亚铁离子Fe2+(ferrous
iron或写为ferrous ion,60%以上的research article使用前者),金属阳离子,离子符号Fe2+ 。一般呈浅绿色,有较强的
还原性,能与许多氧化剂反应,如
氯气,氧气等。因此亚铁离子溶液最好现配现用,储存时向其中加入一些铁粉(
铁离子有强
氧化性,可以与铁单质反应生成亚铁离子) 亚铁离子也有氧化性,但是氧化性比较弱,能与镁、
铝、锌等金属发生置换反应。
物质特性
在化学上面叫“亚”的物质的
化合价一定比其的最高的
化学价低(如亚铁离子、铁离子;
氧化亚铁、
氧化铁), 但是不一定是处于中间的化合价;或比最稳定的化合价低(如氯的化合价就有-1 0 +1 +3 +5 +7化学价,+7价为它的最高的化合价,+5为最稳定化合价,只有+3才被称为“亚”)。
注意:亚铁盐水溶液大多为浅绿色,但是
氢氧化亚铁[Fe(OH)2]为难溶于水的白色固体。
生产方法
1、
硫酸法:硫酸与
母液混合,用蒸汽加热至80℃时,将废
铁屑溶解于反应液中,将反应生成的微酸性
硫酸亚铁溶液经澄清去除杂质后,再经冷却结晶、
离心脱水,制得硫酸亚铁。其Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑。
2、
钛白副产法:将硫酸分解
钛铁矿制造
钛白粉生产中经沉淀、冷冻、分离的副产硫酸亚铁,经
重结晶精制,制得硫酸亚铁成品。其FeTiO2+2H2SO4→FeSO4+TiOSO4+TiOSO4+2H2O。
3、缓慢
氧化法:将铁单质置于潮湿的空气中,铁会被空气中的氧气初步氧化成亚铁离子。其Fe-2e-=Fe2+
研究实验
试样名称
化学组成
新鲜滤膜
Fe2O3·5H2O或Fe(OH)3·H2O
锈球内部物质 Fe2O3·H2O或Fe(OH)3 新鲜滤膜 Fe2O3·5H2O或Fe(OH)3·2H2O
为试验结果。有新鲜滤膜的锈球,降铁效果良好。而洗去滤膜的锈球则除铁效果很差,并且具有与新滤料相同的特征,它表明只有锈球表面疏松的滤膜物质才具有
催化活性,而锈球内总密实的物质则没有催化活性。滤料表面这种具有催化活性的疏松的铁质滤膜,称为铁质活性滤膜。
实验表明,新鲜的铁质活性滤膜的催化活性最强,随着时间的延长,铁质滤膜逐渐老化,其催化活性也逐渐减退。实验是用成熟滤料进行的。停运几天以后,成熟滤料的除铁效能已大大降低,表明铁质滤膜会随时间逐渐老化而丧失其催化活性。锈球内部的密实物质,正是由老化的铁质滤膜长期积累而成。所以,滤料表面铁质活性滤膜的
催化作用只有在连续的除铁过程中才能实现。滤料表面的铁质活性滤膜在过滤除铁过程中得到新的补充,从而在原来的滤膜上不断覆盖上新的滤膜,这使滤膜始终保持新鲜而具有很高的催化活性。旧的滤膜则逐渐老化丧失催化活性,久之便成为滤料表面密实的
附着物。滤料表面的铁质活性滤膜的不断更新,是锈砂
接触氧化除铁过程正常进行的
必要条件。
已经明了,铁质活性滤膜接触氧化除铁的过程,首先是滤膜
离子交换吸附水中的亚铁离子,可表示如下:
Fe(
OH)3·2H2O+Fe2+=Fe(OH)2(OFe) ·2H2O++H+
当水中有溶解氧时,被吸附的亚铁离子在活性滤膜的催化下迅速地水解和氧化,从而使催化剂得到再生,反应
生成物又作为催化剂参与反应,所以铁质活性滤膜接触氧化除铁是一个自动催化过程。
Fe(OH)2(OFe) ·2H2O+1/4·O2+9/2 ·H2O= 2Fe(OH)3·2H2O+ H+
收集反冲洗水中的铁泥进行分析,发现其中基本上不含亚铁化合物。它表明被活性滤膜吸附的亚铁离子能被迅速地氧化为高铁。
结论
按照铁质活性滤膜
接触氧化除铁是一个自动催化过程的概念,在过滤
除铁过程中被截留于
滤层中的铁质由于具有
催化作用,应能使滤层的接触氧化除铁能力得到提高。情况确实如此。除铁过程中,水的含铁浓度沿滤层深度
方向分布的变化情况。其中曲线1为滤层
反冲洗后1小时的
浓度分布情况,曲线2为反冲洗后36小时的情况。曲线2较曲线1的位置上移,表明随着铁质在滤层中的积累,滤层的接触氧化除铁能力有明显的提高,它证实了铁质活性滤膜接触氧化除铁是自动催化过程的结论。
成熟滤层
水中的亚铁离子在成熟滤层中被去除,经历以下诸步骤:
上述诸步骤中,
反应速度最慢者将成为
除铁速率的控制步骤。实验表明,亚铁离子向滤料
表面扩散可能是除铁速率的
控制因素。实验还表明,滤料上活性滤膜只以外
表面吸附水中的亚铁离子。
根据
菲克定律,亚铁离子向滤膜表面扩散时,
扩散速率与水中和滤膜表面的亚铁离子浓度差(C-C’)成正比,与滤膜表面的
边界层厚度σ成反比。如果将扩散速率作为除铁速率,并认为C’很小可忽略不计,则
-dc/dt=DS/D(C-C’)≈DS/σ·C (1)
式中 t——时间,t=ml/u;
l——滤层的厚度;
u——滤速;
S——单位体积滤层中滤膜的外表面积,S=6a(1-m)/d;
d——滤料粒径;
σ——边界层厚度;
C’——滤膜表面上的亚铁离子浓度。
将上列各参数代入式(1)得
-dc/dι=βC (2)
β=6Dam(1-m)/ σdu (3)
当水在滤层中呈
层流状态流动时,可以认为边界层厚度为一定值(σ=const),由式
亚铁制备
亚铁制备与用途。
制备
1、钢铁在电镀
或加涂层前,会先放入硫酸中酸洗,产生大量的
硫酸亚铁副产物。
2、以
钛铁矿生产
二氧化钛时也会产生大量的硫酸亚铁。
3、
硫酸亚铁还可从
黄铁矿的氧化,或铁与硫酸反应制备(将
稀硫酸加入
铁屑而得)。
将稀硫酸加入铁屑而得。
作用用途
医药上作
抗贫血药、局部
收敛剂及补血剂,可用于
子宫肌瘤引起的慢性失血;
农业上可用作农药,能防治小麦
黑穗病,
苹果和梨的疤痂病、果树的
腐烂病;食用级用作营养增补剂,如铁质强化剂、果蔬
发色剂。
也可用作肥料,能除去
树干的
青苔及
地衣。是制造磁性
氧化铁、氧化铁红和
铁蓝无机颜料、
铁催化剂及聚
硫酸铁的原料。
此外还用作色谱分析试剂等。
水含铁度
地下水含铁浓度。
地下水含铁浓度14mg/l;
溶解氧浓度7~8mg/l;
滤速10m/h。
亚铁实验
Fe2+从开始沉淀到沉淀完全时溶液的pH(常温下):7.6~9.6。
Fe(OH)2沉淀氧化为为Fe(OH)3时
颜色变化为白色到灰绿色再到红褐色。
在实验室中如果想制取Fe(OH)2,可以以FeCl2和
NaOH为原料。先煮沸FeCl2和NaOH溶液,再用长
滴管吸入NaOH溶液并将其伸入FeCl2溶液液面以下,就可制得Fe(OH)2。
注意事项
危险性
健康危害:对
呼吸道有刺激性,吸入引起
咳嗽和气短。对眼睛、皮肤和粘膜有刺激性。误服引起虚弱、
腹痛、恶心、便血、肺及肝受损、休克、昏迷等,严重者可致死。
急救措施
皮肤接触:脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗。
眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或
生理盐水冲洗。就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如
呼吸困难,给输氧。如
呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
食入:用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
消防措施
灭火方法:
消防人员必须穿全身防火
防毒服,在
上风向灭火。灭火时尽可能将容器从火场移至空旷处。然后根据着火原因选择适当灭火剂灭火。
应急处理
应急处理:隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴
防尘口罩,穿一般作业
工作服。不要
直接接触泄漏物。
小量泄漏:避免扬尘,小心扫起,收集于干燥、洁净、有盖的容器中。
包装储存
在夏天
保质期30天,价格便宜,脱色效果好,絮凝
矾花大,沉降快。
外包装分别有:50公斤和25公斤
编织袋 硫酸亚铁广泛用于漂染、
电镀废水的处理,是一种高效的净水
絮凝剂,特别应用于漂染废水的
脱色处理,效果更佳;可用做
一水硫酸亚铁的原料,一水硫酸亚铁广泛应用于饲料业; 是电镀废水高效絮凝剂
聚合硫酸铁的最主要原材料。 操作注意事项:密闭操作,
局部排风。防止粉尘释放到车间空气中。操作人员必须经过专门培训,严格遵守
操作规程。建议操作人员佩戴
自吸过滤式防尘口罩,戴化学
安全防护眼镜,穿橡胶耐酸碱服,戴橡胶
耐酸碱手套。避免产生粉尘。避免与氧化剂、碱类接触。配备
泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。 储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。防止阳光直射。包装必须密封,切勿受潮。应与氧化剂、碱类等分开存放,切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。
亚铁离子检验
方法2:加入硫氰酸钾溶液,无明显现象然后加入
氯水,溶液显血红色,则证明含有亚铁离子
2Fe2+ +Cl2 ==2Fe3+ +2Cl-
Fe3+ +3SCN- ==Fe(SCN)3(
络合反应,是可逆的,是检验铁离子的特征反应;亚铁离子无此特性)
方法3:加入
氢氧化钠溶液,生成白色沉淀,接着白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。这证明有亚铁离子。
方法4:向溶液中加入酸性
高锰酸钾,若褪色,则有亚铁离子,不褪色,则完全变质。
方法5:向溶液中加入
醋酸钠,由于亚铁离子遇醋酸钠无现象,而铁离子则发生
双水解,产生沉淀,
再结合方法3或4,则可判断。
方法6:加入铁
氰酸钾溶液,有蓝色沉淀生成(Fe3[Fe(CN)6]2),则证明含有亚铁离子
以
氯化亚铁溶液为例:取少量待测液于试管中,
滴加铁氰化钾溶液,有蓝色沉淀生成,则证明含有亚铁离子
3FeCl2+2K3[Fe(CN)6] == Fe3[Fe(CN)6]2↓+6KCl
铁离子和亚铁离子的检验
原理:铁离子和亚铁离子跟某些化合物反应能生成不同的
络合物,从这些络合物的颜色可以鉴别铁离子和亚铁离子。
操作:
1.跟硫氰酸钾溶液的反应 取两支试管,一盛0.1 摩/升FeCl3 溶液2 毫升,另一盛新制备的0.1 摩/升FeSO4 溶液2 毫升,各滴入1~2 滴硫氰酸钾溶液,前者呈现红色,后者不显红色。这是因为Fe3+跟SCN-能生成
配位数从1~6 的一系列红色的
硫氰酸铁络离子的缘故。
2.跟亚铁氰化钾和铁氰化钾的反应在两支试管里分别盛0.1 摩/升FeCl3溶液和新制备的0.1 摩/升FeSO4溶液各2 毫升,各加入几滴亚铁氰化钾溶液,在氯化铁溶液里有蓝色
普鲁士蓝沉淀生成。
用铁氰化钾代替亚铁氰化钾做同样的实验,在硫酸亚铁溶液里有深蓝色的
滕氏蓝沉淀和
硫酸钾生成。在三
氯化铁溶液里不产生沉淀,只是溶液的颜色变成棕色。