12月8號(hào)在泰州聽(tīng)王祖浩教授作報(bào)告時(shí)提到有關(guān)四氧化三鐵在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，記得本人05年寫(xiě)過(guò)一篇相關(guān)的論文，當(dāng)時(shí)投了稿，被“建議另投它稿”理由退稿了，現(xiàn)在看來(lái)觀點(diǎn)已經(jīng)得到了認(rèn)同，把它從網(wǎng)上搜出來(lái)，分享給大家。

《對(duì)2005年江蘇省高考綜合考試?yán)砜凭C合第30題的商榷》

橫林中學(xué)  董新偉

    摘要：本文論述了2005年江蘇省高考綜合考試?yán)砜凭C合第30題的有關(guān)Fe₃O₄與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性，運(yùn)用文獻(xiàn)資料論證與試驗(yàn)論證了該題的命制的不合理。

    關(guān)鍵詞：2005江蘇高考綜合考試 理科綜合30題 四氧化三鐵 Fe₃O₄

在2005年江蘇省高考綜合考試?yán)砜凭C合試卷中，第30題為一道無(wú)機(jī)化學(xué)推斷題框圖如下：（顯示不出此處略去）

已知結(jié)論：C為O₂；D為Cl₂;  E為Fe

推斷結(jié)果：A為KClO₃(或H₂O₂) ; B為HCl ; F為Fe₃O₄ ; G為FeCl₂ ; H為:FeCl₃

該題考查了實(shí)驗(yàn)室的氧氣、氯氣的制法，鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵，及鐵三角的性質(zhì)（Fe、Fe²⁺、Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化），應(yīng)該說(shuō)出題很巧妙，意圖很好，但在考慮Fe₃O₄與Fe²⁺、Fe³⁺的相互轉(zhuǎn)化時(shí)僅代表了一種觀點(diǎn)，即：把Fe₃O₄看作由FeO、Fe₂O₃按1：1混合組成，這種觀點(diǎn)比較想當(dāng)然。筆者認(rèn)為該題的出題者考慮問(wèn)題不太慎重，

其中涉及到的結(jié)論:  Fe₃O₄ +  8HCl ====  FeCl₂ +  2FeCl₃  

筆者個(gè)人觀點(diǎn)認(rèn)為在大型正規(guī)考試，考查中學(xué)化學(xué)知識(shí)時(shí)不應(yīng)該考查該反應(yīng)內(nèi)容。

原因之一：中學(xué)化學(xué)教材中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)該反應(yīng)，大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教材中也沒(méi)有這樣描述過(guò)。

原因之二：是否存在該反應(yīng)還值得商榷，盡管學(xué)生中會(huì)有相當(dāng)多的人會(huì)寫(xiě)出該反應(yīng)，但該反應(yīng)往往是某些教師教學(xué)生把Fe₃O₄看作FeO·Fe₂O₃，想當(dāng)然而得到的，是否科學(xué)合理還有待考證。

為此我查閱了有關(guān)Fe₃O₄的資料，以求理論依據(jù)，具體如下：

1．北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編著、1986年10月第2版，1990年4月第9次印刷，高等教育出版社出版的高等學(xué)校教材------《無(wú)機(jī)化學(xué)》下冊(cè)一書(shū)中第826頁(yè)倒數(shù)第2行寫(xiě)道：“鐵除了上述的FeO和Fe₂O₃外，還能形成Fe₃O₄ ，又稱磁性氧化鐵。在Fe₃O₄中的Fe具有不同的氧化態(tài)，過(guò)去曾認(rèn)為它是FeO和Fe₂O₃的混合物。但經(jīng)X射線研究證明，F(xiàn)e₃O₄ 是一種反式尖晶石結(jié)構(gòu)，可寫(xiě)成Fe^III[(Fe^IIFe ^III)O₄] 。”

2．北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編著、1992年9月第3版，1993年5月第2次印刷，高等教育出版社出版的高等學(xué)校教材------《無(wú)機(jī)化學(xué)》下冊(cè)一書(shū)中第877頁(yè)第17行寫(xiě)道：“鐵除了上述的FeO和Fe₂O₃外，還能形成Fe₃O₄ ，又稱磁性氧化鐵。在Fe₃O₄中的Fe具有不同的氧化態(tài)，過(guò)去曾認(rèn)為它是FeO和Fe₂O₃的混合物。但經(jīng)X射線研究證明，F(xiàn)e₃O₄ 是一種反式尖晶石結(jié)構(gòu)，可寫(xiě)成Fe^III[(Fe^IIFe ^III)O₄] 。在實(shí)用中有一類使用較廣的磁性材料，稱為鐵氧體。它包括化學(xué)組成是M^II·6Fe₂O₃ ，晶體結(jié)構(gòu)為六方晶系的永久磁石（硬磁體）和具有化學(xué)組成為M^II·Fe₂O₃ 的尖晶石結(jié)構(gòu)的軟磁體。在實(shí)用的軟鐵氧體中，M^II一般為Mn²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺、Mg²⁺等離子，其中Mn軟鐵氧體為磁化性能最好的優(yōu)良磁體，但其阻抗低，故用作低頻的磁心材料。”

第878頁(yè)第6行寫(xiě)道“在實(shí)驗(yàn)室中常用磁鐵礦（Fe₃O₄ ）作為制取鐵鹽的原料。為處理這樣的不溶性氧化物，往往采用酸性熔融法，即以K₂S₂O₇（或KHSO₄）作為溶劑，熔融時(shí)分解放出SO₃。

2KHSO₄ ==  K₂S₂O₇ + H₂O

K₂S₂O ₇ ==  K₂SO₄ + SO₃

生成的SO₃能與不溶性氧化物化合，生成可溶性的硫酸鹽。

4Fe₃O₄ + 18SO₃ + O₂ == 6Fe₂(SO₄)₃

冷卻后的溶塊，溶于熱水中，必要時(shí)加些鹽酸或硫酸，以抑制鐵鹽水解。”

3．武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等校編、曹錫章、宋天佑、王杏喬修訂的1994年10月第3版，2002年9月第11次印刷，高等教育出版社出版的高等學(xué)校教材------《無(wú)機(jī)化學(xué)》（第三版）下冊(cè)一書(shū)中第1019頁(yè)最后一節(jié)寫(xiě)道：“鐵除了生成氧化亞鐵和三氧化二鐵之外，還生成一種FeO和Fe₂O₃的混合氧化物Fe₃O₄ （磁性氧化鐵），它具有磁性，是電的良導(dǎo)體，是磁鐵礦的主要成分。將鐵或氧化亞鐵在空氣或氧氣中加熱，或?qū)⑺羝ㄟ^(guò)燒熱的鐵，都得到Fe₃O₄。”

4．在中國(guó)大百科全書(shū)出版社出版的《中國(guó)大百科全書(shū)》電子版中有關(guān)“氧化鐵”的詞條為“yanghuatie 氧化鐵  iron oxides 氧化亞鐵、三氧化二鐵和磁性氧化鐵的統(tǒng)稱。

　　氧化亞鐵　又稱一氧化鐵。化學(xué)式 FeO。黑色粉末；熔點(diǎn) 1369±1°C，相對(duì)密度 5.7；不溶于水、醇和堿液，溶于酸；很不穩(wěn)定，易氧化成三氧化二鐵。在隔絕空氣的條件下加熱二價(jià)鐵的化合物，如草酸亞鐵等可制得氧化亞鐵，或通氫于三氧化二鐵也可制得。氧化亞鐵主要用作玻璃中的色料。

　　三氧化二鐵　化學(xué)式Fe₂O₃。紅棕色或黑色無(wú)定形粉末；熔點(diǎn) 1565°C，相對(duì)密度 5.24；不溶于水，溶于酸。在空氣中灼燒亞鐵化合物或氫氧化鐵等可得三氧化二鐵。其紅棕色粉末為一種低級(jí)顏料，工業(yè)上稱氧化鐵紅，用于油漆、油墨、橡膠等工業(yè)中，也可做催化劑和玻璃、寶石、金屬的拋光劑。

磁性氧化鐵　又稱四氧化三鐵,化學(xué)式Fe₃O₄。為天然磁鐵礦(即磁石)的主要成分；黑色或紅棕色粉末；熔點(diǎn)1594±5°C，相對(duì)密度 5.18；不溶于水、乙醇、乙醚，易溶于濃酸。它在潮濕狀態(tài)下，在空氣中易氧化成三氧化二鐵。通水蒸氣于紅熱的鐵即可制得磁性氧化鐵。它可做顏料和拋光劑。特制的磁性氧化鐵可做錄音磁帶和電信器材。（張華麟）

5．在1986年4月中國(guó)大百科全書(shū)出版社出版的《簡(jiǎn)明不列顛百科全書(shū)》第7卷第801頁(yè)詞條“鐵”中有如下描述“四氧化三鐵是以黑色或紅黑色晶體的形式存在于磁鐵礦中，它是一種磁性物質(zhì)。將水蒸氣通到熾熱的鐵上可制得四氧化三鐵。這種氧化物廣泛地應(yīng)用于鐵磁體中。”第802頁(yè)詞條“鐵的氧化物”中有如下描述“鐵的氧化物  iron oxides 鐵的三種氧化物的總稱：氧化鐵（II）或氧化亞鐵（FeO）、氧化鐵（III）或三氧化二鐵（Fe₂O₃）和處于兩種氧化態(tài)的氧化正亞鐵或四氧化三鐵。……四氧化三鐵是以黑色或紅黑色晶體的形式存在于磁鐵礦中，它是一種磁性物質(zhì)。將水蒸氣通到熾熱的鐵上可制得四氧化三鐵，通?？吹降臒彳堜撳V表面上的氧化皮就是四氧化三鐵。四氧化三鐵可用作顏料和拋光劑。純四氧化三鐵不溶于水，但溶于濃酸。”

6．用“百度搜索”從網(wǎng)絡(luò)搜索的結(jié)果中還有一種觀點(diǎn)：“四氧化三鐵：鐵絲在氧氣里燃燒生成四氧化三鐵；鐵在空氣里加熱到500℃，鐵跟空氣里的氧氣起反應(yīng)也生成四氧化三鐵；鍛工砧子周圍散落的藍(lán)灰色碎屑主要是四氧化三鐵；鐵跟高溫的水蒸汽發(fā)生置換反應(yīng)生成四氧化三鐵和氫氣；天然磁鐵礦的主要成分是四氧化三鐵的晶體。四氧化三鐵是一種重要的常見(jiàn)鐵的化合物。四氧化三鐵呈黑色或灰藍(lán)色，密度5.18g/cm3，熔點(diǎn)1594℃，硬度很大，具有磁性，又叫磁性氧化鐵。四氧化三鐵不溶于水和堿溶液，也不溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑，但能溶于鹽酸。天然的Fe₃O₄不溶于鹽酸。四氧化三鐵是一種鐵酸鹽，即Fe^IIFe^III[Fe^IIIO4]。在Fe3O4里，鐵顯兩種價(jià)態(tài)，一個(gè)鐵原子顯+2價(jià)，兩個(gè)鐵原顯+3價(jià)，所以說(shuō)四氧化三鐵可看成是由FeO與Fe₂O₃組成的化合物，可表示為FeO·Fe₂O₃，而不能說(shuō)是FeO與Fe₂O₃組成的混合物。(江蘇繆衛(wèi)東)”

論據(jù)1、2中沒(méi)有提到Fe₃O₄ 是否可以與酸反應(yīng)，也沒(méi)有講到Fe₃O₄ 是堿性氧化物，相反可以看出著者的觀點(diǎn)更傾向于把Fe₃O₄ 當(dāng)作鹽類Fe^III[(Fe^IIFe ^III)O₄] 來(lái)處理。若按鹽與酸的反應(yīng)規(guī)律，則鹽酸與Fe₃O₄ 反應(yīng)應(yīng)生成FeCl₃和H₃[(Fe^IIFe ^III)O₄] ，而Fe^II應(yīng)保留在酸根內(nèi)，所以不大可能同時(shí)得到FeCl₂、FeCl₃兩產(chǎn)物，除非該酸根極易分解。

論據(jù)2中第878頁(yè)“關(guān)于用Fe₃O₄ 來(lái)制取鐵鹽”的描述可以看出直接把Fe₃O₄ 溶于濃鹽酸的可能性不大，否則處理Fe₃O₄ 時(shí)加入濃鹽酸，再通點(diǎn)氯氣，就可以得到FeCl₃了，根本不用條件苛刻的“酸性熔融法”來(lái)制備鐵鹽了。實(shí)驗(yàn)室要找些濃鹽酸、制些氯氣是很容易的，而要找K₂S₂O₇就困難的多。

論據(jù)3中也沒(méi)有提到Fe₃O₄ 是否可以與酸反應(yīng)，但有把Fe₃O₄ 當(dāng)作FeO和Fe₂O₃的混合氧化物來(lái)處理的傾向。

論據(jù)4中對(duì)Fe₃O₄ 的性質(zhì)描述為不溶于水、乙醇、乙醚，易溶于濃酸，但未指明濃酸是否就是鹽酸，因?yàn)椴煌臐馑嵊胁煌奶匦?，是因?yàn)閺?qiáng)的酸性使Fe₃O₄ 溶解、還是因?yàn)閺?qiáng)的氧化性使Fe₃O₄ 溶解，或是形成絡(luò)合物而溶解，原因不明。

論據(jù)5的觀點(diǎn)類同于論據(jù)4。

論據(jù)6的觀點(diǎn)既包含了4、5的觀點(diǎn)，更明確了此酸可以是鹽酸，但也說(shuō)明了天然的Fe₃O₄不溶于鹽酸。

除了尋找理論依據(jù)外，筆者和本校的沈霞、王海林老師（后去蘇州工作）一起作了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，以求得到實(shí)驗(yàn)依據(jù),具體如下:

①我們用鐵絲在純氧中燃燒的實(shí)驗(yàn)來(lái)制備Fe₃O₄ ，然后用不同濃度的鹽酸來(lái)設(shè)計(jì)反應(yīng)，先在鹽酸中滴入無(wú)色的KSCN溶液兩滴,放入Fe₃O₄ 樣品,放置3天,每天觀察8次，做好記錄。濃鹽酸（35%~37%）中有極少量的Fe₃O₄ 發(fā)生反應(yīng)，用SCN^﹣ 來(lái)檢測(cè)到溶液變?yōu)榧t色可驗(yàn)證Fe³⁺確實(shí)存在，但反應(yīng)緩慢，與“易溶”有著很大的差距。在6mol/L及更稀的鹽酸中Fe₃O₄ 不反應(yīng)，無(wú)任何現(xiàn)象，用SCN^-來(lái)檢測(cè)溶液不變?yōu)榧t色。

②我們用磁石做同樣的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，用不同濃度的鹽酸來(lái)設(shè)計(jì)反應(yīng)，濃鹽酸（35%~37%）中有極少量的磁石發(fā)生反應(yīng)，用SCN^﹣ 來(lái)檢測(cè)到溶液變?yōu)榧t色可驗(yàn)證Fe³⁺確實(shí)存在，但反應(yīng)緩慢，與實(shí)驗(yàn)①現(xiàn)象差不多。由于實(shí)驗(yàn)會(huì)受各種因素的影響，我們還會(huì)不斷的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以望得到真正原理。

綜上所述，說(shuō)明了對(duì)Fe₃O₄性質(zhì)，尤其是與酸的反應(yīng)原理目前大家對(duì)該問(wèn)題還有爭(zhēng)議，所以把一個(gè)有爭(zhēng)議的、觀點(diǎn)不統(tǒng)一的知識(shí)點(diǎn)來(lái)命題，我個(gè)人覺(jué)得值得商榷。

參考文獻(xiàn)：

[1]北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編著.無(wú)機(jī)化學(xué).第2版[M],北京:高等教育出版社,1986:826

[2]北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編著.無(wú)機(jī)化學(xué).第3版[M],北京:高等教育出版社,1992:877-878

[3]武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等校編、曹錫章、宋天佑、王杏喬修訂.無(wú)機(jī)化學(xué).第三版[M],北京:高等教育出版社,1994:1019

[4]中國(guó)大百科全書(shū)出版社.簡(jiǎn)明不列顛百科全書(shū)[M],北京-上海:中國(guó)大百科全書(shū)出版社.1986.第7卷801-802