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四氧化三铁又称铁黑、磁性氧化铁,化学式为Fe₃O₄,属于铁的氧化物,是磁铁的主要成分。Fe₃O₄中的铁离子1/3是亚铁离子(Fe2⁺),2/3是三价铁离子(Fe3⁺)。
四氧化三铁常态为黑色结晶或无定形粉末,熔点为1594 ℃,密度5.17 g/cm3,不溶于水和有机溶剂,有强磁性。天然磁铁矿中的四氧化三铁性质稳定,有良好的耐碱性,溶于浓酸、热强酸。
Fe₃O₄在环境、生物医学、能源和材料等多个领域均有应用。
生产四氧化三铁有如下5种方法:
1、α-氧化铁的氢气还原法:将高纯微粉状α-Fe₂O₃装入盘中,粉末层不应过厚。将盘放入反应管之后,通入高纯氮气将空气完全置换出去。接着通过洗气瓶慢慢送入经水饱和的氢气。加热温度在300~400℃(例如330℃)比较适当。确证反应完了(通常1~3h)后冷却,停止送氢气,再用氮气置换之后,取出样品。
2、加合法:将铁屑与硫酸反应制得硫酸亚铁,再加入烧碱和氧化铁在95~105℃进行加合反应生成四氧化三铁,经过滤、烘干、粉碎制得氧化铁黑。
3、氢氧化亚铁的缓慢氧化法:将含有氢氧化亚铁沉淀的水溶液加热到70℃以上,进行缓慢的氧化。
4、Harber法:操作熟练的话可以得到化学计算组成为Fe₃O₄的四氧化三铁,Harber法将220g 20%氨水加到2.2L FeSO₄·7H2O水溶液,在断绝空气的条件下煮沸(可以用装有毛细管的圆底烧瓶),在煮沸中加入 KNO₃的浓水溶液。
5、加碱法:硫酸亚铁溶液加碱氧化或将铁盐和亚铁盐的溶液按一定比例混合后加碱沉淀制得。
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