氯化鐵 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,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 。
基本信息
性質
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)
溶解性
易溶于水,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
0°C時在水中的溶解度為74.4g/100ml
危險性
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(fā)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(huán)境酸度的升高而增大 ,可與氧氣、還原性酸或鹽、金屬單質發(fā)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、眼鏡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(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,廣泛應用于電子工業(yè)、凈水行業(yè)、化工領域和醫(yī)學領域中。
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(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
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、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℃,標準大氣壓下沸點為315℃,193.89℃時的蒸氣壓為1mmHg。
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(huán)境下,將氯化鐵固體在315℃以上的溫度條件下加熱可發(fā)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(fā)生絡合反應形成配合物。
復分解反應
氧化還原反應 氯化鐵作為鐵(III)氯化物,具有 氧化性 。其氧化性隨環(huán)境酸性的增大而增大,在酸性溶液中屬于中 強氧化劑 ??勺餮趸瘎┭趸疕I、H?S、Fe等物質。
制備方法
實驗室制法 利用氯氣和鐵在大于200℃的溫度條件下加熱發(fā)生氧化還原反應可制備 氯化鐵 ,利用無水氯化鐵熔沸點較低的特點,生成后高溫下升華在收集裝置中被收集。
工業(yè)制法
礦石酸浸出法 將含有三氧化二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(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,在反應槽中發(fā)生化學反應,先生成氯化亞鐵中間產品。
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,使氯化亞鐵氧化產生氯化鐵產品。
工藝流程 和實驗室制法不同,工業(yè)上制備需要添加對產物的除雜步驟。
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(yè)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(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。 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(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。
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、酯化反應、偶聯(lián)反應、環(huán)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(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、與其它活性物質結合形成復合催化體系,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)藥領域 氯化鐵在醫(yī)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(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(fā)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 氯化鐵產品粉末和其高溫下分解產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,嚴重者可能會出現(xiàn)角膜損傷 ;食入后會嚴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:吸入中毒會嚴重損害粘膜組織,同時引發(fā)化學性肺炎;口服中毒會出現(xiàn)劇烈腹痛、嘔吐和虛脫等癥狀 。
消防相關 氯化鐵物質本身不會燃燒,但在加熱時可能分解產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氫氣加劇火災的嚴重性。
氯化鐵在密封容器內加熱可能會爆炸。
采用水、干粉、泡沫和二氧化碳對與氯化鐵有關的火災進行處理。
在處理有關氯化鐵的火災事故時,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 若不小心吸入氯化鐵,應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。