鐵在純氧中燃燒為什麼不會完全被氧化成三價鐵呢？

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鐵在空氣中緩慢氧化會變成氧化鐵，在氧氣濃度高的情況下卻是四氧化三鐵，沒有完全變成三價鐵，這是為啥？

先考慮一個問題：什麼樣的反應能夠自發？

放熱反應易於自發。這是顯而易見的，無論是酸鹼中和，還是燃燒反應，很顯然都是能夠自發的。用焓變（△H）來表示反應熱效應，△H&<0則放熱，反之亦然。
混亂度（熵S）增大的反應易於自發。但是有很多吸熱反應一樣能夠自發：我們都知道一些鹽溶於水（例如氯化銨）是吸熱的，但是它溶於水的反應依舊自發。究其原因，是因為反應體系的混亂度（熵）增大。正如把一個玻璃杯摔到地上，它會變成很多碎玻璃（熵增大），而把一堆碎玻璃放到地上，它不會自動組合成一個玻璃杯一樣（熵減小）。

有兩個判據，哪個佔主導呢？

這就引入了一個新的判據：吉布斯自由能（G）。

定義：G≡H-TS，即：△G≡△H-T△S。

恆溫恆壓下，吉布斯自由能減小的反應自發。

吉布斯自由能的改變數由什麼決定呢？

焓變、熵變、溫度。

關鍵就是這個溫度，很容易看出，低溫時焓變更為主要，高溫時熵變更為主要。

回到我們的問題，常溫下（298.2K）和鐵燃燒時的溫度（約1800K）下，反應的△G不同，即進行趨勢不同。

由此，常溫的規律，不能生搬硬套到高溫上，正如氧化鈣和二氧化碳常溫下會化合，碳酸鈣高溫下又會分解一樣。

考慮如下反應：

6Fe2O3(s) ==== 4Fe3O4(s) + O2(g)

查閱數據計算可得：△G(1800K)=-39.10kJ/mol&<&<0

這說明：在1800K時，氧化鐵分解為四氧化三鐵和氧氣的反應是自發進行的，這就是為什麼鐵在氧氣中燃燒得到四氧化三鐵而非氧化鐵的原因。

而常溫（298.2K）下，△G=+33.67kJ/mol&>&>0

這說明：在常溫下，氧化鐵分解為四氧化三鐵和氧氣的反應是不自發進行的，這就是為什麼鐵在常溫氧化得到氧化鐵而非四氧化三鐵的原因。

其實鐵還有一種常見的氧化物——氧化亞鐵。

用同樣的方法可以證明：溫度更高（高於2200K）時，氧化亞鐵佔主導地位，溫度更低（低於1600K）時，氧化鐵佔主導地位，而在這個溫度區間之內，就是四氧化三鐵佔主導地位。

這可以如此理解：氧化鐵→四氧化三鐵→氧化亞鐵，每次分解均產生氧氣，而氣體分子熵值通常較大，溫度越高，熵變越佔據主導地位。

藍皮有原原本本的

Fe2O3高溫下脫氧生成Fe3O4，反應自發

影響條件其實是溫度。根△G=△H－T△S，不同溫度下同一反應的吉布斯自由能變是不同的。

考察以下兩個反應，查閱有關數據計算可得：

3FeO(s)+1/2O2(g)=Fe3O4(s)，298K時的標準吉布斯自由能變為-274.8kJ/mol，1800K時的標準吉布斯自由能變為-207.3kJ/mol；

2Fe3O4(s)+1/2O2(g)=3Fe2O3(s)，298K時的標準吉布斯自由能變為-202.0kJ/mol，1800K時的標準吉布斯自由能變為+39.10kJ?mol-1。

可以看出，第一個反應兩個溫度下都是自發的，因此產物不可能為氧化亞鐵；第二個反應，298K時是自發的，因此產物為氧化鐵，1800K時不是自發的，因此產物為四氧化三鐵。