四氧化三铁

四氧化三铁(氧化铁(II,III), iron(II,III) oxide)是铁的氧化物，化学式为Fe₃O₄。

四氧化三铁
首选IUPAC名 iron(II) iron(III) oxide 氧化铁(II)铁(III)
别名	四氧化三铁 氧化亚铁铁 (ferrous ferric oxide) ferroso ferric oxide 氧化铁(II,III) [iron(II,III) oxide] 磁铁矿 (magnetite) 氧化黑铁 (black iron oxide) lodestone 铁锈 (rust) 氧化铁(II)二铁(III) [iron(II) diiron(III) oxide]
识别
CAS号	1317-61-9 ^Y
PubChem	16211978
ChemSpider	17215625
SMILES	O1[Fe]2O[Fe]O[Fe]1O2
InChI	1/3Fe.4O/rFe3O4/c1-4-2-6-3(5-1)7-2
InChIKey	SZVJSHCCFOBDDC-QXRQKJBKAR
ChEBI	50821
性质
化学式	Fe3O4 FeO·Fe2O3
摩尔质量	231.533 g·mol⁻¹
外观	黑色粉末
密度	5.11 g/cm^3；5.18 g/cm^3
熔点	1538 °C；1590 °C；1594 °C 分解
折光度n D	2.42
热力学
ΔfHm^⦵298K	-1120 kJ/mol
热容	144.63 J/(mol·K)
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

制备

• 自然界中存在于磁铁矿中，含有各种杂质。

• 在氧气中燃烧铁粉：

${\displaystyle {\ce {3Fe + 2O2 ->[{150 - 600 °C}] Fe3O4}}}$

• 铁与水蒸汽高温反应：

${\displaystyle {\ce {3Fe + 4H2O ->[{800 °C}] Fe3O4 + 4H2 (^)}}}$

• 铁与二氧化氮加热反应：

${\displaystyle {\ce {3Fe + 2NO_2 ->[\Delta] Fe3O4 + N2 (^)}}}$

• 氧化铁与氢气反应：

${\displaystyle {\ce {3Fe2O3 + H_2 ->[{400 °C}] 2Fe3O4 + H2O}}}$

物理性质

黑色立方晶体，空间群F d3m，其中a = 0.844 nm，Z = 8。

627 °C时，α-型四氧化三铁转化为β-型四氧化三铁。居里温度 858 K。具有高导电性。硬度5.6-6.5。

水合物化学式为Fe₃O₄·2H₂O。

四氧化三铁中含有Fe²⁺和Fe³⁺，X射线衍射实验表明，四氧化三铁具有反式尖晶石结构，其真实结构为[Fe²⁺]_t [Fe²⁺Fe³⁺]_oO₄,因此晶体中并不存在偏铁酸根离子FeO₂^-。

化学性质

• 加热分解：

${\displaystyle 2F{{e}_{3}}{{O}_{4}}{\overset {1538{\text{°C}}}{=\!=\!=\!=\!=}}\ 6FeO+{{O}_{2}}\uparrow }$

• 与稀盐酸反应：

${\displaystyle F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+8HCl{=\!=\!=}\ FeC{{l}_{2}}+2FeC{{l}_{3}}+4{{H}_{2}}O}$

• 与浓氧化性酸反应：

${\displaystyle F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+10HN{{O}_{3}}{=\!=\!=}\ 3Fe{{(N{{O}_{3}})}_{3}}+N{{O}_{2}}\uparrow +5{{H}_{2}}O}$

• 与熔融碱反应：

${\displaystyle F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+14NaOH{\overset {400{\text{-}}500{\text{°C}}}{=\!=\!=\!=\!=\!=\!=}}\ :N{{a}_{4}}Fe{{O}_{3}}+2N{{a}_{5}}Fe{{O}_{4}}+7{{H}_{2}}O}$

• 空气中加热，被氧气氧化：

${\displaystyle 4F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+{{O}_{2}}{\overset {450{\text{-}}600{\text{°C}}}{=\!=\!=\!=\!=\!=\!=}}\ 6F{{e}_{2}}{{O}_{3}}}$

• 被氢、一氧化碳和铝还原：

${\displaystyle {\begin{aligned}&F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+4{{H}_{2}}{\overset {1000{\text{°C}}}{=\!=\!=\!=}}\ 3Fe+4{{H}_{2}}O\\&F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+4CO{\overset {700{\text{°C}}}{=\!=\!=\!=}}\ 3Fe+4C{{O}_{2}}\\&3F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+8Al{\overset {\Delta }{=\!=\!=}}\ 9Fe+4A{{l}_{2}}{{O}_{3}}\\\end{aligned}}}$

• 与铁归中：

${\displaystyle F{{e}_{3}}{{O}_{4}}+Fe{\overset {900{\text{-}}1000{\text{°C}}}{=\!=\!=\!=\!=\!=\!=}}\ 4FeO}$

应用

制作特殊电极。

参见

• 磁铁矿