四氧化三铁与三氧化二铁的区别

四氧化三铁（Fe?O?）和三氧化二铁（Fe?O?）是铁的两种常见氧化物，它们在化学组成、结构、性质及用途上存在显著区别，具体如下：

1. 化学组成与结构

• 四氧化三铁（Fe?O?）
  • 组成：可视为FeO·Fe?O?的复合物，即由一个Fe2?（氧化亚铁）和两个Fe3?（氧化铁）组成，平均氧化态为+8/3。
  • 结构：反尖晶石结构，氧原子形成面心立方密堆积，Fe2?占据八面体空隙，Fe3?均匀分布在四面体和八面体空隙中。
  • 磁性：具有强磁性，是常见的铁磁性材料。
• 三氧化二铁（Fe?O?）
  • 组成：仅含Fe3?，氧化态为+3。
  • 结构：
    • α-Fe?O?：刚玉型结构，氧原子六方密堆积，Fe3?占据八面体空隙。
    • γ-Fe?O?：尖晶石型结构，与Fe?O?类似，但所有铁均为+3价，具有弱磁性（超顺磁性）。
  • 磁性：α-Fe?O?为弱铁磁性或反铁磁性，γ-Fe?O?为超顺磁性。

2. 物理性质

3. 化学性质

• 四氧化三铁（Fe?O?）
  • 氧化性/还原性：Fe2?可被氧化为Fe3?（如与硝酸反应），同时Fe3?可被还原为Fe2?（如与CO高温还原）。
  • 反应示例：
    • 与酸反应：Fe?O? + 8HCl → FeCl? + 2FeCl? + 4H?O
    • 高温还原：Fe?O? + 4CO → 3Fe + 4CO?
• 三氧化二铁（Fe?O?）
  • 氧化性：Fe3?具有较强氧化性，可被还原为Fe2?或金属铁。
  • 反应示例：
    • 与酸反应：Fe?O? + 6HCl → 2FeCl? + 3H?O
    • 高温还原：Fe?O? + 3CO → 2Fe + 3CO?

4. 用途对比

5. 制备方法

• 四氧化三铁（Fe?O?）
  • 共沉淀法：Fe2?与Fe3?在碱性条件下共沉淀，经氧化或热处理得到。
  • 高温还原：Fe?O?在氢气或一氧化碳气氛中部分还原。
• 三氧化二铁（Fe?O?）
  • 煅烧法：Fe(OH)?或FeO(OH)脱水煅烧。
  • 氧化法：Fe?O?或FeO在空气中氧化。

总结

• Fe?O?：黑色、强磁性、含Fe2?和Fe3?，用于磁性材料和黑色颜料。
• Fe?O?：红色、弱磁性（γ型）或无磁性（α型）、仅含Fe3?，用于红色颜料和催化剂。