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鐵離子(ferri ion),是一種金屬陽離子,離子符號為Fe3+,是鐵原子失去3個電子後形成的離子,是鐵的最穩定離子,有較強的氧化性,同時也是一種重要的工業用劑。

中文名:鐵離子

外文名:ferri ion化學式Fe3+

分子量:55.845化合價+3價

性 質:較強的氧化性

化學性質

鐵的+3價化合物較為穩定。鐵離子是指+3價離子,是鐵失去外層電子所得到的離子。除此之外,鐵原子還可以失去兩個電子得到亞鐵離子。當鐵與單質硫硫酸銅溶液鹽酸稀硫酸等反應時失去兩個電子,成為+2價,而與Cl2、Br2、硝酸熱濃硫酸反應時,則被氧化成Fe3+。 鐵與氧氣或水蒸氣反應生成的Fe3O4,往往被看成FeO·Fe2O3,但實際上是一種具有反式尖晶石結構的晶體,既不是混合物,也不是鹽。其中有1/3的Fe為+2價,另2/3為+3價。

鐵離子的氧化性是大於銅離子的,而鐵單質可以還原銅離子,自然更能還原鐵離子了。還原性從大到小:K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au。

氧化性從小到大:K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Sn4+、Pb2+、H+、Cu2+、Fe3+、Hg+、Ag+,其實這是按照金屬活動性順序排列的。(註:Pt、Au 很穩定,一般很難形成對應的離子) [1] 氯、氮等與其形成配合物時,溶液顯黃色。而真正的六水合鐵離子為淺紫色。

另外,鐵在置換反應中為+2價。

物理性質

含Fe3+的溶液-----不一定,形成不同的配合物 [Fe(H2O)6]3+為淡紫色,而 [FeCl2]+,[FeCl4]-為黃色

註:中學一般認為鐵離子是黃色的,實際是錯誤的,嚴格來說最正確的解釋應該是六水合物的淡紫色,而其黃色來自於[Fe(H2O)6]3+水解後生成的[Fe(H2O)4(OH)2]+,溶液酸性較強時(pH<0),Fe3+主要以淡 紫色的[Fe(H2O)6]3+存在。如果使pH提高到2~3,水解趨勢就很明顯 [2]

氫氧化鐵是紅褐色沉澱。

鑑別

鐵離子([Fe(H2O)6]3+)的檢驗方法:

(1)加苯酚顯紫紅色(絡合物)

(2)加SCN-(離子) 顯血紅色 (絡合物)

(3)加氫氧化鈉有紅褐色沉澱,從開始沉澱到沉澱完全時溶液的pH(常溫下):2.7~3.7

(4)NH4SCN試法:[Fe(H2O)6]3+與SCN-生成血紅色具有不同組成的絡離子。能分解絡合物,生成Fe(OH)3沉澱,故反應需要在酸性溶液中進行。HNO3有氧化性,可使SCN-受到破壞,故應用稀HCl溶液酸化試液。其他離子在一般含量時無嚴重干擾。

(5)K4[Fe(CN)6]試法:[Fe(H2O)6]3+在酸性溶液中與K4[Fe(CN)6]生成藍色沉澱(以前為普魯士藍),但實際上它與前述滕氏藍系同一物質。其他陽離子在一般含量時不干擾鑑定。Co2+、Ni2+等與試劑生成淡藍色至綠色沉澱,不要誤認為是[Fe(H2O)6]3+。

兩種鐵離子簡介

Fe2+ 亞鐵離子一般呈淺綠色,有較強的還原性,能與許多氧化劑反應,如氯氣氧氣等。因此亞鐵離子溶液最好現配現用,儲存時向其中加入一些鐵粉(鐵離子有強氧化性,可以與鐵單質反應生成亞鐵離子) 亞鐵離子也有氧化性,但是氧化性比較弱,能與等金屬發生置換反應。

檢驗方法

方法1:觀察。亞鐵離子,是綠色的,看的出來。

方法2:加入硫氰化鉀(不是硫氫化鉀),不顯血紅色.然後加入氯水,顯血紅色,則為亞鐵離子

離子方程式

2Fe2++ Cl2=2Fe3++2Cl-

Fe3++ 3SCN-=Fe(SCN)3(絡合反應,是可逆的,兩種離子結合的比例不唯一,是檢驗鐵離子的特徵反應,亞鐵離子無此特性)

若想掩蔽鐵離子可使用氟化鈉(NaF),血紅色立即退去,生成更穩定的絡合離子:

[Fe(SCN)6]3-(此物質不唯一)+6F-= [FeF6]3-(無色)+6SCN-

方法3:加入氫氧化鈉溶液,生成白色沉澱,白色沉澱迅速變成灰綠色,最後,變成紅褐色。這證明有鐵離子。

方法4:向溶液中加入酸性高錳酸鉀,若褪色,亞鐵離子,不褪色,則為鐵離子。

方法5:向溶液中加入醋酸鈉,由於亞鐵離子遇醋酸鈉無現象,而鐵離子則發生雙水解,產生沉澱,再結合。

方法6:向兩種溶液中分別加入用硫酸酸化的溴水,振盪,能使溴水褪色的是二價鐵的溶液,不能使溴水褪色的是鐵離子溶液。

離子方程式:2Fe2++Br2=2Fe3++2Br-

方法7:向兩種溶液中加入苯酚,變紫色的是鐵離子的溶液(苯酚與三價鐵生成紫色的絡離子),不變紫色的是亞鐵離子的溶液。

離子反應方程式:

Fe3++6C6H5OH=[Fe(C6H5O)6]3-+6H+。

方法8:在澱粉碘化鉀試紙上分別滴兩種溶液,變藍的是鐵離子的溶液(碘化鉀與鐵離子生成碘單質使澱粉變藍),不變藍的是亞鐵離子溶液。

方法9:加入鄰菲羅啉,顯紅色。

相關反應

鐵與非氧化性酸反應生成亞鐵離子:Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

亞鐵離子轉化成鐵單質:Fe2++Zn=Fe+Zn2+

鐵在氯氣中燃燒生成鐵離子:2Fe+3Cl2=2FeCl3

鐵離子轉化為鐵單質:Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

鐵離子轉化成亞鐵離子:2Fe3++Fe=3Fe2+

亞鐵離子轉化成鐵離子:2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- [3]

其他

1.可溶性硫氰化物法(這是高中化學最常用的方法)

用2支試管分取兩種溶液各少量,分別滴入可溶性硫氰化物(如KSCN、NaSCN、NH4SCN)等溶液,變血紅色的是鐵離子溶液:Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3

不變血紅色的是亞鐵離子溶液,因為Fe與SCN生成的絡合物Fe(SCN)2為無色:Fe2++2SCN-=Fe(SCN)2

2.加鹼法

取鐵離子與亞鐵離子溶液分別加入鹼液(如氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀溶液),生成紅褐色沉澱的是鐵離子溶液。

(加氨水)Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+,現象紅褐

(加強鹼)Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓,

現象:生成白色沉澱並立即轉變為綠色,最後變為紅褐色的是亞鐵離子溶液。

(加氨水)Fe2++2NH3·H2O=Fe(OH)2↓+2NH4+,現象白色沉澱轉變至綠色,最後變為紅褐色。

(加強鹼)Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓,現象白色沉澱轉變至綠色,最後變為紅褐色。

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓,現象紅褐色沉澱。

3.苯酚法

在盛苯酚溶液的2支試管中分別滴入幾滴鐵離子與亞鐵離子溶液,變紫色的是鐵離子的溶液(苯酚與Fe3+生成紫色的絡離子),不變紫色的是亞鐵離子的溶液。

Fe3++6C6H5OH=[Fe(C6H5O)6]3-+6H+ ;[4]

視頻

橘老師課堂第九十六期:鐵離子與亞鐵離子的轉化

參考文獻

  1. [黃麗. 物質氧化性,還原性強弱比較[J]. 好家長, 2016(30).]
  2. [北京師範大學、華中師範大學、南京師範大學無機化學實驗室.無機化學 下冊 第四版:高等教育出版社,2003年1月:772~773頁]
  3. [王春. 基於實驗支持下的元素化合物教學研究——以《金屬與酸和水的反應》教學課例為例[J]. 教育與裝備研究, 2012(3):5-7.]
  4. [鄒勝義. 鐵與鐵離子的化學性質和鐵離子的鑑定[J]. 東華理工大學學報(社會科學版), 1999(3):45-48.]