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铁化合物

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铁化合物和其它元素形成的化合物。铁在化合物中存在−2到+6共9种氧化态,如右表所示。

氧化态 示例
−2 (d10) Na2[Fe(CO)4]
−1 (d9) Fe
2
(CO)2−
8
0 (d8) Fe(CO)5
1 (d7) Fe2(CO)4(cp)2
2 (d6) FeCl2
3 (d5) FeCl3
4 (d4) Fe(diars)
2
Cl2+
2
5 (d3) FeO3−
4
6 (d2) K2FeO4

无机化合物

+2和+3价铁化合物

含卤化合物

黄色的FeCl3·6H2O
黄色的FeCl3·6H2O
不同浓度的FeCl3溶液(0.05 - 1.5 mol/L)
不同浓度的FeCl3溶液(0.05 - 1.5 mol/L)

铁可以和卤素形成二元或多元化合物。卤化亚铁都可以由氢卤酸反应得到:[1]

Fe + 2 HX → FeX2 + H2

该反应生成卤化亚铁的水合物。卤素(除外)和铁发生放热反应,生成三价铁的化合物:[2]

2 Fe + 3 X2 → 2 FeX3

而碘和铁的反应只生成碘化亚铁。在水溶液中,Fe3+可以将I氧化为单质:[2]

2 I + 2 Fe3+ → I2 + 2 Fe2+ (E0 = +0.23 V)

氟化亚铁(FeF2)可以以无水物和四水合物的形式存在,它们都是白色晶体。[3][4]无水物由无水氯化亚铁和氟化氢反应得到[5],四水合物由溶液结晶产生。氟化亚铁微溶于水。氟化铁(FeF3)也可以无水物和三水合物的形式存在,无水物是白色固体,而水合物略带浅粉色。[6]氯化亚铁(FeCl2)在无水时为灰棕色固体,它可以形成绿色的四水合物。铁和氯化氢在甲醇中反应,可以得到氯化亚铁的甲醇合物,甲醇合物在160°C分解,可以得到无水物。[7]FeCl2和两分子的[(C2H5)4N]Cl反应,生成配合物[(C2H5)4N]2[FeCl4]。[8]氯化铁(FeCl3)是最常见的铁的含卤化合物。它以黑绿色的无水物和深黄色的六水合物的形式存在,它们都容易潮解。氯化铁和类反应,可以形成深紫色的配合物。[9]溴化亚铁(FeBr2)易潮解,是棕黄色固体,具有CdI2层状结构。[10]溴化铁(FeBr3)是棕黄色固体,它是强路易斯酸,可以催化一些有机反应,如的溴化反应。[11]溴化铁在200°C分解,生成溴化亚铁和单质。碘化亚铁是白色至灰白色固体,在潮湿空气中易被氧化。[12]由于碘化亚铁溶液中不存在Fe3+,因此它可用于制备氢氧化亚铁(Fe(OH)2)。[13]碘化铁(FeI3)需要在氩气下,由Fe(CO)4I2的稀溶液与过量的正己烷溶液中反应得到。它能够被水、吡啶等溶剂分解。[14]

高氯酸亚铁(Fe(ClO4)2)的六水合物是浅绿色晶体,易溶于水,可溶于乙醇。[15]高氯酸铁(Fe(ClO4)3)的水合物是略带灰紫色的固体,易溶于水。其FeIII可以和不同的配体结合,形成配合物,如[Fe(H2O)6](ClO4)3·3H2O[16]、[Fe(bpy)3](ClO4)3·3H2O[17]等。高氯酸亚铁和高氯酸铁都可用于有机合成。[15][18]碘酸铁(Fe(IO3)3)可由硝酸铁碘酸反应得到[19],它的热分解产物为α-Fe2O3[20]高碘酸铁钾(K2FeIO6)是一种分析试剂,可用于检验Li+[21]

Fe2O3的两种水合物(α型为红色,β为黄色),[22]它们可用作颜料

氧族元素化合物

氧化亚铁(FeO)是黑色粉末,可由草酸亚铁隔绝空气时的热分解反应制备:

FeC2O4 → FeO + CO + CO2

它是碱性氧化物,溶于酸形成亚铁盐。[23]三氧化二铁(Fe2O3)是红棕色固体,草酸铁硝酸铁的热分解可以得到具有顺磁性的α-Fe2O3四氧化三铁氧化可以得到具有铁磁性的γ-Fe2O3[23]铁锈是氧化铁的水合物(Fe2O3·xH2O)。四氧化三铁(Fe3O4)是黑色固体,具有铁磁性,是电的良导体。[23]所有铁的氧化物在高温下都可以被氢气一氧化碳还原为单质铁。

在含有Fe2+的溶液中滴加氢氧化钠,可以得到白色的氢氧化亚铁(Fe(OH)2),这种化合物在空气中极易被氧化,最后生成红棕色的氢氧化铁。氢氧化铁的化学式通常写作Fe(OH)3,但它实际上是羟基氧化铁的水合物(FeO(OH)·H2O)。氢氧化亚铁和氢氧化铁都具有两性,溶于酸形成Fe2+和Fe3+,溶于浓碱生成[Fe(OH)6]4−和[Fe(OH)6]3−[23]绿锈是一类含Fe2+、Fe3+和OH的混合价态氢氧化物,它的组成和溶液中存在的阴离子有关,如[Fe2+
4
Fe3+
2
(OH
)12]2+ · [SO2−
4
·2H
2
O
]2−[24][25]是一种常见的组成。

硫化亚铁(FeS)是一种黑色固体,难溶于水,可由的化合反应制备,该反应是放热反应。[26]硫化氢和硫酸亚铁反应,也能得到硫化亚铁。除了FeS外,Fe2S3、Fe3S4和FeS2等多种硫化物是已知的。二硫化亚铁(FeS2)在自然界中以黄铁矿白铁矿的形式存在。纯的FeS2是一种半导体材料,光吸收系数较高,但光电转换效率低。[27]硫酸亚铁(FeSO4)以无水物和水合物的形式存在,其中最常见的是七水合物。七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)是浅蓝绿色晶体,俗称绿矾,它可由铁和稀硫酸反应制得:[28]

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

硫酸亚铁在680°C分解,放出二氧化硫三氧化硫

2 FeSO4 → Fe2O3 + SO2 + SO3
硫酸铁铵晶体
硫酸铁铵晶体

硫酸亚铁铵((NH4)2Fe(SO4)2.6H2O)俗称莫尔盐,它是浅绿色的单斜晶体,较一般的亚铁盐稳定,不易在空气中氧化,可由硫酸亚铁和硫酸铵的混合溶液结晶得到。[29]硫酸铁(Fe2(SO4)3)是灰白色粉末,可由硫酸亚铁在硫酸溶液中用过氧化氢氧化制得。[30]硫酸铁铵(NH4Fe(SO4)2·12H2O)中含有未水解的铁离子,其晶体显淡紫色。由硫酸亚铁氧化后和硫酸铵结晶制得。[31]它可用作酯化反应的催化剂。[32]

高氧化态铁化合物

高铁酸盐是含+6价铁的含氧酸盐,以Na2FeO4、K2FeO4和BaFeO4最为常见。它们可以通过化学氧化或电化学氧化法制得。[33]高铁酸盐的稳定性较差,在水中会缓慢分解,对其加热也会分解。[34]

低氧化态铁化合物

五羰基铁一氧化氮反应,生成黑色的四亚硝基铁(Fe(NO)4)晶体。它在液氨中,一个亚硝基配体可以被氨取代。[35]五(三氟化磷)合铁是黄色低熔点(44°C)的固体,可溶于惰性溶剂中。[35]

铁的负价化合物通常出现在铁的金属有机化合物中。

有机化合物

二茂铁晶体
二茂铁晶体

二茂铁(Fe(C5H5)2)是铁的环戊二烯配合物,也是最早发现的夹心配合物[36]它可由环戊二烯基钠或环戊二烯基溴化镁和氯化亚铁反应得到:[37]

2 NaC5H5 + FeCl2 → Fe(C5H5)2 + 2 NaCl
2 C5H5MgBr + FeCl2 → Fe(C5H5)2 + 2 MgBrCl

二茂铁的化学性质稳定,在不破坏结构的情况下其茂环可以发生一些取代反应。它在酸性溶液中可以被氧化,生产二茂铁𬭩离子。[38]

Fe(CO)5(左)和Fe2(CO)9(右)
FcGen

铁的羰基配合物是另一类重要的有机铁化合物。五羰基铁(Fe(CO)5)是草黄色的液体,可由一氧化碳于150°C和175大气压下反应得到。[39]它在光照下颜色变深,分解为橙色的九羰基二铁固体。[40]

溶剂五羰基铁可以被金属钠还原,生成含有-2价铁的四羰基铁酸二钠(Na2[Fe(CO)4])[41]它可用于的合成。[42]

参考文献

引用

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来源

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参见

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