对氯化铁溶液蒸干及灼烧后产物的探析

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）FeCl 3溶液中存在水解平衡FeCl3 + 3H2O Fe(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3 mL FeCl3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0.05 mol / 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。

饱和溶液中加一定量水稀释成浓度不同的

[实验3]：向3 mL FeCl

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1 mL FeCl3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1 h，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—5 min ，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—5 min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FeCl 3溶液使得平衡FeCl3+ 3H2O Fe(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℃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）FeOOH α—FeOOH （晶型转变）

（3）α—FeOOH Fe2O3+ 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)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Fe2O3的复杂化合物）可溶于稀酸，久置或者经强烈灼烧后就只能溶于浓盐酸。联系实验5、实验6，笔者认为经酒精灯灼烧后的固体中，γ—Fe2O3已部分晶型转变为α—Fe2O3；酒精喷灯温度下灼烧则会使γ—Fe2O3完全转变为α—Fe2O3，且由于高温下Fe3O4相对Fe2O3所具有的更好的稳定性，少量Fe2O3还会转化为

Fe3O4 ，即6Fe2O34Fe3O4 + O2↑，因此实验6出现少量难溶于浓盐酸的黑褐色固体也就不足为怪了。

3．总结与反思

至此，我们似乎可以这样认为，加热FeCl3溶液在平衡正向移动时并未发生HCl的挥发，而蒸干FeCl3溶液得到Fe(OH)3固体是有条件的，蒸干得到FeOOH也是有条件的，我们必须注意把握好实验的加热温度；至于灼烧后的固体成分，一般在实验室酒精灯条件下两种构型的氧化铁α—Fe2O3和γ—Fe2O3总是伴生的，若选用更高温度的酒精喷灯灼烧则在主要生成α—Fe2O3外还可能含有少量的Fe3O4 。

通过本实验探究的经历，不仅使我们感到了化学以及化学实验的复杂性，同时也深深地体验到其中的奥秘与乐趣。写到这里，我们似乎更明白了一个道理：即使是再简单、再传统、再经典的实验都可能有为人所未知的一面，因此我们绝不可能轻信其“完美”。“历史告诫我们说，一种崭新的真理惯常的命运是：始于异端，终于迷信。”（赫胥黎语）虽然我们不能说自己一定能发现什么真理，但在新课改重过程重探究的理念下，广大化学教师在日常实验教学中必须时刻提高自身质疑与探究的意识。而从平常中去洞察异常，从别人司空见惯、习以为常的事情里找寻疑问，这不失为我们提高自身素质的好途径。

人们常说没有理论指导的实践是盲目的实践，但是光靠理论指导下的逻辑推理有时是很靠不住的。在我们中学化学教学中受逻辑欺骗的情况又总是时有发生，因而再简单的实验也有必要亲手去操作一回，亲自去实践一下。正如已故著名化学家傅鹰教授说的，实验才是最高法庭！

参考文献

[1] 张伟达，段立主，苏延任．氢氧化铁凝胶的制备及其热转变过程[J] ．陶瓷研究，1992（9）：145—148．

[2] 刘怀乐．中学化学教学思维[M] ．重庆出版社，2009年3月第1版：172．