氢氧化亚铁

一种无机化合物,属于难溶于水的弱碱

氢氧化亚铁(英文名: 二价铁 氢氧化物 或 铁 (II) hydroxide )是一种 无机化合物 ,化学式Fe(OH) 2 ,摩尔质量89.86 g/ 摩尔 ,密度3.4 g/cm³,为白色固体,难溶于水。氢氧化亚铁为中强碱,易溶于酸,难溶于碱,易被氧化。由于溶液中溶解有氧气,新生成的氢氧化亚铁很快被氧化成氢氧化铁,因此在实验过程中很难观察到白色的氢氧化亚铁沉淀,只能看到灰绿色的絮状沉淀,最终转化为红棕色的氢氧化铁沉淀。其还可以与酸反应,例如,氢氧化亚铁与硝酸反应产生 一氧化氮 气体等。

氢氧化亚铁主要是通过Fe 2+ 与OH - 反应生成制得,制备过程中需要隔绝氧气等氧化性物质 ,可采用有机层隔离法、还原性气体保护法、电解法等。 例如,有机层隔离法中,采用如汽油、苯等比水轻的有机 溶剂 对反应体系进行液封,从而防止生成的Fe(OH) 2 被氧化。

在水处理中,氢氧化亚铁可净化浑浊水,还能在湿地等水系统中去除有毒的硒[xī]酸盐和亚硒酸根离子。 在工业领域,氢氧化亚铁可用于防止化合物的 水解 ,还能作为吸氧剂,吸收水中的溶解氧等。 在医药领域,氢氧化亚铁可用于解砷[shēn]毒、鉴别含有硝基取代基的二氢吡啶[dìng]类药物等。 此外,氢氧化亚铁还可作为镍[niè]铁电池负极材料等。

理化性质

物理性质

氢氧化亚铁的 摩尔质量 为89.86 g/ 摩尔 ,密度3.40 g/cm 3 。其不溶于碱溶液,难溶于水,溶于酸、 氯化铵 溶液。氢氧化亚铁属于 六方晶系 ,晶格 常数 α 0 =0.3258 nm,C 0 =0.4605 nm。

氢氧化亚铁为白色无定形粉末或白色至淡绿色六方 晶体 ,Fe(OH) 2 在溶液中析出时,不同晶型颜色不一样,当沉淀是六方晶型时为淡绿色,当沉淀是无定形时为白色,而无定形沉淀的颗粒直径在2×10 -6 m以下,在沉淀形式中颗粒最小。

化学性质

氧化还原反应

氢氧化亚铁在空气中被氧化为 氢氧化铁胶体 :

在空气不存在的情况下 硝基化合物 、 亚硝基化合物 、 硝酸 烷酯、 亚硝酸 烷酯、胲和醌等能氧化碱性的氢氧化亚铁溶液,产生红 棕色 到棕色的 氢氧化铁 沉淀,例如:

硝基物被还原的 速率 与它在碱溶液中的溶度有关,例如对硝基苯甲酸能溶在碱溶液中,很容易被还原,而α- 硝基萘 的溶度小,则需振荡30秒钟后,才起反应。

与酸反应

氢氧化亚铁与 非氧化性酸 反应:

氢氧化亚铁是不溶性碱,能跟酸反应生成 亚铁盐 。例如,氢氧化亚铁与 硫酸 反应生成 硫酸亚铁 :

氢氧化亚铁可与 氧化性酸 反应,例如,氢氧化亚铁与 硝酸 反应生成 硝酸铁 、 一氧化氮 和水:

分解反应

氢氧化亚铁在受热时会发生分解反应,生成 氧化铁 和水:

应用领域

水处理

硫酸亚铁 又名 二价铁 、铁矾或黑矾,常用于 净水 ,其原理与氢氧化亚铁有关:浑浊的水中放入适量的硫酸亚铁后,经 电离 和 水解 作用产生氢氧化亚铁胶状微粒。这种氢氧化亚铁胶状微粒能够 吸附 水中悬浮的杂质而共同沉淀,从而使浑浊的水变得洁净。 在湿地等水系统中,氢氧化亚铁可去除有毒的硒酸盐和亚硒 酸根离子 ,氢氧化亚铁将这些离子还原为 单质 硒,硒不溶于水并沉淀出来。

工业

氢氧化亚铁在 羟醛缩合 中用于防止化合物的 水解 ,例如,在 苯胺 和 haas 缩合制备 苯基 甘氨酸 盐的制备过程中,用氢氧化亚铁 缩合剂 可防止氯乙酸的水解。 氢氧化亚铁在工业上还可作为 吸氧剂 ,其有两种使用方式:第一种,在水中可同时加入碱和 亚铁盐 ,产生的氢氧化亚铁可把溶于水中的氧吸收而氧化成 氢氧化铁胶体 。第二种,为了避免除氧水内固形残留物大量增加,用水洗除氢氧化亚铁中的 硫酸钠 ,须增加必要的储存容器、准确地加入悬浮氢氧化亚铁量,通常加入干的氢氧化亚铁和粉状金属铁的 混合物 。

医药

氢氧化亚铁可用于解砷毒,如果人畜因不慎而误中砷毒,可服用 氧化镁 和 硫酸亚铁 溶液反应而生成的新鲜的氢氧化亚铁悬浮液来解毒。历史上曾以糊精和 柠檬酸 为 配位 体的氢氧化亚铁 有机高分子化合物 配位化合物 补铁。 另外,对于含有硝基 取代基 的 二氢吡啶 类药物,可将氢氧化亚铁氧化为 氢氧化铁 沉淀,用于鉴别不同药品,如 尼莫地平 、尼莫地平片、尼莫地平分散片、尼莫地平软胶囊和尼莫地平胶囊等。

其他

氢氧化亚铁还可作为镍铁电池 负极 材料, 负极板 上的铁与 电解液 作用后,转化成氢氧化亚铁。

制备方法

有机层隔离法

该反应在试管底部进行,需加入隔氧剂,如汽油、苯等比水轻的有机 溶剂 。 如图 ,由于苯的 液封 作用,可防止生成的Fe(OH) 2 被氧化,因而可较长时间观察到白色的Fe(OH) 2 沉淀;如果反应之后振荡,使白色沉淀接触到 氧气 ,白色沉淀会变为灰绿色,后变为红褐色。

还原性气体保护法

该方法是先在装置Ⅰ中,将铁与 稀硫酸反应 生成 硫酸亚铁 和 氢气 ,并利用反应产生的H 2 排尽整个装置中的空气,待检验H 2 的纯度后,再关闭 止水 夹K,利用产生的H 2 把FeSO 4 溶液压入装置Ⅱ中与 氢氧化钠 溶液进行反应。

电解法

该方法中铁作 电解池 的 阳极 ,NaCl溶液为 电解质 ,其阳极反应为:

阴极 反应为:

生成的 氢气 可以赶走溶液中的 氧气 ,溶液中c ( OH- ) 增大,与Fe 2+ 结合生成Fe(OH) 2 沉淀,汽油起“ 液封 ”作用。 电解 时,在两极间最先观察到白色沉淀。

自然来源

氢氧化亚铁在矿物中存在,例如,羟 铁矿 (Amakinite)是一种半透明的黄绿色矿物,它的 化学式 为(Fe,Mg)(OH) 2 ,通常以斑点状、无面体 晶体 的形式存在,与其他矿物伴生。

除了矿物,水体中还存在铁,其形态多样,包括水合离子、 无机络合物 、有机络合物以及 胶体 粒子、悬浮颗粒物等。在还原性环境中, 二价铁 是主要存在形态,故在 地下水 和河流湖泊的底层,铁往往呈现出低价态。

健康危害

一般来说,铁对人和动物是低毒或无毒的,但当饮用水源中铁的含量超过一定浓度时,水就会变成黄色或 褐色 ,并产生令人不愉快的 金属味 ,过量的 亚铁离子 也可抑制体内锌的吸收,对人体健康造成不利影响。

化学腐蚀

零件表面的 金属材料 与周围干燥气体中非 电解质 液中的有害成分直接接触,发生化学反应造成金属零件的腐蚀称为化学腐蚀。 氢氧化亚铁是铁氧化生成铁锈的中间产物:铁在潮湿的空气中先生成氢氧化亚铁Fe(OH) 2 , 继之 被氧化成 氢氧化铁胶体 Fe(OH) 3 ,氢氧化铁以一种疏松的沉淀形式覆盖在金属表面,在吸取空气中的水分的同时,更加速了其腐蚀作用,最后生成 水合氧化铁 ——铁锈(nFeO·mFe 2 O 3 ·pH 2 O)。一般铁制品比较容易被大气氧化腐蚀,如各种塔、 换热器 、 反应器 、 贮罐 、泵、 压缩机 等化工设备的外壁。

参考资料

  1. Ferrous hydroxide | FeH2O2 | CID 10129897 - PubChem PubChem 2024-03-12
  2. Reduction of oxoselenium anions by iron(II) hydroxide ScienceDirect 2024-03-13
  3. Mineralogy, geochemistry and occurrences of fougerite in a modern hydrothermal system and its implications for the origin of life ScienceDirect 2024-03-19