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氯化鐵
無機鐵鹽
氯化鐵（英文名稱：Ferric Chloride，化學(xué)式為FeCl?，又稱三氯化鐵），一種無機化合物，摩爾質(zhì)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(jié)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，且易溶于具有供體性質(zhì)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。
基本信息
中文名
氯化鐵
英文名
Ferric Chloride
別名
鐵（III）氯化物
拼音
lǜ huà tiě
CAS號
7705-08-0
性質(zhì)
化學(xué)式
FeCl?
結(jié)構(gòu)式
摩爾質(zhì)量
162.20g/mol
外觀
純凈的氯化鐵為黑棕色六方晶體；其六水合物為黃橙色單斜晶體；氯化鐵水溶液為棕黃色
氣味
純固體無特殊氣味，但因其較強的吸濕性使之呈酸性，有一定刺激性氣味。
密度
2.90g/cm3（25℃）（無水）
1.82g/cm3（20℃）（六水合物）
熔點
306℃
沸點
315℃（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）
溶解性
易溶于水，易溶于具有供體性質(zhì)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
0°C時在水中的溶解度為74.4g/100ml
pH值
濃度為0.1mol/L的水溶液的pH值為2.0
蒸氣壓
193.89℃時的蒸氣壓為1mmHg
危險性
NFPA 704
氯化鐵為典型的三價鐵化合物，具有三價鐵離子化學(xué)性質(zhì)，易于發(fā)生水解反應(yīng)形成氫氧化鐵膠體甚至沉淀；氯化鐵具有氧化性，且隨著環(huán)境酸度的升高而增大，可與氧氣、還原性酸或鹽、金屬單質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
氯化鐵高溫時會分解產(chǎn)生有毒煙霧，對皮膚、眼鏡及粘膜有強烈的刺激性和腐蝕性。使用時需要嚴(yán)格遵守安全防護規(guī)則，避免對身體造成損害。
氯化鐵用途廣泛，可用作刻蝕劑、絮凝劑和沉淀劑、催化劑及止血劑等，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、凈水行業(yè)、化工領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。
相關(guān)結(jié)構(gòu)
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(fā)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
- FeCl?·6H?O晶體為單斜晶系，晶胞包含兩個[FeCl?(H?O)?]Cl·2H?O單元，在其晶體中兩個氯離子和四個水分子排列在每個鐵離子周圍，形成對稱性的八面體反式-[FeCl?(H?O)?]?離子。Fe-Cl和Fe-OH?原子間距離在復(fù)合離子中，分別為2.30±0.02?和2.07±0.02?。
- 當(dāng)氯化鐵溶于水時，鐵原本的氯離子配體一部分被水分子所取代，由于水比氯離子可產(chǎn)生更大的能級分裂，造成了電子躍遷的能量躍遷，使溶液的顏色發(fā)生改變。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
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(jié)晶水，且為黃橙色單斜晶體。氯化鐵溶液呈棕黃色，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(chǎn)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(zhì)的液體，如醇、酮、醚、腈、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；在甘油、二硫化碳和乙酸乙酯中可形成溶膠。熔點為306℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點為315℃，193.89℃時的蒸氣壓為1mmHg。
化學(xué)性質(zhì)
水解反應(yīng)
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(chǎn)物可近似認(rèn)為是Fe(OH)?。
- 在強酸性環(huán)境中，鐵離子常以六水合離子的形式存在，且水解后的溶液呈黃色。
- 在酸性較低的溶液環(huán)境中，會經(jīng)水解、縮合形成膠體溶液，最后形成Fe(OH)?沉淀。整個過程中溶液會由黃色變?yōu)樽厣?/span>
- 加酸可以抑制鐵六水合離子的水解。
與水解反應(yīng)類似，向氯化鐵溶液中加堿可生成沉淀Fe(OH)?。
分解反應(yīng)
絡(luò)合反應(yīng)
氯化鐵作為鐵（III）氯化物可以與一些物質(zhì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成配合物。
- 在氯化鐵溶液中加入黃血鹽，會生成普魯士藍(lán)（藍(lán)色沉淀）。
- 在氯化鐵溶液中加入KSCN，會形成異硫氰酸根合鐵離子。
復(fù)分解反應(yīng)
- 氯化鐵與某些酸可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，如高氯酸。
- 氯化鐵與某些鹽可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，如草酸鈉。
氧化還原反應(yīng)
- 氯化鐵可與氧氣作用形成氧化鐵。
- 氯化鐵可被過氧化氫氧化為鐵酸鹽
- 氯化鐵和還原性的酸作用可被還原為氯化亞鐵。
- 氯化鐵與還原性鹽作用生成亞鐵鹽。
- 氯化鐵在酸性條件下可與鋅、鈉等金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
制備方法
實驗室制法
- 將鐵屑溶解在鹽酸中反應(yīng)獲得氯化亞鐵溶液，再將氯氣通入所制備的氯化亞鐵溶液中，即可獲得三氯化鐵溶液。對溶液進行濃縮結(jié)晶處理可以獲得氯化鐵固體。同時也可以用硝酸和鹽酸處理氯化亞鐵溶液達到氧化的目的。
工業(yè)制法
礦石酸浸出法
在反應(yīng)進行的過程中需要控制鹽酸的濃度和反應(yīng)的溫度來提高反應(yīng)的產(chǎn)率。
水法工業(yè)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(yīng)槽中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，先生成氯化亞鐵中間產(chǎn)品。
第二部：經(jīng)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(chǎn)生氯化鐵產(chǎn)品。
工藝流程
和實驗室制法不同，工業(yè)上制備需要添加對產(chǎn)物的除雜步驟。
- 需對氯化亞鐵產(chǎn)品進行除雜，通過洗滌塔、鼓風(fēng)機、沙濾器等設(shè)備對第一步的獲得的中間產(chǎn)物進行凈化，除去氯化氫、水氣和顆粒懸浮物。
- 氯氣對氯化亞鐵的氧化：氯氣與氯化亞鐵溶液氧化時需逆向流動，并且添加多個吸收塔，使之能夠被完全氧化。
下圖為水法工業(yè)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(yīng)生成三氯化鐵。
- 該反應(yīng)會釋放大量的熱量，自熱溫度可以支持溶液沸騰，不需要外界加熱提供熱量。
工藝流程
下圖為水法一步法生產(chǎn)三氯化鐵。
- 火法制備氯化鐵可直接獲得固體氯化鐵產(chǎn)品，相較于液體氯化鐵更適合運輸。
火法工業(yè)制法
工藝原理
- 以鐵屑和氯氣為原料，在較高的溫度下使二者在氯化爐內(nèi)反應(yīng)，生成三氯化鐵。
- 過量的氯氣可用氯化亞鐵吸收。
工藝流程
下圖為火法生產(chǎn)三氯化鐵的工藝流程。
應(yīng)用領(lǐng)域
電子工業(yè)
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(dāng)印刷電路工業(yè)開始快速發(fā)展時，氯化鐵很快就被廣泛用作刻蝕劑應(yīng)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(yōu)點，使它成為最廣泛使用的印刷電路板刻蝕劑。
凈水行業(yè)
氯化鐵水解后可產(chǎn)生帶正電荷的水合離子及多核離子絡(luò)合物，可吸附帶負(fù)電荷的膠質(zhì)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(yè)用水和市政污水、工業(yè)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(yè)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礬花吸附廢水中難降解的油類和聚合物雜質(zhì)。
化工領(lǐng)域
氯化鐵在化工領(lǐng)域可進行有機合成中催化劑，如催化加成反應(yīng)、取代反應(yīng)、酯化反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、多組分反應(yīng)以及重排和異構(gòu)化反應(yīng)等。
如研究發(fā)現(xiàn)CH?Cl?中的無水氯化鐵很容易將β-吡喃糖苷端基異構(gòu)化為相應(yīng)的α-端基異構(gòu)體，在室溫下具有良好的產(chǎn)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-吡喃糖苷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(zhì)結(jié)合形成復(fù)合催化體系，與其它金屬催化劑協(xié)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(yī)藥領(lǐng)域
氯化鐵在醫(yī)學(xué)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(xì)血管達到止血的作用。
安全事宜
危險性
圖示 |  |  |
圖意 | 腐蝕性 | 刺激性 |
GHS分類：
H302：吞咽有害[警告急性毒性，口服]
H314：造成嚴(yán)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(yán)重眼睛損傷[危險嚴(yán)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(huán)境有害，長期危害]
毒性
LD50（半數(shù)致死量）小鼠口服：450mg/kg
LD50（半數(shù)致死量）小鼠靜脈注射：49mg/kg
LD50（半數(shù)致死量）大鼠攝入：0.5-5g/kg
LD50（半數(shù)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(fēng)良好的庫房。同時，存放處需避免陽光直射、遠(yuǎn)離火源和熱源、可燃材料及會發(fā)生反應(yīng)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(guān)
- 若發(fā)現(xiàn)氯化鐵溶液或粉末發(fā)生大規(guī)模泄漏，需立即隔離泄露污染區(qū)，限制人員進入。
- 大量泄漏：用塑料布、帆布覆蓋處理受污染的區(qū)域，并同污染物一起回收或運送至專門的化學(xué)藥品廢物處理廠。
- 少量泄露：用潔凈的鏟子將泄漏物收集于干燥潔凈且密封的容器中；以大量清水沖洗，洗水稀釋后排放至廢水系統(tǒng)。
健康相關(guān)
- 氯化鐵產(chǎn)品粉末和其高溫下分解產(chǎn)生的蒸氣都有一定的刺激性。人吸入后會刺激鼻腔和喉嚨，同時會刺激肺部和粘膜，出現(xiàn)咳嗽、窒息和意識喪失等癥狀。接觸時刺激皮膚和眼睛時，眼睛可能會出現(xiàn)瘙癢、流淚和發(fā)紅的癥狀，嚴(yán)重者可能會出現(xiàn)角膜損傷；食入后會嚴(yán)重灼傷口腔和消化道，長期口服還會對肝腎造成一定損害。
- 中毒癥狀：吸入中毒會嚴(yán)重?fù)p害粘膜組織，同時引發(fā)化學(xué)性肺炎；口服中毒會出現(xiàn)劇烈腹痛、嘔吐和虛脫等癥狀。
消防相關(guān)
- 氯化鐵物質(zhì)本身不會燃燒，但在加熱時可能分解產(chǎn)生具有腐蝕性的有毒煙霧。且這些煙霧具有一定氧化性，可能點燃一些可燃物，如木材、紙張、油、衣服等；與還原性金屬接觸時可能放出易燃?xì)錃饧觿』馂?zāi)的嚴(yán)重性。
- 氯化鐵在密封容器內(nèi)加熱可能會爆炸。
- 采用水、干粉、泡沫和二氧化碳對與氯化鐵有關(guān)的火災(zāi)進行處理。
- 在處理有關(guān)氯化鐵的火災(zāi)事故時，需要注意佩戴正壓自給式呼吸器（SCBA）和穿著特定防護服避免氯化鐵釋放出的有毒氯化物煙霧對身體的損害。
- 應(yīng)切斷消防時所用的水流，避免煙霧溶于水，造成水資源污染。
急救措施
- 若眼睛不小心接觸氯化鐵，應(yīng)立即分開眼瞼用流動清水或生理鹽水沖洗。
- 若皮膚不小心接觸氯化鐵，應(yīng)立即脫去被污染的衣物，并用流動的清水沖洗。
- 若不小心吸入氯化鐵，應(yīng)立即將人移至新鮮空氣處，保持其呼吸通常，若呼吸困難可通過佩戴非循環(huán)呼吸面罩幫助患者輔助通氣或提供人工呼吸。
- 若不小心攝入氯化鐵，需立即通過飲用肥皂水或稀釋鹽水誘導(dǎo)嘔吐并立即前往醫(yī)院就醫(yī)。
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