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  • 磷酸

    磷酸或正磷酸(H3PO4),是一种常见的无机酸,是中强酸。由五氧化二磷溶于热水中即可得到。正磷酸工业上用硫酸处理磷灰石即得。磷酸在空气中容易潮解。加热会失水得到焦磷酸,在进一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用于制药、食品、肥料等工业,也可用作化学试剂。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 磷酸 外文名: trihydroxidooxidophosphorus phosphoric acid
    别名: 正磷酸、原磷酸 化学式: H3PO4
    CAS号: 7664-38-2 摩尔质量: 98.0 g·mol−1
    外观: 白色固体或者无色粘稠液体 密度: 1.685 g/ml
    熔点: 42.35 沸点: 158
    警示术语: R:34 安全术语: S:1/2-26-45

    目录

    来源/磷酸 编辑

    磷酸磷酸

    磷酸的原料主要是磷矿和无机酸(硫酸、盐酸或硝酸,主要为硫酸)。天然磷矿分磷灰石和磷块岩两大类,其主要成分都是氟磷酸钙〔Ca10F2(PO4)6〕。磷矿的品位和有害杂质的种类及含量,对湿法磷酸生产的技术经济影响很大,开采的磷矿一般需经过富集处理,提高其品位和排除杂质,方能满足湿法磷酸生产的要求。

    性质/磷酸 编辑

    分子结构分子结构

    (一)物理性质
    纯净的磷酸是无色晶体,分子式为H3PO4,高沸点酸,易溶于。市售磷酸试剂是粘稠的、不挥发的浓溶液,磷酸含量83-98%。

    (二)化学性质
    磷酸是三元中强酸,分三步电离,不易挥发,不易分解,几乎没有氧化性。具有酸的通性。

    反应
    NaOH+H3PO4=NaH2PO4+H2O;
    2NaOH+H3PO4=Na2HPO4+2H2O;
    3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O。

    与某些反应
    NaBr+H3PO4(浓)=NaH2PO4+HBr↑
    NaI+H3PO4(浓)=NaH2PO4+HI↑

    (三)磷酸根离子具有很强的配合能力,能与许多金属离子生成可溶性的配合物。如Fe与PO4可以生成无色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]和[Fe(HPO4)2],利用这一性质,分析化学上常用PO4掩蔽Fe离子。

    (四)磷酸受强热时脱水,依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是链状结构,多聚的偏磷酸是环状结构。

    (五)检测:若在待测液中滴加AgNO3溶液,有黄色沉淀生成,再滴入稀HNO3,黄色沉淀溶解,则可证明原溶液中含有PO4。若待测液呈酸性,

    则应先在待测液中滴氨水至中性,再滴加AgNO3溶液和稀HNO3

    用途/磷酸 编辑

    无机工业用于生产酸式磷酸锰焦磷酸钾及各种磷酸盐类。医药工业用于制造甘油、磷酸钠、神经系统药剂)、牙料粘合剂)及青霉素的Ph调节剂等。

    磷酸磷酸
    塑料工业用于生产酚醛树脂的缩合反应催化剂。日化工业用作生产洗涤剂的助剂,用于浸渍火柴梗,使火柴使用较为安全。冶金工业用于生产磷酸耐火泥,可提高炼钢炉寿命等。食品工业用作酸性调味剂。涂料工业用作金属防锈漆。[1] 硅平面管和集成电路生产中,普遍以铝膜作电极引线,需要对铝膜进行光刻,用磷酸作酸性清洗腐蚀剂。
    磷酸在水处理领域主要用作软水剂、水垢清洗剂,以及用作磷系水处理剂的生产原料等。磷酸还有许多其他用途,高纯磷酸可用于制作无氟饲料;在电镀工业中用作抛光剂;印刷工业中用作去污剂。乙烯合成与过氧化氢的精制过程中用作酸化剂;饮料生产中用作酸化剂和调味剂;染料工业中用作干燥剂。

    磷酸盐/磷酸 编辑

    磷酸盐有三类:正盐(含PO4)、磷酸一氢盐(含HPO4)、磷酸二氢盐(含H2PO)。

    1、溶解性规律:正盐和一氢盐:除、钠、等少数盐外,其余都难溶于水,但能溶于强酸。二氢盐:都易溶于水。

    化学反应化学反应

    2、相互转化:
    a、往澄清石灰水中逐滴滴加H3PO4,边滴边振荡。现象:开始有白色沉淀生成,而后逐渐溶解。
    反应方程式:
    3Ca(OH)2+2H3PO4=Ca3(PO4)2↓+6H2O
    Ca3(PO4)2+H3PO4=3CaHPO4
    CaHPO4+H3PO4=Ca(H2PO4)2

    b、往磷酸溶液中逐滴滴加澄清石灰水,边滴加振荡。现象:开始无现象,当澄清石灰水滴到一定量时,有白色沉淀生成。
    反应方程式:
    Ca(OH)2+2H3PO4=Ca(H2PO4)2+2H2O
    Ca(H2PO4)2+Ca(OH)2=2CaHPO4
    2CaHPO4+Ca(OH)2=Ca3(PO4)2+2H2O

    3、离子共存的问题
    (1)H2PO4 、HPO4、PO4与H不能共存
    (2)H2PO4、HPO4与OH不能共存
    (3)H2PO4与PO4不能共存,H2PO4+PO4 =2HPO4(4)H2PO4与HPO4、HPO4与PO4可共存

    生产工艺 /磷酸 编辑

    主要是用硫酸分解磷矿,然后将生成的磷酸与硫酸钙分离。其主要反应式为:

    Ca10F2(PO4)6 +10H2SO4+mH2O─→10CaSO4·nH2O+2HF+6H3PO4 +(m-10n)H2O
    磷酸
    磷酸

    为避免反应生成的硫酸钙在磷矿颗粒表面形成膜层,阻碍反应继续进行,工艺上反应过程是分成两步进行。
    第一步是磷矿溶解在磷酸(由后续工序返回的一部分)中生成磷酸一钙
    第二步是硫酸与磷酸一钙反应生成磷酸和硫酸钙

    湿法生产

    湿法磷酸生产工艺称为硫酸钙再结晶工艺,其过程中包含着有硫酸钙结晶水合物的转变。

    发展这类工艺的目的不外乎是为了获得含P2O5浓度较高的磷酸;获得较高的收率(以P2O5计);获得含杂质少的石膏。已经实现了工业化的有三种:
    ①半水物-二水物一段过滤工艺。控制反应物料液相浓度为30%~32%P2O5、反应温度80~100℃,使硫酸钙先生成半水物结晶,然后温度下降为65℃左右,将结晶转化为二水物后再过滤。
    ②半水物-二水物两段过滤工艺。用酸分解磷矿时使石膏先生成半水物结晶,控制反应物料液相浓度为40%~50%P2O5、温度90~110℃,进行半水石膏分离,获得成品磷酸。半水石膏再转入另一个反应器水化成二水物石膏,控制反应温度为约65℃、磷酸浓度为10%~15%P2O5,进行二水物石膏分离。
    ③二水物-半水物两段过滤工艺。磷矿用酸分解时,使石膏先生成二水物结晶,控制温度约为65℃,用离心机分离二水石膏,获得浓度为35%~38%P2O5的成品,二水石膏转入再结晶器转化成半水石膏,控制磷酸浓度为20%~25%P2O5,硫酸浓度为约20%H2SO4,反应温度为80~100℃,分离半水石膏,滤洗液返回二水物结晶槽。

    湿法磷酸的生产,仍以二水物流程为主,占世界生产能力的90%以上。原因是技术较为可靠、工艺操作条件的范围宽、设备材料的腐蚀比较容易解决和投资低等。

    热法生产

    热法磷酸是黄磷在空气中燃烧生成五氧化二磷,再经水化制成。

    1838年,首次制成工业用的黄磷,1855~1890年间在欧洲建立了黄磷的生产厂。20世纪40~50年代,美国和德国发展了黄磷和热法磷酸的生产技术。60年代,美国曾计划大量发展黄磷和热法磷酸生产以用于肥料工业,旨在利用便宜的能源和运输黄磷比较经济的优点,后由于能源涨价,计划未能实现。热法磷酸比湿法磷酸浓度高,且产品纯,但耗电量大,价格昂贵。在水电有富余的地区,热法磷酸具有发展前途。现在除了苏联有少量用于肥料生产外,热法磷酸主要用于工业方面。1981年世界产量为3.145Mt(P2O5)。含硅高的磷矿,适宜于元素磷生产。含杂质高的磷矿用于黄磷生产时,将使电耗增加、磷收率降低。

    有两种生产流程:一种是把燃烧和水化安排在同一塔内进行,液态磷从塔顶向下喷雾,空气由塔顶吸入,磷在塔中燃烧,冷的磷酸喷入塔内,使五氧化二磷进行水化反应,一部分冷的磷酸从塔顶形成膜层沿壁向下流动,以保护塔壁。从塔底部抽出热法磷酸送去冷却后返回塔顶。另一种是把燃烧和水化分开在两个内进行,在塔的外壁大量喷水以移除反应热。

    多磷酸生产

    生产方法有热法和湿法两种。热法多磷酸生产只需在热法磷酸的生产过程中强化冷却系统,使五氧化二磷在少量水的情况下水化即可。湿法多磷酸生产是将浓度为52%~54%P2O5的磷酸进一步脱水。有三种脱水工艺:浸没燃烧脱水;膜式蒸发脱水;强制循环真空蒸发脱水。

    安全性/磷酸 编辑

    危害性

    对健康的危害:
    蒸气或雾对眼、鼻、喉有刺激性。
    口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、血便或体克。皮肤或眼接触可致灼伤。
    毒性:属低毒类。
    急性毒性:LD501530mg/kg(大鼠经口);2740mg/kg(兔经皮)
    刺激性:兔经皮595mg/24小时,严重刺激;兔眼119mg严重刺激。慢性影响:鼻粘膜萎缩、鼻中隔穿孔。长期反复皮肤接触,可引起皮肤刺激。  

    泄漏应急处理

    疏散泄漏污染区人员至安全区,禁止无关人员进入污染区,建议应急处理人员戴好防毒面具,穿化学防护服。不要直接接触泄漏物,用沙土、干燥石灰苏打灰混合,然后收集转移到安全场所或以少量加入大量水中,调节至中性,再放入废水系统。如大量泄漏,收集回收或无害处理后废弃。
    废弃物处置方法:建议把废料缓慢地加到碱液-石灰水中,搅拌后,用大量水冲入下水道。

    防护措施

    呼吸系统防护:空气中浓度超标时,必须佩带防毒面具或供气式头盔。紧急事态抢救或逃生时,建议佩带自给式呼吸器。
    眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。
    防护服:穿工作服(防腐材料制作)。
    手防护:戴橡皮手套。
    其它:工作后,淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服,洗后再用。保持良好的卫生习惯。

    急救措施

    皮肤接触:脱去污染的衣着,立即用流动清水彻底冲洗。若有灼伤,按酸灼伤处理。
    眼睛接触:立即提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗至少15分钟。就医。
    吸入:脱离现场至空气新鲜处。必要时进行人工呼吸。就医。
    食入:误服者立即漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
    灭火方法:泡沫、二氧化碳、砂土、干粉。[2]

    其他/磷酸 编辑

    磷酸磷酸盐调料

    根据美国食品化学药碘(FCC)磷酸盐在食品工业中的功能可分为15类:
    1、酸味剂:磷酸
    2、抗结块剂:磷酸钙
    3、抗氧化剂:次磷酸钙
    4、缓冲剂:磷酸氢二铵磷酸二氢铵磷酸氢钙磷酸钙焦磷酸钙磷酸二氢钾磷酸氢二钾酸式焦磷酸钠磷酸二氢钠磷酸氢二钠磷酸钠焦磷酸钠
    5、面团改良剂:磷酸氢二铵磷酸二氢铵磷酸二氢钙磷酸氢钙
    6、乳化剂:磷酸钾聚偏磷酸钾焦磷酸钾磷酸铝钠(碱性)、偏磷酸钠(不溶性)、磷酸二氢钠磷酸氢二钠聚磷酸钠(玻璃质)、焦磷酸钠
    7、硬化剂:磷酸二氢钙
    8、保湿剂:聚偏磷酸钾
    9、发酵剂:磷酸氢二铵磷酸二氢铵酸式焦磷酸钠磷酸铝钠(酸性)
    10、营养剂:磷酸二氢钙磷酸氢钙磷酸钙焦磷酸钙磷酸铁焦磷酸铁磷酸氢镁磷酸镁次磷酸锰焦磷酸铁钠磷酸二氢钠磷酸氢二钠磷酸钠焦磷酸钠
    11、防腐剂:次磷酸钠。 
    12、螯合剂:磷酸二氢钙磷酸磷酸二氢钾磷酸氢二钾酸式焦磷酸钠偏磷酸钠(不溶性),聚磷酸钠(玻璃状)。
    13、改良淀粉添加剂:三偏焦磷酸磷酸二氢钾
    14、组织改良剂:焦磷酸钾三聚磷酸钾偏磷酸钠(不溶性)、磷酸氢二钠(玻璃质)、三聚磷酸钠
    15、发酵食品:磷酸二氢铵磷酸氢二铵磷酸二氢钙磷酸二氢钙磷酸二氢钾磷酸氢二钾
    由上可看出:磷酸盐在食品加工中的功能主要有两点,一是品质改良剂,二是营养强化剂。     

    磷酸的危害/磷酸 编辑

    蒸气或雾对眼、鼻、喉有刺激性。口服液体可引起恶心、呕吐、腹痛、血便或休克。皮肤或眼接触可致灼伤。慢性影响:鼻粘膜萎缩、鼻中隔穿孔。长期反复皮肤接触,可引起皮肤刺激。
    磷酸中毒后如何急救
    1、皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用大量流动清水冲洗至少15分钟。尽快就医。
    2、眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。尽快就医。
    3、吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。尽快就医。
    4、食入:误服者立即漱口,给饮牛奶或蛋清。尽快就医。
    如何安全防范
    密闭操作,注意通风。尽可能机械化、自动化。提供安全淋浴和洗眼设备。可能接触其蒸气时,必须佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩),可能接触其粉尘时,建议佩戴自吸过滤式防尘口罩。戴化学安全防护眼镜,穿胶布耐酸碱服,戴橡胶耐酸碱手套。工作现场禁止吸烟、进食和饮水,饭前要洗手。工作毕,淋浴更衣。单独存放被毒物污染的衣服,洗后备用。保持良好的卫生习惯。

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2012-01-07
    [2]^引用日期:2012-01-07
    扩展阅读
    1中华商务网 磷酸
    2CAS数据库列表: 磷酸
    3磷酸的危害

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