对氯化铁溶液蒸干及灼烧后产物的探析

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1、对氯化铁溶液蒸干及灼烧后产物的探析陆燕海1林肃浩2（1．德清高级中学浙江湖州313200；2．杭州第二中学浙江杭州310053）FeCl3溶液中存在水解平衡FeCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl。很多师生都认为，加热溶液时由于HCl的挥发致使上述平衡正向移动；从而蒸干溶液后可得到Fe(OH)3固体，继续灼烧则转化为Fe2O3。事实是否真如此呢？笔者做了以下探究。1．实验与探究[实验1]：在蒸发皿中加入3mLFeCl3饱和溶液，按图1装置并在三角漏斗口放一湿润的pH试纸检验气体并与标准比色卡比较。加热开始后，黄色的FeCl3溶液中立即

2、出现黄褐色沉淀并不断增多，pH试纸没有任何变化的迹象，说明无HCl挥发；至溶液蒸干时刻，试纸迅速变为深红色；继续加热，蒸发皿中剩余红棕色固体，三角漏斗内出现黄烟并附着在内壁上。[实验2]：图1装置中加0.05mol/L的盐酸1mL并用3—5mL水稀释，加热。在三角漏斗口放一湿润的pH试纸检验气体并与标准比色卡比较：开始试纸不变色，加热一段时间后逐渐变红。[实验3]：向3mLFeCl3饱和溶液中加一定量水稀释成浓度不同的溶液并重复实验1操作，实验现象同上。说明FeCl3浓度对实验结果的影响不明显。[实验4]：按图2装置，在表面皿中加1mLF

3、eCl3饱和溶液，用沸水浴加热后慢慢出现絮状黄褐色沉淀并逐渐增多，至液体粘稠后停止加热，余热蒸干溶液并在室温（6℃）下放置约1h，表面皿中黄褐色沉淀外圈出现明显的棕色针状晶体：若滴几滴稀盐酸，所有固体均能全部溶解；若长期（放上几天）陈化，棕色针状晶体颜色会加深为棕褐色。若本实验改用80℃左右的水浴加热，临近蒸干时冷却得到的固体周围不存在棕色针状晶体。[实验5]：用玻璃燃烧匙取少量实验1剩余的暗红色固体，酒精灯充分灼烧3—5min，冷却后倒入小试管并加水振荡、静置。上层为无色溶液，加KSCN或黄血盐（K4[Fe(CN)6]）溶液不变色，说明

4、无Fe3+；下层为难溶于水的褐色固体，在稀盐酸中部分溶解，浓盐酸（适当微热）时全溶形成澄清的棕黄色溶液。[实验6]：用玻璃燃烧匙取少许实验1剩余的暗红色固体并用酒精喷灯充分灼烧3—5min后重复实验5操作。上层无色溶液加KSCN或黄血盐（K4[Fe(CN)6]）溶液也不显色，下层固体在稀盐酸中几乎不溶，用浓盐酸（适当微热）时部分溶解但仍有少量黑褐色固体剩余。分离出的该黑褐色固体与浓HCl与、浓HNO3的混合液混合放置一段时间能全部溶解，再滴加KSCN溶液能出现血红色。2．解读与释疑盐类的水解需要吸收热量。实验1加热FeCl3溶液使得平衡F

5、eCl3+3H2OFe(OH)3+3HCl正向移动，Fe3+转化为Fe(OH)3并逐渐长大成颗粒析出；结合实验2可知溶液中的HCl因浓度较小在加热开始很长时间内都不会挥发出来。在此阶段，体系中存在着Fe(OH)3的水解生成与反应溶解的竞争。继续加热蒸发溶剂水，FeCl3溶液浓度上升，酸性逐渐增强。临近蒸干时HCl大量挥发使pH试纸变红，生成Fe(OH)3因热稳定性差在100℃2以上时会大部分失水为羟基氧化铁（FeOOH，棕黄色晶体，温度超过200℃时逐渐转化成Fe2O3），因此按实验1蒸干得到的固体笔者认为主要是FeOOH、FeCl3和少

6、量未分解的Fe(OH)3的混合物。而当酒精灯继续加热固体时，由于氯化铁的熔沸点（熔点306℃，沸点319℃）比较低，因气化而在三角漏斗中出现了黄烟现象。文献[1]报道，Fe(OH)3在不同温度下会发生系列分解反应与晶型转变：（1）Fe(OH)3FeOOH+H2O↑(部分脱水)（2）FeOOHα—FeOOH（晶型转变）（3）α—FeOOHFe2O3+H2O↑(完全脱水)实验4用不同温度水浴加热FeCl3溶液时得到的固体产物有所差别：较低温度下蒸干溶液可以得到红褐色的Fe(OH)3，而沸水浴时则已有FeOOH生成——这与文献报道的Fe(OH)

7、3在100℃—120℃附近开始脱水形成FeOOH的结论是一致的。当对蒸干得到的棕褐色固体用酒精灯灼烧时（如实验5）混有的FeCl3完全气化，而其中剩余的Fe(OH)3先完全分解为无定形FeOOH，然后在200℃—300℃又转化成α—FeOOH，最终在400℃以前基本上完全脱水为Fe2O3。这种氧化铁在稀盐酸中部分溶解但能全溶于浓盐酸（适当微热）；而实验6中用酒精喷灯灼烧后的固体则即使是浓盐酸也只能部分溶解，最终仍有少量黑褐色固体物质剩余。其实，氧化铁类似于氧化铝[2]，构型上也可分为α—Fe2O3和γ—Fe2O3，其中γ—Fe2O3能溶于

8、稀盐酸而α—Fe2O3只能用浓盐酸溶解。因此，细心的同行可能也早已发现这样一个不争的事实，有些Fe2O3在稀盐酸或稀硫酸中几乎不溶但却溶于浓盐酸。实际上，新制的Fe2O3，如铁锈（主要含Fe2