氯化鐵(英文名稱:Ferric Chloride,化學式為FeCl?,又稱三氯化鐵),一種無機化合物,摩爾質量為162.20g/mol,常溫下純凈的氯化鐵為黑棕色六方晶體,但氯化鐵有著極強的吸濕性,易吸水潮解,從水中析出時常帶六個結晶水,且為黃橙色單斜晶體,氯化鐵溶液通常呈棕黃色,溶液的顏色會隨其濃度的改變而改變。氯化鐵固體無特殊氣味,但吸濕性常使其呈酸性,因而存在一定刺激性酸味。25℃時純氯化鐵的密度為2.90g/cm3。氯化鐵易溶于水,溶于水時釋放大量熱量,形成咖啡色或棕黃色的酸性溶液,并可從溶液中析出六水合氯化鐵,且易溶于具有供體性質的液體,如醇、酮、醚、腈、胺和液體二氧化硫,微溶于苯和己烷等非極性溶劑;在甘油、二硫化碳和乙酸乙酯中可形成溶膠。
氯化鐵為典型的三價鐵化合物,具有三價鐵離子化學性質,易于發生水解反應形成氫氧化鐵膠體甚至沉淀;氯化鐵具有氧化性,且隨著環境酸度的升高而增大,可與氧氣、還原性酸或鹽、金屬單質發生氧化還原反應。
氯化鐵高溫時會分解產生有毒煙霧,對皮膚、眼睛及粘膜有強烈的刺激性和腐蝕性。使用時需要嚴格遵守安全防護規則,避免對身體造成損害。
氯化鐵用途廣泛,可用作刻蝕劑、凝聚劑、催化劑、氧化劑、媒染劑及止血劑等,廣泛應用于電子工業、凈水行業、化工領域、醫學領域、冶金工業、建筑工業和制藥等。
相關結構
氯化鐵晶體
氯化鐵晶體以Fe(III)為中心,每個Fe(III)和六個氯進行八面體配位,如圖所示。氯化鐵晶體為六方晶系并以菱形晶格的形式存在,單位菱形晶胞單元是軸長a=6.69?.U.,軸角α=50°30′;或以六角形晶胞單元軸長a=5.92?.U.,軸長c=17.26?.U.。菱形單元有兩個分子;六角形晶胞有六個分子。
接近300℃時,氯化鐵存在一定的揮發性,其蒸汽氣相主要由二聚體Fe?Cl?組成。在較高的溫度(600℃左右)下,蒸汽以氯化鐵的單體形式存在。
氯化鐵水合物
理化性質
物理性質
常溫下純凈的氯化鐵有著極強的吸濕性,易吸水潮解,從水中析出時常帶六個結晶水,且為黃橙色單斜晶系,溶于水時會釋放大量熱量,氯化鐵溶液通常呈咖啡色或棕黃色,溶液顏色隨其濃度的改變而改變。氯化鐵固體無特殊氣味,但易潮解產生鹽酸常使其呈酸性,濃度為0.1mol/L的水溶液的pH值為2.0,因而存在一定刺激性酸味。25℃時純氯化鐵的密度為2.90g/cm3。氯化鐵易溶于水,且易溶于具有供體性質的液體,如醇、酮[tóng]、醚、腈[jīng]、胺和液體二氧化硫;微溶于僅微溶于苯和己烷等非極性溶劑;在丙三醇、二硫化碳和乙酸乙酯中可形成溶膠。熔點為306℃,標準大氣壓下沸點為315℃,193.89℃時的蒸氣壓為1mmHg。此外,氯化鐵在295 K下的磁矩為5.73 BM(與場強無關),在鹽酸水溶液中的室溫磁矩為5.94 BM,其六水合物的磁矩也與之相似,約為5.95 BM。
化學性質
水解反應
氯化鐵屬于鐵元素的三價鹽,因鐵有較高的正電場,離子半徑為60pm,有較大的電荷半徑比,可在水溶液中快速水解。其水解產物可近似認為是Fe(OH)?。
與水解反應類似,向氯化鐵溶液中加堿可生成沉淀Fe(OH)?。
分解反應
在真空環境下,將氯化鐵固體加熱至超過500℃時可發生分解,產物為氯化亞鐵和氯氣。
絡合反應
氯化鐵作為鐵(III)氯化物可以與一些物質發生絡合反應形成配合物。
復分解反應
氧化還原反應
制備方法
實驗室制法
工業制法
礦石酸浸出法
將含有氧化鐵的鐵礦石用一定含量的鹽酸浸出可用于制備氯化鐵。反應機理可用如下方程式進行表達:
在反應進行的過程中需要控制鹽酸的濃度和反應的溫度來提高反應的產率。
水法工業制法
水法兩步法
工藝原理
第一步:以濃鹽酸和鐵屑為原料,在反應槽中發生化學反應,先生成氯化亞鐵中間產品。
第二部:經過一系列的除雜后向氯化亞鐵貯罐中通入氯氣,使氯化亞鐵氧化產生氯化鐵產品。
工藝流程
和實驗室制法不同,工業上制備需要添加對產物的除雜步驟。
下圖為水法工業制備三氯化鐵的流程圖:
水法一步法
工藝原理
以氯氣和浸水的鐵屑為原料進行反應生成三氯化鐵。
工藝流程
下圖為水法一步法生產三氯化鐵。
火法工業制法
工藝原理
工藝流程
下圖為火法生產三氯化鐵的工藝流程。
應用領域
電子工業
氯化鐵作為蝕刻劑刻蝕印刷電路板。很早之前,氯化鐵常常用作蝕刻劑用于照片雕刻。因此在當印刷電路工業開始快速發展時,氯化鐵很快就被廣泛用作刻蝕劑應用于刻蝕印刷電路板。氯化鐵具有較好的刻蝕能力,尤其是銅。因其溶解速度快、使用性強和價格低廉等優點,使它成為最廣泛使用的印刷電路板刻蝕劑。
凈水行業
氯化鐵稀溶液可用作絮凝劑和沉淀劑用于水資源處理。同時也可應用于廢水處理、土壤處理、飲用水絮凝、磷酸鹽去除、重金屬去除等凈化除雜方面,尤其適用于處理高毒、高氮含量及高COD廢水,但過量使用可能導致水色泛黃。
氯化鐵水解后可產生帶正電荷的水合離子及多核離子絡合物,可吸附帶負電荷的膠質離子,且其形成的礬花密度和強度較大,因而凈水效果較好。
氯化鐵凈水劑價格低廉,以氯化鐵作為凈水劑處理凈化海水、生活用水、工業用水和市政污水、工業廢水等時,其凈水效果受外界因素影響較小,可以在較苛刻的水溫和pH條件下正常使用。
在處理工業廢水時,可以有效的去除水中的重金屬和硫化物還可以依靠形成的氫氧化鐵膠體礬花吸附廢水中難降解的油類和聚合物雜質。
化工領域
氯化鐵在化工領域可進行有機合成中催化劑,如催化加成反應、取代反應、化反應、偶聯反應、環化反應、氧化還原反應、多組分反應以及重排和異構化反應等。
如研究發現CH?Cl?中的無水氯化鐵很容易將β-吡喃糖苷端基異構化為相應的α-端基異構體,在室溫下具有良好的產率和選擇性。在室溫下,通過在CH?Cl?中用無水氯化鐵處理,烷基β-吡喃糖很容易異頭化為它們的α-異頭物。
可通過固定化三氯化鐵、與其它活性物質結合形成復合催化體系,與其它金屬催化劑協同催化和微波輻射等方式來提高三氯化鐵對有機合成的催化效率。
醫藥領域
氯化鐵在醫學上常用作止血劑。利用氯化鐵配制一定濃度的溶液可以止血。氯化鐵能使血液和組織蛋白沉淀,能封閉破裂的毛細血管達到止血的作用。
安全事宜
危險性
GHS分類:
H302:吞咽有害[警告急性毒性,口服]
H314:造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷[危險皮膚腐蝕/刺激]
H315:引起皮膚刺激[警告皮膚腐蝕/刺激]
H318:造成嚴重眼睛損傷[危險嚴重眼睛損傷/眼睛刺激]
H412:對水生生物有害,影響長期[對水生環境有害,長期危害]
毒性
LD50(半數致死量)小鼠口服:450mg/kg
LD50(半數致死量)小鼠靜脈注射:49mg/kg
LD50(半數致死量)大鼠攝入:0.5-5g/kg
LD50(半數致死量)大鼠口服:28mg/kg
儲存方式
氯化鐵必須存放在干燥,且通風良好的庫房。同時,存放處需避免陽光直射、遠離火源和熱源、可燃材料及會發生反應的材料——包括其他氧化劑、還原劑、金屬粉末、任何腐蝕性材料和有機材料。
泄露相關
健康相關
消防相關
急救措施
參考資料 >