為什麼鐵與氧氣反應生成的是四氧化三鐵？

1樓：宮非

2020-09-04

鐵跟氧氣反應就是氧化，但不是只能生成四氧化三鐵。以鐵鏽而言，就同時包括氧化亞鐵、三氧化二鐵及四氧化三鐵等三種鐵氧化物。

三氧化二鐵。

氧化鐵分為氧化亞鐵（ferrous oxide，FeO）、三氧化二鐵（Ferric oxide，，氧化鐵）和四氧化三鐵（ferroferric oxide，），其中，是紅棕色，反應為：。FeO 是不穩定的黑色粉末，和酸（弱氧化性酸）反應為：。

FeO 在空氣裡加熱，可被氧化成，是黑色的晶體，是複雜化合物，在晶體中有的 Fe 是 +2 價，有的Fe 是+3 價，可看成FeO、FeO，不是一般的氧化物。

FeO 溶於酸，不溶於水和鹼溶液。極不穩定，易被氧化成；在空氣中加熱會迅速被氧化成。正常的鐵是3+、亞鐵是2+，當一塊鐵要生鏽，第一步就是所謂的氧化反應（失去電子的反應）：

上面反應式可看出：鐵從正常原子失去兩個電子形成了亞鐵離子，就是被氧化了。（注：

e 是電子的意思，而前面的2 代表總共有兩個電子，應為電子只是原子的一部份所以沒有大寫。）

咦？形成亞鐵離子，那最後為什麼會有普通的氧化鐵呢？因為在有氧氣的環境中，亞鐵離子會進一步被氧化（再失去乙個電子）變成普通的鐵離子：

最後一步就是，和將剛剛吃掉的水吐乾淨（畢竟鐵鏽本身沒有水）：

鐵鏽（氧化亞鐵和氧化鐵）就形成啦！其實，鐵鏽裡面有，也有FeO，甚至有。當有越多的氧氣參與反應時，就會有越多的亞鐵離子被氧化成鐵離子，也代表最後會有較多的；而如果鐵是在缺氧的環境下生鏽，會有較多的亞鐵離子被儲存下來，最後會有較多的 FeO。

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2樓：伍偉夫

這與反應，3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2，在不同溫度下的標準自由能變（ΔrG°）是正值、還是負值，也就是反應方向，及這兩種物質的熱穩定性有關。

不難計算出該反應的ΔrH°=1/2ΔfH°(O2)+2ΔfH°(Fe3O4)-3ΔfH°(Fe2O3)

=1/2×0+2×(-1118)-3×(-824)=236(kJmol-1)。這是乙個吸熱的，常溫下不易進行的反應。

其ΔrS°=1/2S°(O2)+2S°(Fe3O4)-3S°(Fe2O3)

=1/2×205.3+2×146-3×87.4=132.5(Jmol-1K-1)。是乙個熵增的反應。

從吉赫方程，ΔrG°=ΔrH°-TΔrS°，不難看出。在溫度T很高的情況下，這個反應的ΔrG°將會變為負值。也就是，這個反應可以自發的進行。

此時，Fe3O4比Fe2O3要更穩定。

這個溫度由的吉赫方程，0=236×1000-T×132.5，可以計算出來。

解得，T=1781（K）。約為1500（攝氏度）。

也就是，在這個溫度之上，Fe3O4穩定；在這個溫度之下，則是Fe2O3穩定。

所以，在常溫下（溫度不高）鐵與氧氣反應的產物多是Fe2O3。在氧氣中燃燒（溫度很高）的產物則是Fe3O4。

這樣的例子還有很多。如，

2CuO=Cu2O+1/2O2，

HgO=Hg++1/2O2。

它們都是，式子前面的氧化物，只能在溫度相對較低的情況下才能存在。

在「艾林漢圖」中代表這些反應的，都是斜率為正值，且要穿越ΔrG°=0座標線的，一條條折線。