（亚）铁离子和过氧化氢的反应
H₂O₂与Fe(III)的反应会引发一个氧化还原循环，并在H₂O₂足量时持续进行，直到H₂O₂被消耗完毕。以下是详细分析：
反应机理与方程式
Fe³⁺被H₂O₂还原为Fe²⁺
在酸性条件下，Fe³⁺与H₂O₂反应生成Fe²⁺和过氧自由基（HO₂·），同时释放H⁺：
$$
\text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{HO}_2\cdot + \text{H}^+
$$
此步骤中，H₂O₂作为还原剂被氧化为HO₂·，而Fe³⁺被还原为Fe²⁺。
Fe²⁺被H₂O₂氧化为Fe³⁺（Fenton反应）
Fe²⁺与H₂O₂反应生成Fe³⁺、羟基自由基（·OH）和OH⁻：
$$
\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \cdot\text{OH} + \text{OH}^-
$$
此反应是经典的Fenton反应，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，H₂O₂被还原为·OH。
循环反应与总反应
这两个反应形成一个催化循环，Fe³⁺和Fe²⁺交替转换，导致H₂O₂分解为水和氧气。总反应可表示为：
$$
2\text{H}_2\text{O}_2 \xrightarrow{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\uparrow
$$
铁离子（Fe³⁺/Fe²⁺）作为催化剂，促进H₂O₂分解。
自由基的产生
关键自由基：
HO₂·（过氧羟基自由基）：由Fe³⁺与H₂O₂反应生成。
·OH（羟基自由基）：由Fenton反应生成。
这些自由基具有强氧化性，可引发链式反应，进一步加速H₂O₂分解或与有机物反应。
平衡与反应终止
- 动态循环：在H₂O₂足量时，Fe³⁺和Fe²⁺的循环会持续进行，直到H₂O₂被完全消耗。
- 终止条件：当H₂O₂浓度降低或副产物（如O₂）积累时，反应逐渐停止。最终体系中可能残留Fe³⁺或Fe²⁺，具体取决于反应条件和步骤的速率。
总结
- 反应方程式：
$$
\text{Fe}^{3+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{HO}_2\cdot + \text{H}^+
$$
$$
\text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \cdot\text{OH} + \text{OH}^-
$$
自由基生成：产生HO₂·和·OH。
平衡状态：反应不可逆，H₂O₂被分解完毕后终止。
该机理在环境治理（如有机污染物降解）和生物体内氧化应激中具有重要作用，但需注意反应条件（如酸性pH）对路径的影响。