鉄と酸の反応 Fe2+?Fe3+?

疑問

鉄は水素よりもイオン化傾向が大きいため、酸を加えると

Fe → Fe2+ + 2e

2H+ + 2e → H2

のように反応し、水素を発生する。例えば、希硫酸との反応は以下である。

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2・・・①

なお、鉄のイオンにはFe2+だけでなく、Fe3+もあるため

2Fe +3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3H2・・・②

のような反応も考えられる。

しかし、鉄と希硫酸の反応は②ではなく①である。なぜ①なのか?

理由

その理由は、鉄がイオンになる際、Fe3+ではなく圧倒的にFe2+になりやすいからである。

イオンのなりやすさについては、高校ではイオン化傾向で判断するが、大学では酸化還元電位という定量的な尺度が存在する。

鉄の酸化還元電位を調べると以下である。

Fe2+ + 2e  Fe  -0.44 V・・・③

Fe3+ + 3e  Fe  +0.77 V・・・④

この酸化還元電位を大雑把(雑)に説明すると、電位の値がマイナスであれば左方向に、プラスであれば右方向に反応が進む。

③を見てみると、酸化還元電位の値はマイナスなので左方向、つまりFeはFe2+になりやすいことがわかる。一方、④を見ると、酸化還元電位の値はプラスなので、FeがFe3+になる反応は起きないことがわかる。

以上より、鉄はFe3+ではなくFe2+になるので、鉄と希硫酸の反応は②ではなく①となる。

同様に、鉄と希塩酸の反応も以下のようにFe2+が生じる。

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

なお、生成したFe2+は、O2存在下では容易に酸化されてFe3+になることには留意せよ。