氯化亚铁：性质、制备及应用

氯化亚铁：性质、制备及应用

氯化亚铁（FeCl2）是一种重要的无机化合物，由铁(II)离子和氯离子组成。它不仅在化学合成中作为制备其他铁化合物的重要原料，还在废水处理、沼气脱硫等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍氯化亚铁的化学性质、制备方法、物理属性及其应用领域。

基本信息

氯化亚铁（FeCl2）是铁(II)和氯离子的化合物，属于卤化铁族。它有两种主要形态：无水氯化亚铁和四水合物氯化亚铁。以下是其基本物理化学性质：

• 空管代码：B03AA05
• 摩尔质量：
• 无水：126.75 g/mol
• 四水合物：198.83 g/mol
• 物理状态：
• 密度：
• 无水（20 °C）：3.16 g/cm³
• 四水合物：1.93 g/cm³
• 熔点：
• 677 °C
• 结晶水释放：105-110 °C
• 沸点：1023℃
• 溶解度：易溶于水（10 °C 时为 644 g/l）
• 危险性：H302, P305+351+338
• 毒理学数据：LD50（大鼠，经口）450 mg/kg

自然界中的存在

在自然界中，氯化亚铁以矿物rokühnite（水合物）的形式存在。

制备方法

氯化亚铁可以通过多种方法制备：

1. 氢气还原法：在300至350 °C下用氢气还原氯化铁(III)：
   [
   2 \text{FeCl}_3 + \text{H}_2 \longrightarrow 2 \text{FeCl}_2 + 2 \text{HCl}
   ]

2. 铁与氯化氢反应：铁与干燥的氯化氢气体反应，但需要高温：
   [
   \text{Fe} + 2 \text{HCl} (g) \longrightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2
   ]

3. 甲醇溶剂化法：在氮气气氛下在甲醇中制备六甲醇溶剂化物：
   [
   \text{Fe} + 2 \text{HCl} \rightarrow \text{MeOH} \cdot \text{FeCl}_2 \cdot 6 \text{MeOH} + \text{H}_2
   ]
   [
   \text{FeCl}_2 \cdot 6 \text{MeOH} \rightarrow \text{FeCl}_2 + 6 \text{MeOH}
   ]

4. 氯苯反应法：实验室中常用的制备无水氯化亚铁的方法：
   [
   \text{C}_6\text{H}_5\text{Cl} + 2 \text{FeCl}_3 \longrightarrow \text{C}_6\text{H}_4\text{Cl}_2 + 2 \text{FeCl}_2 + \text{HCl}
   ]

5. 工业副产品：氯化亚铁也是使用氯化法生产二氧化钛的副产品。在酸洗铁皮和零件时，作为镀锌的准备步骤，也会大量生产。

物理化学性质

氯化亚铁是一种白色吸湿性粉末，可在约700 °C的HCl气流中升华。其晶体结构如下：

• 无水氯化亚铁：具有氯化镉(II)型晶体结构，空间群R3m（空间群编号166），晶格参数a = 360.3 pm，c = 1753.6 pm。
• 四水合物：单斜结晶，空间群P21/c（No.14），晶格参数a=588.5pm，b=718pm，c=851.4pm，β=111.1°。
• 二水合物：单斜结晶，空间群C2/m（第12号），晶格参数a = 735.5 pm，b = 854.8 pm，c = 363.7 pm，β = 98.18°。

四水合物在纯净状态下呈淡蓝色，轻微氧化后会变成绿色，暴露在空气中会迅速氧化成锈褐色。氯化亚铁易溶于水和酒精。

应用领域

氯化亚铁在多个领域都有重要应用：

1. 实验室和合成化学：作为制备其他铁化合物的重要起始原料。

2. 废水处理：用作沉淀剂和絮凝剂，特别是在污水处理厂中用于去除磷酸盐。

3. 除臭和脱硫：

• 在下水道和污水压力管线中，用于防止硫化氢的形成。
• 在沼气厂中，用于沼气脱硫。

4. 工业应用：除了固体形式外，氯化亚铁还以水溶液的形式在橡胶罐车或化工行业的罐头中交付。