鉄と高温水蒸気の反応による化学反応式と生成物の考察

鉄が高温の水蒸気と反応すると、黒色の化合物が生成され、水素が発生します。この反応に関して、なぜ酸化鉄(II)ではなく四酸化三鉄が生成されるのか、また色の記述がなければ酸化鉄(III)の可能性もあるのかについて考察します。

1. 鉄と水蒸気の反応

鉄は高温の水蒸気と反応すると、酸化鉄(III)である四酸化三鉄（Fe₃O₄）を生成します。この反応は以下の化学式で示されます：
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂

酸化鉄(II)（FeO）は、鉄が酸素と結びつくときに生成される化合物で、一般的に緑色を呈します。一方、四酸化三鉄（Fe₃O₄）は黒色の化合物で、酸化鉄(III)と酸化鉄(II)が混合した状態です。高温の水蒸気によって反応する鉄の状態は、四酸化三鉄が生成される条件に合致します。

問題文で「黒色の化合物」と記載されていることから、酸化鉄(III)が生成されると考えられます。酸化鉄(III)は黒色を呈するため、この色の記述から、生成される化合物が四酸化三鉄であることが示唆されます。したがって、酸化鉄(III)（四酸化三鉄）が生成されることが確定的です。

色の記述がなければ、酸化鉄(III)である四酸化三鉄の生成が予想されますが、鉄と水蒸気の反応条件によって生成物が異なる場合もあります。しかし、通常は高温の水蒸気反応では四酸化三鉄が主に生成されます。

鉄が高温の水蒸気と反応して生成される化学反応式は、3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂です。色の指示が「黒色」であるため、生成物は四酸化三鉄であると結論できます。酸化鉄(II)ではなく、酸化鉄(III)が主に生成される理由は、反応条件と生成物の性質によるものです。