硼酸(H3BO3),

由流程可知,加硫酸溶解时,Fe3O4SiO2不溶!


五、查文献,四氧化三铁能不能与酸反应(半岛化学)

1. Fe3O4是一种混合价态Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化物。Fe3O4是一种铁氧体磁性物质,不溶于水和酸。——北京师范大学《无机化学(下册)》高等教育出版社


2. Fe3O4是一种混合的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)氧化物,它能由FeO的部分氧化得到,或者更方便地,由加热Fe2O3到大约1400 ℃以上得到。在自然界,Fe3O4以磁铁矿或磁石的形态存在。它是一种黑色的强铁磁性物质,不溶于水和酸。
——《元素化学》 N.N. 格林伍德
也有文献指出Fe3O4与浓盐酸可以反应,与稀盐酸几乎不反应.

3. 黑色的Fe3O4,其中含有Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)。可以将四氧化三铁看成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁。将其溶于稀盐酸中,溶液中存在Fe2+和Fe3+——宋天佑《无机化学(下册)》高等教育出版社
——《化学:必修第一册 教师用书》鲁科版

下面这篇文献中,分别使用磁铁矿、分析纯Fe3O4粉末、打印机墨粉与3 mol/L硫酸、6 mol/L盐酸反应,通过实验提出以下结论:
(1)天然磁铁矿与盐酸反应速率十分缓慢,反应活性差,性质稳定。
(2)工业合成的Fe3O4粒径小(墨粉中是纳米级顆粒),比表面积大,加快了其动力学反应速率,与盐酸在合适的反应条件下反应,可显著检测到产物中的Fe2+和Fe3+
(3)盐酸与Fe3O4反应速率优于氢离子浓度相同的硫酸,推测与CI-有关,经过对比实验予以证实。

(4)升高温度能够显著提高Fe3O4的浸出速度。 

橙果园
遇见,在人生紧要处
 最新文章