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鐵化合物

化合物

鐵化合物是鐵和其它元素形成的化合物。鐵在化合物中存在−2到+6共9種氧化態，如右表所示。

氧化態 示例
−2 (d10) Na2[Fe(CO)4]
−1 (d9) Fe
2(CO)2−
8
0 (d8) Fe(CO)5
1 (d7) Fe2(CO)4(cp)2
2 (d6) FeCl2
3 (d5) FeCl3
4 (d4) Fe(diars)
2Cl2+
2
5 (d3) FeO3−
4
6 (d2) K2FeO4

無機化合物

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+2和+3價鐵化合物

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含鹵化合物

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黃色的FeCl3·6H2O
 
不同濃度的FeCl3溶液（0.05 - 1.5 mol/L）

鐵可以和鹵素形成二元或多元化合物。鹵化亞鐵都可以由鐵和氫鹵酸反應得到：[1]

Fe + 2 HX → FeX2 + H2↑

該反應生成鹵化亞鐵的水合物。鹵素（碘除外）和鐵發生放熱反應，生成三價鐵的化合物：[2]

2 Fe + 3 X2 → 2 FeX3

而碘和鐵的反應只生成碘化亞鐵。在水溶液中，Fe3+可以將I−氧化為單質：[2]

2 I− + 2 Fe3+ → I2 + 2 Fe2+ (E0 = +0.23 V)

氟化亞鐵（FeF2）可以以無水物和四水合物的形式存在，它們都是白色晶體。[3][4]無水物由無水氯化亞鐵和氟化氫反應得到[5]，四水合物由溶液結晶產生。氟化亞鐵微溶於水。氟化鐵（FeF3）也可以無水物和三水合物的形式存在，無水物是白色固體，而水合物略帶淺粉色。[6]氯化亞鐵（FeCl2）在無水時為灰棕色固體，它可以形成綠色的四水合物。鐵和氯化氫在甲醇中反應，可以得到氯化亞鐵的甲醇合物，甲醇合物在160°C分解，可以得到無水物。[7]FeCl2和兩分子的[(C2H5)4N]Cl反應，生成配合物[(C2H5)4N]2[FeCl4]。[8]氯化鐵（FeCl3）是最常見的鐵的含鹵化合物。它以黑綠色的無水物和深黃色的六水合物的形式存在，它們都容易潮解。氯化鐵和酚類反應，可以形成深紫色的配合物。[9]溴化亞鐵（FeBr2）易潮解，是棕黃色固體，具有CdI2層狀結構。[10]溴化鐵（FeBr3）是棕黃色固體，它是強路易斯酸，可以催化一些有機反應，如苯的溴化反應。[11]溴化鐵在200°C分解，生成溴化亞鐵和溴單質。碘化亞鐵是白色至灰白色固體，在潮濕空氣中易被氧化。[12]由於碘化亞鐵溶液中不存在Fe3+，因此它可用於製備氫氧化亞鐵（Fe(OH)2）。[13]碘化鐵（FeI3）需要在氬氣下，由Fe(CO)4I2的稀溶液與過量的碘在正己烷溶液中反應得到。它能夠被水、吡啶等溶劑分解。[14]

高氯酸亞鐵（Fe(ClO4)2）的六水合物是淺綠色晶體，易溶於水，可溶於乙醇。[15]高氯酸鐵（Fe(ClO4)3）的水合物是略帶灰紫色的固體，易溶於水。其FeIII可以和不同的配體結合，形成配合物，如[Fe(H2O)6](ClO4)3·3H2O[16]、[Fe(bpy)3](ClO4)3·3H2O[17]等。高氯酸亞鐵和高氯酸鐵都可用於有機合成。[15][18]碘酸鐵（Fe(IO3)3）可由硝酸鐵和碘酸反應得到[19]，它的熱分解產物為α-Fe2O3。[20]高碘酸鐵鉀（K2FeIO6）是一種分析試劑，可用於檢驗Li+。[21]

 
 
Fe2O3的兩種水合物（α型為紅色，β為黃色），[22]它們可用作顏料。

氧族元素化合物

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氧化亞鐵（FeO）是黑色粉末，可由草酸亞鐵隔絕空氣時的熱分解反應製備：

FeC2O4 → FeO + CO + CO2↑

它是鹼性氧化物，溶於酸形成亞鐵鹽。[23]三氧化二鐵（Fe2O3）是紅棕色固體，草酸鐵或硝酸鐵的熱分解可以得到具有順磁性的α-Fe2O3，四氧化三鐵氧化可以得到具有鐵磁性的γ-Fe2O3。[23]鐵鏽是氧化鐵的水合物（Fe2O3·xH2O）。四氧化三鐵（Fe3O4）是黑色固體，具有鐵磁性，是電的良導體。[23]所有鐵的氧化物在高溫下都可以被氫氣、一氧化碳還原為單質鐵。

在含有Fe2+的溶液中滴加氫氧化鈉，可以得到白色的氫氧化亞鐵（Fe(OH)2），這種化合物在空氣中極易被氧化，最後生成紅棕色的氫氧化鐵。氫氧化鐵的化學式通常寫作Fe(OH)3，但它實際上是羥基氧化鐵的水合物（FeO(OH)·H2O）。氫氧化亞鐵和氫氧化鐵都具有兩性，溶於酸形成Fe2+和Fe3+，溶於濃鹼生成[Fe(OH)6]4−和[Fe(OH)6]3−。[23]綠鏽是一類含Fe2+、Fe3+和OH−的混合價態氫氧化物，它的組成和溶液中存在的陰離子有關，如[Fe2+
4Fe3+
2(OH−
)12]2+ · [SO2−
4·2H
2O]2−[24][25]是一種常見的組成。

硫化亞鐵（FeS）是一種黑色固體，難溶於水，可由鐵和硫的化合反應製備，該反應是放熱反應。[26]硫化氫和硫酸亞鐵反應，也能得到硫化亞鐵。除了FeS外，Fe2S3、Fe3S4和FeS2等多種硫化物是已知的。二硫化亞鐵（FeS2）在自然界中以黃鐵礦和白鐵礦的形式存在。純的FeS2是一種半導體材料，光吸收係數較高，但光電轉換效率低。[27]硫酸亞鐵（FeSO4）以無水物和水合物的形式存在，其中最常見的是七水合物。七水合硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）是淺藍綠色晶體，俗稱綠礬，它可由鐵和稀硫酸反應製得：[28]

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑

硫酸亞鐵在680°C分解，放出二氧化硫和三氧化硫：

2 FeSO4 → Fe2O3 + SO2 + SO3
 
硫酸鐵銨晶體

硫酸亞鐵銨（(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O）俗稱莫爾鹽，它是淺綠色的單斜晶體，較一般的亞鐵鹽穩定，不易在空氣中氧化，可由硫酸亞鐵和硫酸銨的混合溶液結晶得到。[29]硫酸鐵（Fe2(SO4)3）是灰白色粉末，可由硫酸亞鐵在硫酸溶液中用過氧化氫氧化製得。[30]硫酸鐵銨（NH4Fe(SO4)2·12H2O）中含有未水解的鐵離子，其晶體顯淡紫色。由硫酸亞鐵氧化後和硫酸銨結晶製得。[31]它可用作酯化反應的催化劑。[32]

高氧化態鐵化合物

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主條目：高價鐵化合物（英語：High-valent iron）

高鐵酸鹽是含+6價鐵的含氧酸鹽，以Na2FeO4、K2FeO4和BaFeO4最為常見。它們可以通過化學氧化或電化學氧化法製得。[33]高鐵酸鹽的穩定性較差，在水中會緩慢分解，對其加熱也會分解。[34]

低氧化態鐵化合物

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五羰基鐵和一氧化氮反應，生成黑色的四亞硝基鐵（Fe(NO)4）晶體。它在液氨中，一個亞硝基配體可以被氨取代。[35]五(三氟化磷)合鐵是黃色低熔點（44°C）的固體，可溶於惰性溶劑中。[35]

鐵的負價化合物通常出現在鐵的金屬有機化合物中。

有機化合物

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主條目：有機鐵化合物（英語：Organoiron chemistry）
 
二茂鐵晶體

二茂鐵（Fe(C5H5)2）是鐵的環戊二烯配合物，也是最早發現的夾心配合物。[36]它可由環戊二烯基鈉或環戊二烯基溴化鎂和氯化亞鐵反應得到：[37]

2 NaC5H5 + FeCl2 → Fe(C5H5)2 + 2 NaCl
2 C5H5MgBr + FeCl2 → Fe(C5H5)2 + 2 MgBrCl

二茂鐵的化學性質穩定，在不破壞結構的情況下其茂環可以發生一些取代反應。它在酸性溶液中可以被氧化，生產二茂鐵鎓離子。[38]

 
 
Fe(CO)5（左）和Fe2(CO)9（右）
 

鐵的羰基配合物是另一類重要的有機鐵化合物。五羰基鐵（Fe(CO)5）是草黃色的液體，可由鐵和一氧化碳於150°C和175大氣壓下反應得到。[39]它在光照下顏色變深，分解為橙色的九羰基二鐵固體。[40]

在溶劑中五羰基鐵可以被金屬鈉還原，生成含有-2價鐵的四羰基鐵酸二鈉（Na2[Fe(CO)4]）[41]它可用於醛的合成。[42]

參考文獻

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引用

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來源

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參見

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