含磷酸盐的三氯化铁水解溶液的化学特征_田宝珍

第14卷1995年第4期7月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol14,No,4July1995含磷酸盐的三氯化铁水解溶液的化学特征田宝珍汤鸿霄(中国科学院生态环境研究中心,北京,10085)摘要通过对含磷酸盐三氯化铁水解溶液的pH弛豫.电导率.可见光光谱和不同化学反应活性组分的分布等一系列化学物理性质的表征,说明在eFCI犷NoHZPO;一NoHCO3溶液休系中,PO;’一参与了Fe(,)的水解一聚合反应,形成了Fe一OH一Fe和Fe一Po`一Fe结构共同控制溶液性质、使溶液性质发生了从量变到质变的过程,证明PO;3一对Fe(.)溶液的水解形态有重要影响·关键词:pH弛豫,水解,逐时络合比色法,双电层.在研究Fe(I)溶液的水解一聚合一沉淀反应过程中形态的变化时,发现无机阴离子Pol一,(S芳,F一等对Fe(I)的水解形态及其变化规律有很大影响,其中,以(P)}一影响最大,效果最显著.以往人们在研究POI一与Fe(l)的络合形态时,为避免沉淀,多在强酸性条件完成,而对eF(,)水解反应时与(P对一的络合形态较少涉及.本文则对PO}一存在时,Fe(瓦)溶液水解体系进行一系列表征,以说明PO犷在铁络合物中起的作用和所处的位置.己知在强酸性溶液中生成酸式磷酸铁络合物,例如[FeHZPO;]2一,「FeHPO、]一和仁Fe(H(P)4)。」`3一’·’一这些络合物较之铁的其它无机络合物稳定得多,稳定常数的对数介于.361一8·95之间,可掩蔽铁,避免杂质铁的干扰.在eF(I)溶液开始水解时,可发生如下反应:Fe3十+HzO+HZPO不一「Fe(OH)PO、]一+3H+生成的碱式磷酸铁其稳定常数馆月一4.33,此轻基磷酸铁络合物与酸式磷酸铁和轻基铁的性质不同〔’z二.为确定其形态特征及结构组成,特对0.olmol·l一`Fe1C3一NaHZPO`溶液在不同OH/Fe时的化学性质进行表征.土壤学家HsuPaHJZ增从土壤学角度研究Fe(,)溶液的物理化学性质及其与磷酸根反应的产物及机理,认为在pH>4时,含磷酸盐铁溶液会生成无定形轻基磷酸铁沉淀,并认为其结构可能为eF一OH一Fe和eF一PO;一Fe的综合.据Roger等仁3,`l用IR光谱研究认为eF(OH)。凝胶及各种铁氧化物都能吸附大量PO;一,其IR光谱图表明有双核络合物存在,推断是PO才一置换了两个相邻的OH一官能团,而在两个Fe3,之间形成了桥.已知Fe3卡和OH一之间亲和力极强,因此能同时吸引两个OH一配位生成双核桥铸.(P)l一能否成为两个eF”+之间的桥,决定于它和Fe3寸的气渡和力的强弱.519只和tSu:1飞1一n建立了一个模式以定量计算各种阴离子在针铁矿表而户`!环境化学14卷吸附量.他们指出,表面络合物形成常数具有与相应溶质络合形成相同的稳定趋势,因而它们之间可用一关系式来表达侧.鉴于Fe3+和PO:一之间强的亲和力,它们之间的络合配位(内络)和专属吸附可能是基于同样的作用力和属于同样的作用机理.对0.olmol·l一’FeC13一NaHZPO4水溶液的多种化学性质的表征,将有助于进一步说明上述文献中提出的论点.因此,我们对它进行了pH弛豫、电导率、可见光谱、逐时络合比色等一系列测定,以揭示其结构特点.实验部分1.仪器和试剂DDS一1IA型电导率测定仪,岛津UV一120分光光度计,7l5G红外分光光度计.NaHZP();·ZH:(),NaHC()3为分析纯..2溶液的配制标准铁溶液:将FeCI。·7H20(分析纯)配制成2,smol·l一’左右的浓溶液,再用Fer-ron比色法标定其准确浓度,储存备用.0.2叼Feron水溶液:7一碘一8一轻基唆琳一5一磺酸溶于煮沸过的去离子水中,稀释至预定体积,置冰箱内保存.0.Olmol·l一’FeCIJ系列溶液:先将标准铁溶液稀释成0.smol·1一’左右,然后取少量分别移至soml容量瓶中,甲组(9个)分别加人定量的NaHC03固体粉末,剧烈搅拌,使其溶解并防止气泡逸出.溶液的OH/Fe(B)摩尔比分别为。,。.1,0.2,0.3,0.4,o,5,1.0.1.5,2.0,稀释至刻度,使总铁浓度为0.01mol·l一`.乙组先加入0.019NaHZPO;·ZHZO固体,搅拌使其完全溶解后,再加入定量NaHCO3,得到与甲组一一对应的溶液.乙组溶液的P/Fe摩尔比为0.128..3测定方法以上溶液配制好后,立即测定pH值和电导率闭,以后随熟化逐时测定,并观察外观变化,待溶液稳定后,测波长460nm时的可见光吸收值.并用Ferorn逐时络合比色法测定形态分布(熟化期半年),分另Ij计算Fe(a),Fe(b)和Fe(C)含量百分比二7〕.结果与讨论1.水溶液的pH弛豫特征将甲、乙两组溶液加以比较,同时测定其p