对2005年江苏省高考综合考试理科综合第30题的商榷

对2005年江苏省高考综合考试理科综合第30题的商榷

董新伟

江苏省常州市武进横林中学 213101

摘要：本文论述了2005年江苏省高考综合考试理科综合第30题的有关Fe3O4与盐酸发生化学反应的可能性，运用文献资料论证与试验论证了该题的命制的不合理。

关键词：2005江苏高考综合考试理科综合30题四氧化三铁Fe3O4在12月4日下午2点~4点进行的2005年江苏省高考综合考试理科综合试卷中，第30题为一道无机化学推断题框图如下：

已知结论：C为O2；D为Cl2; E为Fe

推断结果：A为KClO3(或H2O2) ; B为HCl ; F为Fe3O4 ; G为FeCl2 ; H为:FeCl3该题考查了实验室的氧气、氯气的制法，铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，及铁三角的性质（Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化），应该说出题很巧妙，意图很好，但在考虑Fe3O4与Fe2+、Fe3+的相互转化时仅代表了一种观点，即：把Fe3O4看作由FeO、Fe2O3按1：1混合组成，这种观点比较想当然。我认为该题的出题者考虑问题不太慎重，

其中涉及到的结论:

我个人观点认为在大型正规考试，考查中学化学知识时不应该考查该反应内容。

原因之一：中学化学教材中没有出现过该反应，大学无机化学教材中也没有这样描述过。

原因之二：是否存在该反应还值得商榷，尽管学生中会有相当多的人会写出该反应，

但该反应往往是某些教师教学生把Fe3O4看作FeO2Fe2O3，想当然而得到的，是否科学合理还

有待考证。

为此我查阅了有关Fe3O4的资料，以求理论依据，具体如下：

1．北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编著、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学校教材------《无机化学》下册一书中第826页倒数第2行写道：“铁除了上述的FeO和Fe2O3外，还能形成Fe3O4，又称磁性氧化铁。在Fe3O4中的Fe具有不同的氧化态，过去曾认为它是FeO和Fe2O3的混合物。但经X 射线研究证明，Fe3O4是一种反式尖晶石结构，可写成Fe III[(Fe II Fe III)O4] 。”

2．北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编著、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学校教材------《无机化学》下册一书中第877页第17行写道：“铁除了上述的FeO和Fe2O3外，还能形成Fe3O4，又称磁性氧化铁。在Fe3O4中的Fe具有不同的氧化态，过去曾认为它是FeO和Fe2O3的混合物。但经X射线研究证明，Fe3O4是一种反式尖晶石结构，可写成Fe III[(Fe II Fe III)O4] 。在实用中有一类使用较广的磁性材料，称为铁氧体。它包括化学组成是M II26Fe2O3，晶体结构为六方晶系的永久磁石（硬磁体）和具有化学组成为M II2Fe2O3的尖晶石结构的软磁体。在实用的软铁氧体中，M II 一般为Mn2+、Fe2+、Ni2+、Mg2+等离子，其中Mn软铁氧体为磁化性能最好的优良磁体，但其阻抗低，故用作低频的磁心材料。”

第878页第6行写道“在实验室中常用磁铁矿（Fe3O4）作为制取铁盐的原料。为处理这样的不溶性氧化物，往往采用酸性熔融法，即以K2S2O7（或KHSO4）作为溶剂，熔融时分解放出SO3。

2KHSO4 == K2S2O7 + H2O

K2S2O 7 == K2SO4 + SO3

生成的SO3能与不溶性氧化物化合，生成可溶性的硫酸盐。

4Fe3O4 + 18SO3 + O2 == 6Fe2(SO4)3

冷却后的溶块，溶于热水中，必要时加些盐酸或硫酸，以抑制铁盐水解。”

3．武汉大学、吉林大学等校编、曹锡章、宋天佑、王杏乔修订的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学校教材------《无机化学》（第三版）下册一书中第1019页最后一节写道：“铁除了生成氧化亚铁和三氧化二铁之外，还生成一种FeO 和Fe2O3的混合氧化物Fe3O4（磁性氧化铁），它具有磁性，是电的良导体，是磁铁矿的主要成分。将铁或氧化亚铁在空气或氧气中加热，或将水蒸汽通过烧热的铁，都得到Fe3O4。”

4．在中国大百科全书出版社出版的《中国大百科全书》电子版中有关“氧化铁”的词条为“yanghuatie 氧化铁iron oxides 氧化亚铁、三氧化二铁和磁性氧化铁的统称。

氧化亚铁又称一氧化铁。化学式FeO。黑色粉末；熔点1369±1°C，相对密度 5.7；不溶于水、醇和碱液，溶于酸；很不稳定，易氧化成三氧化二铁。在隔绝空气的条件下加热二价铁的化合物，如草酸亚铁等可制得氧化亚铁，或通氢于三氧化二铁也可制得。氧化亚铁主要用作玻璃中的色料。

三氧化二铁化学式Fe2O3。红棕色或黑色无定形粉末；熔点1565°C，相对密度5.24；不溶于水，溶于酸。在空气中灼烧亚铁化合物或氢氧化铁等可得三氧化二铁。其红棕色粉末为一种低级颜料，工业上称氧化铁红，用于油漆、油墨、橡胶等工业中，也可做催化剂和玻璃、宝石、金属的抛光剂。

磁性氧化铁又称四氧化三铁,化学式Fe3O4。为天然磁铁矿(即磁石)的主要成分；黑色或红棕色粉末；熔点1594±5°C，相对密度5.18；不溶于水、乙醇、乙醚，易溶于浓酸。它在潮湿状态下，在空气中易氧化成三氧化二铁。通水蒸气于红热的铁即可制得磁性氧化铁。它可做颜料和抛光剂。特制的磁性氧化铁可做录音磁带和电信器材。（张华麟）

5．在1986年4月中国大百科全书出版社出版的《简明不列颠百科全书》第7卷第801页词条“铁”中有如下描述“四氧化三铁是以黑色或红黑色晶体的形式存在于磁铁矿中，它是一种磁性物质。将水蒸气通到炽热的铁上可制得四氧化三铁。这种氧化物广泛地应用于铁磁体

中。”第802页词条“铁的氧化物”中有如下描述“铁的氧化物iron oxides 铁的三种氧化物的总称：氧化铁（II）或氧化亚铁（FeO）、氧化铁（III）或三氧化二铁（Fe2O3）和处于两种氧化态的氧化正亚铁或四氧化三铁。……四氧化三铁是以黑色或红黑色晶体的形式存在于磁铁矿中，它是一种磁性物质。将水蒸气通到炽热的铁上可制得四氧化三铁，通常看到的热轧钢锭表面上的氧化皮就是四氧化三铁。四氧化三铁可用作颜料和抛光剂。纯四氧化三铁不溶于水，但溶于浓酸。”

6．用“百度搜索”从网络搜索的结果中还有一种观点：“四氧化三铁：铁丝在氧气里燃烧生成四氧化三铁；铁在空气里加热到500℃，铁跟空气里的氧气起反应也生成四氧化三铁；锻工砧子周围散落的蓝灰色碎屑主要是四氧化三铁；铁跟高温的水蒸汽发生置换反应生成四氧化三铁和氢气；天然磁铁矿的主要成分是四氧化三铁的晶体。四氧化三铁是一种重要的常见铁的化合物。四氧化三铁呈黑色或灰蓝色，密度5.18g/cm3，熔点1594℃，硬度很大，具有磁性，又叫磁性氧化铁。四氧化三铁不溶于水和碱溶液，也不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，但能溶于盐酸。天然的Fe3O4不溶于盐酸。四氧化三铁是一种铁酸盐，即Fe II Fe III[Fe III O4]。在Fe3O4里，铁显两种价态，一个铁原子显+2价，两个铁原显+3价，所以说四氧化三铁可看成是由FeO与Fe2O3组成的化合物，可表示为FeO·Fe2O3，而不能说是FeO与Fe2O3组成的混合物。(江苏缪卫东)”

论据1、2中没有提到Fe3O4是否可以与酸反应，也没有讲到Fe3O4是碱性氧化物，相反可以看出著者的观点更倾向于把Fe3O4当作盐类Fe III[(Fe II Fe III)O4] 来处理。若按盐与酸的反应规律，则盐酸与Fe3O4 反应应生成FeCl3和H3[(Fe II Fe III)O4] ，而Fe II应保留在酸根内，所以不大可能同时得到FeCl2、FeCl3两产物，除非该酸根极易分解。

论据2中第878页“关于用Fe3O4来制取铁盐”的描述可以看出直接把Fe3O4溶于浓盐酸的可能性不大，否则处理Fe3O4时加入浓盐酸，再通点氯气，就可以得到FeCl3了，根本不用条件苛刻的“酸性熔融法”来制备铁盐了。实验室要找些浓盐酸、制些氯气是很容易的，而要

找K2S2O7就困难的多。

论据3中也没有提到Fe3O4是否可以与酸反应，但有把Fe3O4当作FeO和Fe2O3的混合氧化物来处理的倾向。

论据4中对Fe3O4的性质描述为不溶于水、乙醇、乙醚，易溶于浓酸，但未指明浓酸是否就是盐酸，因为不同的浓酸有不同的特性，是因为强的酸性使Fe3O4溶解、还是因为强的氧化性使Fe3O4溶解，或是形成络合物而溶解，原因不明。

论据5的观点类同于论据4。

论据6的观点既包含了4、5的观点，更明确了此酸可以是盐酸，但也说明了天然的Fe3O4不溶于盐酸。

除了寻找理论依据外，我和我校的沈霞、王海林老师一起作了相关的实验，以求得到实验依据,具体如下:

①我们用铁丝在纯氧中燃烧的实验来制备Fe3O4，然后用不同浓度的盐酸来设计反应，先在盐酸中滴入无色的KSCN溶液两滴,放入Fe3O4样品,放置3天,每天观察8次，做好记录。浓盐酸（35%~37%）中有极少量的Fe3O4发生反应，用SCN﹣来检测到溶液变为红色可验证Fe3+确实存在，但反应缓慢，与“易溶”有着很大的差距。在6mol/L及更稀的盐酸中Fe3O4不反应，无任何现象，用SCN-来检测溶液不变为红色。

②我们用磁石做同样的对比实验，用不同浓度的盐酸来设计反应，浓盐酸（35%~37%）中有极少量的磁石发生反应，用SCN﹣来检测到溶液变为红色可验证Fe3+确实存在，但反应缓慢，与实验①现象差不多。由于实验会受各种因素的影响，我们还会不断的进行实验，以望得到真正原理。

综上所述，说明了对Fe3O4性质，尤其是与酸的反应原理目前大家对该问题还有争议，所以把一个有争议的、观点不统一的知识点来命题，我个人觉得值得商榷。

参考文献：

[1]北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编著.无机化学.第2版[M],北京:高等教育出版社,1986:826

[2]北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室编著.无机化学.第3版[M],北京:高等教育出版社,1992:877-878

[3]武汉大学、吉林大学等校编、曹锡章、宋天佑、王杏乔修订.无机化学.第三版[M],北京:高等教育出版社,1994:1019

[4]中国大百科全书出版社.简明不列颠百科全书[M],北京-上海:中国大百科全书出版社.1986.第7卷801-802

作者简介：董新伟，男，中学一级教师，32岁，1996年毕业于苏州大学化学化工系，2000年苏州大学化学教学研究生课程进修班结业，一直从事高中化学教学与教研及高考研究工作，已有十多篇论文发表或获奖。

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