塩化鉄→水酸化鉄(II)の中性水での存在

質問

初めまして。初歩的な質問で失礼します。塩化鉄(FeCl2)を中性水に溶かすとFe2+イオンになり、Fe2+と水酸化鉄(II)が存在する状態になると思いますが、Fe2+のpKaは9.5とあります。pHが中性で、[Fe(OH)2]*[H+]^2/[Fe2+][H2O]^2=10^-9.5と考えると、FeCl2を水に溶かした時のFe2+の量はFeCl2の初期濃度の10%程度になるという計算になりました。この数字はあっているのでしょうか。もしくは簡単にFeCl2を1M、純水に溶かしたらどの程度がFe2+として残っているか、教えていただけないでしょうか。よろしくお願いいたします。

回答No.1

kemistori3

FeCl2を水に溶かして1.0 mol/Lの溶液にすると、Fe++は加水分解を起こして、自身は一部分FeOH+になりこれとほぼ同モルのH+を出します。したがって、溶液は酸性になります。これをイオン反応式で表せば、
Fe++ ＋ H2O ⇌ FeOH+ ＋ H+
この式に対するpKa が9.5 ということです。
Ka = [FeOH+][H+]/[Fe++] = 10^-9.5　(1)
（質問者のKaの式は間違っています）

このときのpHを求めます。
Fe++の加水分解度は非常に小さいので、[Fe++]≒1.0。
また、[FeOH+]≒[H+]なのでこれらの式を(1)に代入して,
[H+] = √(1.0×Ka) = 10^-4.75、pH≒4.8。
また、[FeOH+]≒[H+]ですから、
[Fe++]/([Fe++]＋[FeOH+]) = (1.0－10^-4.8)/(1.0)≒1.0。

つまり、FeCl2を水に溶かして1 mol/Lの溶液にすると、溶液のpHは約4.8になり、Fe++はほぼ100%がそのままで存在し、極一部(10^-4.8mol/L)がFeOH+になります。
したがって、Ksp = 10^-15とすると、
Ksp ＞ [Fe++][OH+]^2 = 1.0×(10^(-14+4.8))^2 = 10^-18.4
したがって、沈殿は生じません。（なお、FeCl2の25℃における溶解度は、39 g/100g溶液 程度です。）

もし、たとえば塩基性の溶液を加えて強制的にpH = 7にしたとするならば、pH=7においても[Fe++]/([Fe++]＋[FeOH+]) ≒1.0で大部分はFe++で存在します。Ksp = [Fe++][OH+]^2から[Fe++] = Ksp/[OH]^2 = 0.1。したがって、この場合は沈殿を生じます。残ったFe++は初濃度の10%程度です。

質問者のやり方でまずかったのは、[H+]=7.0としたところです。