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氯化铁
无机铁盐
氯化铁（英文名称：Ferric Chloride，化学式为FeCl₃，又称三氯化铁），一种无机化合物，摩尔质量为162.20g/mol，常温下纯净的氯化铁为黑棕色六方晶体，但氯化铁有着极强的吸湿性，易吸水潮解，从水中析出时常带六个结晶水，且为黄橙色单斜晶体，氯化铁溶液通常呈棕黄色，溶液的颜色会随其浓度的改变而改变。氯化铁固体无特殊气味，但吸湿性常使其呈酸性，因而存在一定刺激性酸味。25℃时纯氯化铁的密度为2.90g/cm³。氯化铁易溶于水，且易溶于具有供体性质的液体，如醇、酮、醚、腈、胺和液体二氧化硫，微溶于苯和己烷等非极性溶剂；在甘油、二硫化碳和乙酸乙酯中可形成溶胶。
基本信息
中文名
氯化铁
英文名
Ferric Chloride
别名
铁（III）氯化物
拼音
lǜ huà tiě
CAS号
7705-08-0
性质
化学式
FeCl₃
结构式
摩尔质量
162.20g/mol
外观
纯净的氯化铁为黑棕色六方晶体；其六水合物为黄橙色单斜晶体；氯化铁水溶液为棕黄色
气味
纯固体无特殊气味，但因其较强的吸湿性使之呈酸性，有一定刺激性气味。
密度
2.90g/cm³（25℃）（无水）
1.82g/cm³（20℃）（六水合物）
熔点
306℃
沸点
315℃（标准大气压下）
溶解性
易溶于水，易溶于具有供体性质的液体，如醇、酮、醚、腈、胺和液体二氧化硫；微溶于苯和己烷等非极性溶剂
在甘油、二硫化碳和乙酸乙酯中可形成溶胶
0°C时在水中的溶解度为74.4g/100ml
pH值
浓度为0.1mol/L的水溶液的pH值为2.0
蒸气压
193.89℃时的蒸气压为1mmHg
危险性
NFPA 704
氯化铁高温时会分解产生有毒烟雾，对皮肤、眼镜及粘膜有强烈的刺激性和腐蚀性。使用时需要严格遵守安全防护规则，避免对身体造成损害。
氯化铁用途广泛，可用作刻蚀剂、絮凝剂和沉淀剂、催化剂及止血剂等，广泛应用于电子工业、净水行业、化工领域和医学领域中。
相关结构
氯化铁晶体
氯化铁晶体以Fe（III）为中心，每个Fe（III）和六个氯进行八面体配位，如图所示。氯化铁晶体为六方晶系并以菱形晶格的形式存在，单位菱形晶胞单元是轴长a=6.69Å.U.，轴角α=50°30′；或以六角形晶胞单元轴长a=5.92Å.U.，轴长c=17.26Å.U.。菱形单元有两个分子；六角形晶胞有六个分子。
接近300℃时，氯化铁存在一定的挥发性，其蒸汽气相主要由二聚体Fe₂Cl₆组成。在较高的温度（600℃左右）下，蒸汽以氯化铁的单体形式存在。
氯化铁水合物
- FeCl₃·6H₂O晶体为单斜晶系，晶胞包含两个[FeCl₂(H₂O)₄]Cl·2H₂O单元，在其晶体中两个氯离子和四个水分子排列在每个铁离子周围，形成对称性的八面体反式-[FeCl₂(H₂O)₄]⁺离子。Fe-Cl和Fe-OH₂原子间距离在复合离子中，分别为2.30±0.02Å和2.07±0.02Å。
- 当氯化铁溶于水时，铁原本的氯离子配体一部分被水分子所取代，由于水比氯离子可产生更大的能级分裂，造成了电子跃迁的能量跃迁，使溶液的颜色发生改变。
理化性质
物理性质
常温下纯净的氯化铁有着极强的吸湿性，易吸水潮解，从水中析出时常带六个结晶水，且为黄橙色单斜晶体。氯化铁溶液呈棕黄色，溶液颜色随其浓度的改变而改变。氯化铁固体无特殊气味，但易潮解产生盐酸常使其呈酸性，浓度为0.1mol/L的水溶液的pH值为2.0，因而存在一定刺激性酸味。25℃时纯氯化铁的密度为2.90g/cm³。氯化铁易溶于水，且易溶于具有供体性质的液体，如醇、酮、醚、腈、胺和液体二氧化硫；微溶于仅微溶于苯和己烷等非极性溶剂；在甘油、二硫化碳和乙酸乙酯中可形成溶胶。熔点为306℃，标准大气压下沸点为315℃，193.89℃时的蒸气压为1mmHg。
化学性质
水解反应
氯化铁属于铁元素的三价盐，因铁有较高的正电场，离子半径为60pm，有较大的电荷半径比，可在水溶液中快速水解。其水解产物可近似认为是Fe(OH)₃。
- 在强酸性环境中，铁离子常以六水合离子的形式存在，且水解后的溶液呈黄色。
- 在酸性较低的溶液环境中，会经水解、缩合形成胶体溶液，最后形成Fe(OH)₃沉淀。整个过程中溶液会由黄色变为棕色。
- 加酸可以抑制铁六水合离子的水解。
与水解反应类似，向氯化铁溶液中加碱可生成沉淀Fe(OH)₃。
分解反应
络合反应
氯化铁作为铁（III）氯化物可以与一些物质发生络合反应形成配合物。
- 在氯化铁溶液中加入黄血盐，会生成普鲁士蓝（蓝色沉淀）。
- 在氯化铁溶液中加入KSCN，会形成异硫氰酸根合铁离子。
复分解反应
- 氯化铁与某些酸可发生复分解反应，如高氯酸。
- 氯化铁与某些盐可发生复分解反应，如草酸钠。
氧化还原反应
- 氯化铁可与氧气作用形成氧化铁。
- 氯化铁可被过氧化氢氧化为铁酸盐
- 氯化铁和还原性的酸作用可被还原为氯化亚铁。
- 氯化铁与还原性盐作用生成亚铁盐。
- 氯化铁在酸性条件下可与锌、钠等金属发生氧化还原反应。
制备方法
实验室制法
- 将铁屑溶解在盐酸中反应获得氯化亚铁溶液，再将氯气通入所制备的氯化亚铁溶液中，即可获得三氯化铁溶液。对溶液进行浓缩结晶处理可以获得氯化铁固体。同时也可以用硝酸和盐酸处理氯化亚铁溶液达到氧化的目的。
工业制法
矿石酸浸出法
在反应进行的过程中需要控制盐酸的浓度和反应的温度来提高反应的产率。
水法工业制法
水法两步法
工艺原理
第一步：以浓盐酸和铁屑为原料，在反应槽中发生化学反应，先生成氯化亚铁中间产品。
第二部：经过一系列的除杂后向氯化亚铁贮罐中通入氯气，使氯化亚铁氧化产生氯化铁产品。
工艺流程
和实验室制法不同，工业上制备需要添加对产物的除杂步骤。
- 需对氯化亚铁产品进行除杂，通过洗涤塔、鼓风机、沙滤器等设备对第一步的获得的中间产物进行净化，除去氯化氢、水气和颗粒悬浮物。
- 氯气对氯化亚铁的氧化：氯气与氯化亚铁溶液氧化时需逆向流动，并且添加多个吸收塔，使之能够被完全氧化。
下图为水法工业制备三氯化铁的流程图：
水法一步法
工艺原理
以氯气和浸水的铁屑为原料进行反应生成三氯化铁。
- 该反应会释放大量的热量，自热温度可以支持溶液沸腾，不需要外界加热提供热量。
工艺流程
下图为水法一步法生产三氯化铁。
- 火法制备氯化铁可直接获得固体氯化铁产品，相较于液体氯化铁更适合运输。
火法工业制法
工艺原理
- 以铁屑和氯气为原料，在较高的温度下使二者在氯化炉内反应，生成三氯化铁。
- 过量的氯气可用氯化亚铁吸收。
工艺流程
下图为火法生产三氯化铁的工艺流程。
应用领域
电子工业
氯化铁作为蚀刻剂刻蚀印刷电路板。很早之前，氯化铁常常用作蚀刻剂用于照片雕刻。因此在当印刷电路工业开始快速发展时，氯化铁很快就被广泛用作刻蚀剂应用于刻蚀印刷电路板。氯化铁具有较好的刻蚀能力，尤其是铜。因其溶解速度快、使用性强和价格低廉等优点，使它成为最广泛使用的印刷电路板刻蚀剂。
净水行业
氯化铁水解后可产生带正电荷的水合离子及多核离子络合物，可吸附带负电荷的胶质离子，且其形成的矾花密度和强度较大，因而净水效果较好。
氯化铁净水剂价格低廉，以氯化铁作为净水剂处理净化海水、生活用水、工业用水和市政污水、工业废水等时，其净水效果受外界因素影响较小，可以在较苛刻的水温和pH条件下正常使用。
在处理工业废水时，可以有效的去除水中的重金属和硫化物还可以依靠形成的氢氧化铁矾花吸附废水中难降解的油类和聚合物杂质。
化工领域
如研究发现CH₂Cl₂中的无水氯化铁很容易将β-吡喃糖苷端基异构化为相应的α-端基异构体，在室温下具有良好的产率和选择性。在室温下，通过在CH₂Cl₂中用无水氯化铁处理，烷基β-吡喃糖苷很容易异头化为它们的α-异头物。
可通过固定化三氯化铁、与其它活性物质结合形成复合催化体系，与其它金属催化剂协同催化和微波辐射等方式来提高三氯化铁对有机合成的催化效率。
医药领域
氯化铁在医学上常用作止血剂。利用氯化铁配制一定浓度的溶液可以止血。氯化铁能使血液和组织蛋白沉淀，能封闭破裂的毛细血管达到止血的作用。
安全事宜
危险性
图示 |  |  |
图意 | 腐蚀性 | 刺激性 |
GHS分类：
H302：吞咽有害[警告急性毒性，口服]
H314：造成严重的皮肤灼伤和眼睛损伤[危险皮肤腐蚀/刺激]
H315：引起皮肤刺激[警告皮肤腐蚀/刺激]
H318：造成严重眼睛损伤[危险严重眼睛损伤/眼睛刺激]
H412：对水生生物有害，影响长期[对水生环境有害，长期危害]
毒性
LD50（半数致死量）小鼠口服：450mg/kg
LD50（半数致死量）小鼠静脉注射：49mg/kg
LD50（半数致死量）大鼠摄入：0.5-5g/kg
LD50（半数致死量）大鼠口服：28mg/kg
储存方式
氯化铁必须存放在干燥，且通风良好的库房。同时，存放处需避免阳光直射、远离火源和热源、可燃材料及会发生反应的材料——包括其他氧化剂、还原剂、金属粉末、任何腐蚀性材料和有机材料。
泄露相关
- 若发现氯化铁溶液或粉末发生大规模泄漏，需立即隔离泄露污染区，限制人员进入。
- 大量泄漏：用塑料布、帆布覆盖处理受污染的区域，并同污染物一起回收或运送至专门的化学药品废物处理厂。
- 少量泄露：用洁净的铲子将泄漏物收集于干燥洁净且密封的容器中；以大量清水冲洗，洗水稀释后排放至废水系统。
健康相关
- 氯化铁产品粉末和其高温下分解产生的蒸气都有一定的刺激性。人吸入后会刺激鼻腔和喉咙，同时会刺激肺部和粘膜，出现咳嗽、窒息和意识丧失等症状。接触时刺激皮肤和眼睛时，眼睛可能会出现瘙痒、流泪和发红的症状，严重者可能会出现角膜损伤；食入后会严重灼伤口腔和消化道，长期口服还会对肝肾造成一定损害。
- 中毒症状：吸入中毒会严重损害粘膜组织，同时引发化学性肺炎；口服中毒会出现剧烈腹痛、呕吐和虚脱等症状。
消防相关
- 氯化铁物质本身不会燃烧，但在加热时可能分解产生具有腐蚀性的有毒烟雾。且这些烟雾具有一定氧化性，可能点燃一些可燃物，如木材、纸张、油、衣服等；与还原性金属接触时可能放出易燃氢气加剧火灾的严重性。
- 氯化铁在密封容器内加热可能会爆炸。
- 采用水、干粉、泡沫和二氧化碳对与氯化铁有关的火灾进行处理。
- 在处理有关氯化铁的火灾事故时，需要注意佩戴正压自给式呼吸器（SCBA）和穿着特定防护服避免氯化铁释放出的有毒氯化物烟雾对身体的损害。
- 应切断消防时所用的水流，避免烟雾溶于水，造成水资源污染。
急救措施
- 若眼睛不小心接触氯化铁，应立即分开眼睑用流动清水或生理盐水冲洗。
- 若皮肤不小心接触氯化铁，应立即脱去被污染的衣物，并用流动的清水冲洗。
- 若不小心吸入氯化铁，应立即将人移至新鲜空气处，保持其呼吸通常，若呼吸困难可通过佩戴非循环呼吸面罩帮助患者辅助通气或提供人工呼吸。
- 若不小心摄入氯化铁，需立即通过饮用肥皂水或稀释盐水诱导呕吐并立即前往医院就医。
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