铁化合物

铁化合物是铁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。

More information 氧化态, 示例 ...

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) 2Cl2+ 2
5 (d³)	FeO3− 4
6 (d²)	K₂FeO₄

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无机化合物

+2和+3价铁化合物

含卤化合物

铁可以和卤素形成二元或多元化合物。卤化亚铁都可以由铁和氢卤酸反应得到：^[1]

Fe + 2 HX → FeX₂ + H₂↑

该反应生成卤化亚铁的水合物。卤素（碘除外）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。氯化铁和酚类反应，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，如苯的溴化反应。^[11]溴化铁在200°C分解，生成溴化亚铁和溴单质。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的稀溶液与过量的碘在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Fe^III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）可由硝酸铁和碘酸反应得到^[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，草酸铁或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+
4Fe3+
2(OH−
)₁₂]²⁺ · [SO2−
4·2H
2O]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，可由铁和硫的化合反应制备，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和白铁矿的形式存在。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，放出二氧化硫和三氧化硫：

2 FeSO₄ → Fe₂O₃ + SO₂ + SO₃

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

五羰基铁和一氧化氮反应，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（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）

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，可由铁和一氧化碳于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]

在溶剂中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]它可用于醛的合成。^[42]

参考文献

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来源

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参见

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