过氧化氢与亚铁离子的反应：芬顿反应
过氧化氢（H₂O₂）与亚铁离子（Fe²⁺）之间的反应是化学中一个非常重要且经典的过程，被称为“芬顿反应”。该反应由英国化学家H.J.H. Fenton于1894年发现，其核心是亚铁离子作为催化剂，催化过氧化氢分解，生成具有极强氧化能力的羟基自由基（·OH）。反应的总化学方程式可以表示为：Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + ·OH + OH⁻。这个反应在环境科学、废水处理以及生物化学等领域有着广泛的应用。
反应机理与过程
芬顿反应是一个典型的自由基链式反应。首先，亚铁离子（Fe²⁺）将电子转移给过氧化氢分子，导致过氧键（-O-O-）发生异裂，生成一个高活性的羟基自由基（·OH）和一个氢氧根离子（OH⁻），同时亚铁离子被氧化为三价铁离子（Fe³⁺）。生成的羟基自由基氧化性极强，几乎可以无选择性地氧化降解绝大多数有机污染物，将其矿化为二氧化碳、水和小分子无机物。随后，生成的三价铁离子（Fe³⁺）也能与过氧化氢发生反应（称为类芬顿反应），生成过氧自由基等，但该步骤速率较慢。
值得注意的是，反应体系通常需要维持在酸性条件下（pH约为3），因为在中性或碱性环境中，铁离子会形成氢氧化物沉淀而失去催化活性。此外，反应过程中产生的Fe³⁺可以被体系中的还原性物质（如部分有机中间产物）重新还原为Fe²⁺，从而循环催化，提高过氧化氢的利用效率。这一特性使得芬顿反应在高级氧化技术处理难降解有机废水中扮演着关键角色。