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磷酸
常見的無機(jī)酸
磷酸3D球棍模型
磷酸（英文名：Phosphoric acid）又名正磷酸，化學(xué)式為H3PO4，分子量97.995。磷酸是由五氧化二磷（P?O?）與水反應(yīng)得到的化合物，是一種常見的無機(jī)酸。高濃度（83%-98%）磷酸呈無色透明粘稠液體，純品為斜方晶系柱狀結(jié)晶。磷酸揮發(fā)性不強(qiáng)，且不易分解，幾乎沒有氧化性。磷酸易潮解，易溶于水，能與水任意比例互溶，能溶于乙醇。磷酸酸性比鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸更弱，但比醋酸、硼酸等弱酸要強(qiáng)。磷酸常溫下穩(wěn)定，加熱制成。磷酸可用于制造肥料、磷酸鹽、藥物、有機(jī)合成催化劑、陶瓷、玻璃等。磷酸是唯一一種可用于食品調(diào)味的無機(jī)酸，也可以作為食品酸味劑和化學(xué)試劑。
基本信息
中文名
磷酸
英文名
Phosphoric acid
別名
正磷酸
化學(xué)式
H3PO4、H?PO?
相對分子質(zhì)量
97.995
CAS編號
7664-38-2
外觀
無色透明液體
熔點(diǎn)
42 °C
密度
1.9 g/cm3
水溶性
可溶于水和乙醇
沸點(diǎn)
407 °C
分子式
H3PO4、H?PO?
EINECS號
231-633-2
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
磷酸分子結(jié)構(gòu)
在磷酸分子中，磷原子的價(jià)層電子構(gòu)型為3s23p2，經(jīng)sp3不等型雜化4條雜化軌道。其中三條為具有單電子的雜化軌道，分別與—OH中的氧原子形成σ鍵；一條具有一對電子的雜化軌道，向端基氧原子配位，形成σ配鍵。除此之外，P原子除了sp3雜化軌道與四個(gè)氧原子形成配位σ鍵之外，還有兩個(gè)空軌道分別接受配位原子上反饋回來的電子，形成p-d反饋大π鍵。因此磷酸根離子中P-O鍵長實(shí)測值為154pm，介于單鍵（171pm）與雙鍵（150pm）之間。結(jié)晶狀磷酸與其水合物的結(jié)構(gòu)是由氫鍵相連接的PO?四面體所組成，P-O鍵長為150x10ˉ12m，P-OH鍵長為155x10ˉ12m，鍵角OP（OH）為108°~115°，（OH）P（OH）為104°~110°。在濃溶液中仍然保持這些氫鍵，因此會表現(xiàn)出黏性。在濃度相對較低的稀溶液（54%H?PO?）中磷酸根離子則與水結(jié)成氫鍵。
化學(xué)性質(zhì)
酸性
磷酸在水中的水解與電離如下：
脫水
與活潑金屬反應(yīng)
與堿和氨反應(yīng)
與堿性氧化物反應(yīng)
制備方法
實(shí)驗(yàn)室制法
工業(yè)制法
濕法磷酸
濕法的使用無機(jī)酸來分解磷礦石制備磷酸。根據(jù)制備時(shí)選用無機(jī)酸的不同，又可以分成硫酸法、鹽酸法、硝酸法等。由于在各種酸制備磷酸的過程中，由于硫酸法操作穩(wěn)定技術(shù)成熟，分離容易，所以它是制造磷酸最主要的方法。
濕法磷酸生產(chǎn)中，硫酸分解磷礦是在大磷酸溶液介質(zhì)中進(jìn)行的。
實(shí)際的分解過程分為兩步，首先是磷礦同磷酸（返回系統(tǒng)的磷酸）作用，生產(chǎn)磷酸二氧鈣：
濕法磷酸因生產(chǎn)方法所限，成品酸不純，對其精制的方法主要有溶劑萃取法、結(jié)晶法、離子交換法電滲析法、化學(xué)沉淀法。采用的二水物法流程生產(chǎn)的濕法磷酸中PO。通常采用直接接觸蒸發(fā)和管式加熱蒸發(fā)兩種濃縮方法得到所需要的磷酸產(chǎn)品。
熱法磷酸
熱法是用黃磷燃燒并水合吸收所生成的P?O??來制備磷酸。熱法磷酸的制造方法主要有液態(tài)磷燃燒法(又稱二步法)，二步法有多種流程，在工業(yè)上普遍采用的有兩種。第一種是將黃磷燃燒得到五氧化二磷，用水冷卻和吸收制得磷酸，此法稱為水冷流程。第二種是將燃燒產(chǎn)物五氧化二磷用預(yù)先冷卻的磷酸進(jìn)行冷卻和吸收而制成磷酸，此法稱為酸冷流程。
應(yīng)用領(lǐng)域
金屬清洗防銹
磷酸作為無機(jī)強(qiáng)酸，對各種金屬均有腐蝕，可以用于化學(xué)清洗(一般不采用磷酸清洗的方法，清洗時(shí)需要加入緩蝕劑)。用磷酸清洗的優(yōu)點(diǎn)是鋼鐵表面自然形成防銹膜，即金屬經(jīng)可溶性的磷酸鹽溶液處理，在其表面生成一層不溶性的磷酸鹽膜?；诹姿崆逑匆壕哂羞@個(gè)特點(diǎn)，可用于循環(huán)水系統(tǒng)檢修開車時(shí)的清洗劑，達(dá)到防腐作用。
食品添加劑
磷酸為無色透明糖漿狀液體，無臭，味酸。極易溶于水和乙醇，通常以含量為85%左右的商品出售。磷酸屬強(qiáng)無機(jī)酸，其酸味度比檸檬酸大2.3一2.5倍，有強(qiáng)烈的收斂味和澀味，多用于可樂型飲料。有人說，“沒有磷酸，就沒有可樂”，磷酸是構(gòu)成可樂風(fēng)味不可缺少的風(fēng)味促進(jìn)劑。因其酸味強(qiáng)度大，故用量少，通常為0.6g/kg左右。
磷酸在釀酒時(shí)還可作為酵母的磷酸源，加強(qiáng)其發(fā)酵能力并能防止雜菌生長。在方便面和肉制品中常使用磷酸鹽（三聚磷酸鹽、焦磷酸鹽和六偏磷酸鹽等）以提高制品的保水性、吸油性等；磷酸還可用作螯合劑、抗氧化增效劑和pH調(diào)節(jié)劑及增香劑。用作釀造時(shí)的pH調(diào)節(jié)劑時(shí)，其用量在0.035%以下；在果醬中使用少量磷酸，以調(diào)節(jié)果醬能形成最大膠凝體的PH；在軟飲料、糖果和焙烤食品中用作增香劑。生產(chǎn)汽水和酸梅汁用磷酸代替檸檬酸作酸味劑，其用量汽水為0.1%一0.15%，酸梅汁濃縮液為0.22%；啤酒糖化時(shí)用磷酸代替乳酸調(diào)節(jié)pH,用量為0.004%；作為酵母營養(yǎng)劑，促進(jìn)細(xì)胞核生長，用量按干酵母計(jì)為0.53%。
燃料電池
堿性燃料電池在載人航天飛行中的成功應(yīng)用，證明了以化學(xué)方式將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的高效和可行性。其中以磷酸為電解質(zhì)的磷酸型氫氧燃料電池首先取得突破。因?yàn)殡m然AFC（堿性燃料電池，全稱為：Alkaline Fuel Cells）具有高效發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，但是將其應(yīng)用在地面上的時(shí)候，由于CO?所產(chǎn)生的毒化問題，它的應(yīng)用受阻。這時(shí)，人們開始研究以酸作為電解質(zhì)的燃料電池。磷酸由于具有較好的熱、化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性以及高溫下?lián)]發(fā)性小、獨(dú)特的對CO?的耐受力等優(yōu)點(diǎn)而成為最早研制成功的地面用的燃料電池。
這項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)建造的發(fā)電站運(yùn)行在世界各地，實(shí)際應(yīng)用表明，磷酸燃料電池是高度可靠的電源，可作為醫(yī)院、計(jì)算機(jī)站的不間斷電源。和其它燃料電池相比，磷酸電池的制作成本低，是發(fā)展最為成功的燃料電池之一。
安全事宜
毒理作用
解剖中毒動物可見中毒性肺炎病灶，肺水腫，肺不張，肝腫大，有時(shí)呈顆粒狀。對小白鼠及大白鼠的LD??=1.25 g/kg，LC??=25.5 mg/m3。受濃度為10.6 mg/m3長期染毒時(shí)，使血清蛋白含量增加及肝糖元降低。經(jīng)一個(gè)月的恢復(fù)期之后，只有部分改變恢復(fù)正常。吸入濃度為2.3 mg/m3磷酸未引起病理改變及其他變化。
本品對皮膚有相當(dāng)強(qiáng)的腐蝕作用，引起皮膚炎癥性疾患。造成全身中毒現(xiàn)象。
環(huán)境危害
當(dāng)貯存的磷酸發(fā)生泄漏時(shí)，首先疏散泄露污染區(qū)人員至安全區(qū)，建議應(yīng)急處理人員戴好防毒面具，穿化學(xué)防護(hù)服，不直接接泄漏物，用沙土、干燥石灰或蘇打灰混合，然后收集轉(zhuǎn)移到安全場所或加入大量水中，調(diào)節(jié)至中性，再放入廢水系統(tǒng)。如大量泄漏，收集回收或無害處理后廢棄。廢棄物處置方法:建議把廢料緩慢地加到堿液——石灰水中．?dāng)嚢韬螅么罅克疀_人下水道。如果是實(shí)驗(yàn)室少量泄漏，用大量水沖洗掉溢漏物，或者用碳酸氫鉤(或小蘇打粉和消石灰1：1混合物)覆蓋后加水收集起，再用蘇打溶液沖洗污染地面。
消防安全
當(dāng)火災(zāi)燃燒中存在磷酸時(shí)，可以用霧狀水、泡沫、砂土、二氧化碳滅火。同時(shí)注意不要使用柱狀水，以防物料飛濺傷人，在火災(zāi)發(fā)生現(xiàn)場附近注意及時(shí)到上風(fēng)口以防止吸入受熱放出的有毒蒸氣。
儲存方法
儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。包裝密封,應(yīng)與易（可）燃物、堿類、活性金屬粉末分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
急救措施
濺入眼內(nèi)時(shí)，須立即用大量清水沖洗；沾及皮膚時(shí)，可用大量清水或碳酸氫鈉水洗滌，并用碳酸氫鈉粉包扎傷處。
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作者
