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。 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： 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 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 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。无水物由无水氯化亚铁和氟化氢反应得到，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。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。FeCl2和两分子的[(C2H5)4N]Cl反应，生成配合物[(C2H5)4N]2[FeCl4]。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。溴化亚铁（FeBr2）易潮解，是棕黄色固体，具有CdI2层状结构。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。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。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）。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。 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。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、[Fe(bpy)3](ClO4)3·3H2O等。高氯酸亚铁和高氯酸铁都可用于有机合成。碘酸铁（Fe(IO3)3）可由硝酸铁和碘酸反应得到，它的热分解产物为α-Fe2O3。高碘酸铁钾（K2FeIO6）是一种分析试剂，可用于检验Li+。 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。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。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。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−。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−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。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。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： 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。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。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。它可用作酯化反应的催化剂。 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。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。 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。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。 铁的负价化合物通常出现在铁的金属有机化合物中。 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。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： 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，生产二茂铁鎓离子。 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。它在光照下颜色变深，分解为橙色的九羰基二铁固体。 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]）它可用于醛的合成。 Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). 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