三價鐵離子(Fe3+, 鐵(III), iron(III), ferric)是一種常見的離子,主要存在於鐵鹽及其溶液中,如氯化鐵。Fe3+具有較強的氧化性(EΘ=+0.77V)。雖然常見的含三價鐵離子的氯化鐵溶液呈棕黃色,但這並不是Fe3+自身的顏色,而是其與Cl-配位形成的配合物的顏色;[Fe(H2O)6]3+實際上是淡紫色的。

三價鐵離子
識別
CAS號 20074-52-6  checkY
性質
化學式 Fe3+
摩爾質量 55.85 g·mol⁻¹
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

離子結構

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Fe3+是鐵失去4s軌道的兩個電子和3d軌道一個電子形成的,由於失去次外層一個電子後,其最外的3d軌道形成了「半充滿」的結構,具有相對的穩定性。

氧化性

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Fe3+有較強的氧化性,其標準電極電勢EΘ=+0.77V。可與活潑金屬(Fe、Cu等),鹵素離子(I-)等還原劑反應形成二價鐵離子(Fe2+)。

含Fe3+的溶液一般被認為有較強氧化性,但其氧化性受配位離子的影響顯著,如在氰根離子CN-配位後Fe3+氧化性會減弱。

水解

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三價鐵離子極易水解,或與氫氧根(OH-)反應形成氫氧化鐵沉澱。這是因為其電荷高而且離子半徑小,與之配位的水分子受吸電子誘導效應,酸性增強,易於解離出質子,並進一步脫水縮聚形成Fe-O-Fe的氫氧化物—氧化物水合物膠體。所以,在pH>4的環境下,Fe3+就容易形成沉澱。氫氧化鐵 

由於雙水解Fe3+與CO32-等離子不共存。

在其水解過程中,Fe3+可形成帶正電[1]的氫氧化鐵(Fe(OH)3)膠體,從而吸附水中帶負電荷的微粒聚沉,達到淨水目的。

催化性

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Fe3+可催化多種反應,如過氧化氫的分解。一般認為這是因為Fe3+/Fe2+的電勢位於H2O2/H2O和O2/H2O2,從而使得原本一步高能壘的雙分子反應變為兩步低能壘的分子—離子反應,即Fe3+先氧化過氧化氫生成氧氣和Fe2+,後者再被過氧化氫氧化至Fe3+

絡合物

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三價鐵離子可與硫氰酸根(SCN-)離子形成配位離子,使溶液呈血紅色。該反應可用來鑑定溶液中存在Fe3+,也常被用於電影特技與魔術(製作假血)。[2]

三價鐵離子還能與一氧化碳、氰根離子形成穩定的六配位離子,這使得它被用來處理含有氰根離子的有毒廢水(輔助以二價鐵離子沉澱出普魯士藍,從而將CN-以沉澱形式富集)。

實驗室

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製備

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Fe或Fe2+與強氧化劑,如硝酸、濃硫酸、氯氣等反應,可形成Fe3+

檢驗

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Fe3+可以與許多物質反應形成絡合離子,檢驗時常使用這些性質:

清洗

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實驗室一般使用稀鹽酸清洗附着在試管等儀器上的鐵鹽。

注意事項

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裝有Fe3+溶液的試劑瓶不能用橡膠塞,因為Fe3+會將與其中的二硫鍵反應,被還原。

另見

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參考文獻

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  1. ^ 《化學 必修1》2.1.2 分散系及其分類.P28
  2. ^ 《化學 選修3 物質結構與性質》2.2.4 配位物理論簡介.P43