三价铁离子

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三价铁离子(Fe3+是一种常见的离子,主要存在于铁盐及其溶液中,如氯化铁。Fe3+具有较强的氧化性(EΘ=+0.77V)。虽然常见的含三价铁离子的氯化铁溶液呈棕黄色,但这并不是Fe3+自身的颜色,而是其与Cl-配位形成的配合物的颜色;[Fe(H2O)6]3+实际上是淡紫色的。

离子结构[编辑]

Fe3+是铁失去4s轨道的两个电子和3d轨道一个电子形成的,由于失去次外层一个电子后,其最外的3d轨道形成了“半充满”的结构,具有相对的稳定性。

氧化性[编辑]

Fe3+有较强的氧化性,可与活潑金屬(Fe、Cu等),鹵素離子(I-)等還原劑反应形成二价铁离子(Fe2+)。

含Fe3+的溶液一般被认为有较强氧化性,但其氧化性受配位离子的影响显著,如在氰根离子CN-配位后Fe3+氧化性会减弱。

水解[编辑]

三价铁离子极易水解,或与氢氧根(OH-)反应形成氢氧化铁沉淀。这是因为其电荷高而且离子半径小,与之配位的水分子受吸电子诱导效应,酸性增强,易于解离出质子,并进一步脱水缩聚形成Fe-O-Fe的氢氧化物—氧化物水合物胶体。所以,在pH>4的环境下,Fe3+就容易形成沉淀。氢氧化铁K_{\text{sp}} = 4 \times 10^{-38}

由于双水解Fe3+与CO32-等离子不共存。

在其水解过程中,Fe3+可形成带正电[1]的氢氧化铁(Fe(OH)3)胶体,从而吸附水中带负电荷的微粒聚沉,达到净水目的。

催化性[编辑]

Fe3+可催化多种反应,如过氧化氢的分解。一般认为这是因为Fe3+/Fe2+的电势位于H2O2/H2O和O2/H2O2,从而使得原本一步高能垒的双分子反应变为两步低能垒的分子—离子反应,即Fe3+先氧化过氧化氢生成氧气和Fe2+,后者再被过氧化氢氧化至Fe3+

络合物[编辑]

三价铁离子可与硫氰酸根(SCN-)离子形成配位离子,使溶液呈血红色。该反应可用来鉴定溶液中存在Fe3+,也常被用于电影特技与魔术(製作假血)。[2]

三价铁离子还能与一氧化碳、氰根离子形成稳定的六配位离子,这使得它被用来处理含有氰根离子的有毒废水(辅助以二价铁离子沉淀出普鲁士蓝,从而将CN-以沉淀形式富集)。

实验室[编辑]

制备[编辑]

Fe或Fe2+与强氧化剂,如硝酸、浓硫酸、氯气等反应,可形成Fe3+

检验[编辑]

Fe3+可以与许多物质反应形成络合离子,检验时常使用这些性质:

清洗[编辑]

实验室一般使用稀盐酸清洗附着在试管等仪器上的铁盐。

注意事项[编辑]

装有Fe3+溶液的试剂瓶不能用橡胶塞,因为Fe3+会将与其中的二硫键反应,被还原。

參考文獻[编辑]

  1. ^ 《化学 必修1》2.1.2 分散系及其分类.P28
  2. ^ 《化学 选修3 物质结构与性质》2.2.4 配位物理论简介.P43