二价铁与过氧化氢反应简介

浅谈二价铁与过氧化氢的反应——Fonton反应

笔者：当氟遇上氦

在中学时我们学到过氧化氢是一种绿色氧化剂，而二价铁是常见的还原剂，说以他们当然能够反应，但细心的同学可能发现了，在中学考试题中，常常出现的题目是写出Fe2+与酸化H2O2反应的化学方程式，不过为什么要酸化呢？一方面，经过酸化的H2O2氧化性确实大增，其标准电极电势达到了惊人的1.766V，这个数据代表什么呢？通俗地讲，它可以氧化绝大多数物质，相比较而言，硝酸的电极电势也不过0.803V（电极电势越高氧化性越强，反之还原性越强），但是不是未经酸化的H2O2就不能氧化Fe2+呢？答案是否定的，但为什么题目中的H2O2都是酸化过的呢？因为它们的反应原理较为复杂，而本篇文章讲的就是未经酸化的H2O2 与Fe2+的反应——Fonton反应。

1894年，Fonton报导了在做用过氧化氢氧化酒石酸的过程中，加入少量的亚铁盐能有效催化反应进程。其后的一些研究发现过氧化氢和亚铁盐混合的水溶液体系可以有效地氧化很多种有机物，将其几乎完全氧化为二氧化碳和水。因为这种超高的性能，后人将这种体系称为Fonton（芬顿）试剂。这也是为数不多的无机人名反应。

说了这么多废话，现在该进入正题了，这个体系是怎么反应的？

Haber和Weiss猜测了Fe2+ 催化H2O2 分解的机理，可能过氧化氢氧化了有节操的亚铁离子，生成了羟基自由基(1):

HO·就是羟自由基，中性的羟自由基比氢氧根少一个电子。由于氢氧根很稳定，所以羟自由基有很强的趋势变为氢氧根。据计算，标准态（酸性）下羟自由基变为水的电极电势为2.59V，高于很多常见的强氧化剂如臭氧、氯、高锰酸钾等，仅次于氟。就是说，羟基自由基非常活泼，要从其他物质里夺取电子。（所以羟自由基倾向进攻有机物电子云密度高的地方，但选择性不是很好）。有另一种理论认为该过程产生了高价铁（4,5,6价）而具有氧化性。

由于过氧化氢既有氧化性又有还原性，铁离子又氧化过氧化氢，产生超氧酸中间体（HO2·）和氧气。

这里三个方程式加上（1）式就是Fe2+ 和Fe3+ 催化H2O2 分解的整个过程。这里的超氧酸HO2·也是强氧化性的东西，但它的氧化电位只有约1.3V，相比羟自由基还是图样了。

羟自由基是十分活泼的自由基，可以夺取有机物的氢产生新的自由基,夺取电子形成碳正离子，或加成在电子密度高的双键或芳环。本人有机渣，这儿就不献丑了。

而Fonton反应的另一个作用是处理污水。1964年Eisenhauer首次报导了Fenton 试剂在含酚类废水处理中的应用，在此之后，使，不被生物所降解，会造成持续的污染，而既廉价的Fenton试剂正好发挥用处。有时候Fenton试剂用Fenton试剂处理各种有机物废水的报导开始大量出现。因为废水中一些有机物坚守节操没有将有机物完全降解为CO2，但生成了比较小的有机物分子容易被生物降解，也能有效处理污水。