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为什么铁与氧气反应生成的是四氧化三铁? 第1页

  

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这与反应,3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2,在不同温度下的标准自由能变(ΔrG°)是正值、还是负值,也就是反应方向,及这两种物质的热稳定性有关。

不难计算出该反应的ΔrH°=1/2ΔfH°(O2)+2ΔfH°(Fe3O4)-3ΔfH°(Fe2O3)

=1/2×0+2×(-1118)-3×(-824)=236(kJ•mol-1)。这是一个吸热的,常温下不易进行的反应。

其ΔrS°=1/2S°(O2)+2S°(Fe3O4)-3S°(Fe2O3)

=1/2×205.3+2×146-3×87.4=132.5(J•mol-1•K-1)。是一个熵增的反应。

从吉赫方程,ΔrG°=ΔrH°-TΔrS°,不难看出。在温度T很高的情况下,这个反应的ΔrG°将会变为负值。也就是,这个反应可以自发的进行。此时,Fe3O4比Fe2O3要更稳定。

这个温度由的吉赫方程,0=236×1000-T×132.5,可以计算出来。

解得,T=1781(K)。约为1500(摄氏度)。

也就是,在这个温度之上,Fe3O4稳定;在这个温度之下,则是Fe2O3稳定。

所以,在常温下(温度不高)铁与氧气反应的产物多是Fe2O3。在氧气中燃烧(温度很高)的产物则是Fe3O4。

这样的例子还有很多。如,

2CuO=Cu2O+1/2O2,

HgO=Hg++1/2O2。

它们都是,式子前面的氧化物,只能在温度相对较低的情况下才能存在。

在“艾林汉图”中代表这些反应的,都是斜率为正值,且要穿越ΔrG°=0坐标线的,一条条折线。




  

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