解放军文职招聘考试三氯化铁
三氯化铁
三氯化铁是比较重要的铁(Ⅲ)盐,主要用于有机染色反应中的催化剂。因为它能引起蛋白质的迅速凝聚,在医疗上用作外伤止血剂。另外它还用于照相、印染、印刷电路的腐蚀剂和氧化剂。
我们从制备和性质两个方面介绍 FeCl 3 。
三氯化铁的制备
三氯化铁有无水三氯化铁 FeCl 3 和六水合三氯化铁 FeCl 3 · 6H 2 O 。
①无水 FeCl 3
将铁盾与氯气在高温下直接合成就可以得到棕黑色的无水 FeCl 3 :
2Fe + 3Cl 2 == 2FeCl 3
无水 FeCl 3 的熔点( 555K )、沸点 (588K) 都比较低,能借升华法提纯,并易溶于有机溶剂(如丙酮)中,这些都说明无水 FeCl 3 具有明显的共价性。
在 673K 时,气态的 FeCl 3 以双聚分子 Fe 2 Cl 6 形式存在,其结构和 Al 2 Cl 6 相似, 1023K 以上时,双聚分子分解为单分子 FeCl 3 。
双聚分子 Fe 2 Cl 6 的结构
无水 FeCl 3 在空气中易潮解,易溶于水生成淡紫色的 [Fe(H 2 O) 6 ] 离子。
②六水合三氯化铁 FeCl 3 ? 6H 2 O
将铁屑溶于盐酸中,再往溶液中通入氯气,经浓缩、冷却,就有黄棕色的六水合三氯化铁 FeCl 3 ? 6H 2 O (或写成 [Fe(H 2 O) 6 ] Cl 3 )
晶体析出。
Fe + 2HCl == FeCl 2 + H 2 ↑
2FeCl 2 + Cl 2 + 12H 2 O == 2FeCl 3 · 6H 2 O
加热六水合三氯化铁晶体,则水解失去 HCl 而生成碱式盐:
2FeCl 3 · 6H 2 O ==Fe(OH)Cl 2 +HCl ↑
三氯化铁的性质
有关三氯化铁的性质主要介绍两个方面:
① Fe(III) 的水解
FeCl 3 及其它铁(Ⅲ)盐溶于水后都容易水解,因为 Fe 有较高的正电场,离子半径为 60pm ,有较大的电荷半径比,因此在水溶液中明显地水解,使溶液显酸性。
水解过程复杂,首先发生逐级水解:
[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ + H 2 O [Fe(OH)(H 2 O) 5 ] 2+ +H 3 O +
随着水解反应的进行,同时发生聚合反应:
以上总的水解反应可以写成:
2[Fe(H 2 O) 6 ] 3+ [Fe(H 2 O) 4 (OH) 2 Fe(H 2 O) 4] 4+ + 2H + K=10 -2..91
水解的最终产物是析出红棕色的氢氧化铁的胶状沉淀:
Fe 3+ + 3H 2 O == Fe(OH) 3 ↓ + 3H +
水解平衡关系式可以看出,当溶液中酸过量 Fe 主要以 [Fe(H 2 O) 6 ] 存在。 pH 值约为零时,溶液中含约 99% 的 [Fe(H 2 O) 6 ] 。如果是 pH 值提高到 2 ─ 3 时,水解趋势明显,聚合倾向增大,最终生成红棕色胶状氢氧化铁(或称为水合三氯化铁)沉淀。将溶液加热,同样也能促进 Fe 离子的水解。
使 Fe 离子水解析出氢氧化铁沉淀,是长期以来作为一种典型的除铁的方法,在冶金和化工生产中得到广泛应用。例如,试剂生产中常用 H 2 O 2 氧化 Fe 成 Fe :
2Fe 2+ + H 2 O 2 + 2H + == 2Fe 3+ + 2H 2 O
然后加碱,提高溶液的 pH 值,使 Fe 成为 Fe(OH) 3 析出,以达到除铁的目的。但这种方法的主要缺点是 Fe(OH) 3 具有胶体性质,不仅沉淀速度慢,过滤困难,而且使一些物质被吸附而损失。(一般用凝聚剂将 Fe(OH) 3 凝聚沉降,或长时间加热煮沸以破坏胶体。但当 Fe
浓度较大时,从溶液中分离 Fe(OH) 3 仍然是很困难的。)
在现代工业生产中使用 NaClO 3 为氧化剂,将 Fe 氧化为 Fe :
6Fe + NaClO 3 + 6H + == 6Fe 3+ + NaCl + 3H 2 O
令 Fe 在较小的 pH ( pH=1.6~1.8 )条件下水解,温度保持在 358~368K ,这时在溶液中只存在一些聚合的 [Fe 2 (OH) 2 ] 、 [Fe 2 (OH) 4 ] 离子,这些聚合离子能与 SO 4 2- 结合,生成一种浅黄色的复盐晶体,其化学式为:
M 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 (M= K + 、 Na + 、 NH 4 + )
俗称黄铁矾,如黄铁矾钠 Na 2 Fe 6 (SO 4 ) 4 (OH) 12 。黄铁矾在水中的溶解度小,而且颗粒大,沉淀速度快,很容易过滤,因此在水法冶金中广泛采用生成黄铁矾的办法除去杂质铁。
② Fe(III) 的氧化性
三氯化铁及其它铁(Ⅲ)盐在酸性溶液中是较强的氧化剂,可以将 I 氧化成 I 2 ,将 H 2 S 氧化成单质 S ,还可以被 SnCl 2 还原,标准电极电势为 +0.771v :
2Fe 3+ + 2I - == 2Fe 2+ + I 2
2Fe 3+ + H 2 S == 2Fe 2+ + S
2Fe 3+ + SnCl 2 == 2Fe 2+ + SnCl 4
另外, FeCl 3 的溶液还可以溶解 Cu ,使 Cu 变成 CuCl 2 而溶解:
2FeCl 3 + Cu == CuCl 2 + 2FeCl 2
铜的标准电极电势值 φ A θ ( Cu 2+ /Cu ) = +0.337V 。
在印刷制版中,就是利用 FeCl 3 这一性质,作铜板的腐蚀剂,把铜版上需要去掉的部分溶解变成 CuCl 2 。
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