重慶磷酸——15023438043

???重慶磷酸或正磷酸，是一種常見(jiàn)的無(wú)機(jī)酸，是中強(qiáng)酸。由十氧化四磷溶于熱水中即可得到。正磷酸工業(yè)上用處理磷灰石即得。磷酸在空氣中容易潮解。加熱會(huì)失水得到焦磷酸，在進(jìn)一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用于制藥、食品、肥料等工業(yè)，也可用作化學(xué)試劑。

繼德國(guó)商人波蘭特發(fā)現(xiàn)磷、德國(guó)化學(xué)家孔克爾制出磷后，英國(guó)化學(xué)家波義耳也獨(dú)立制出了磷，他也是早研究磷性質(zhì)及化合物的化學(xué)家，他在1682年發(fā)表的論文《一種觀察到的冷光的新實(shí)驗(yàn)》中寫(xiě)到“磷在燃燒后生成白煙，白煙與水作用后生成的溶液具有酸性。”其中的白煙正是磷酸酐（五氧化二磷），而與水作用生成的溶液即為磷酸，然而他并未對(duì)磷酸進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

研究磷酸早的化學(xué)家是法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫。1772年，他做這樣的實(shí)驗(yàn)：將磷放在以汞密封的鐘罩里使其燃燒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果而得出這樣的結(jié)論：一定量的磷能燃燒于某容量的空氣中；磷燃燒時(shí)生成無(wú)水磷的白色粉片，如細(xì)雪一般；燃燒后瓶中的空氣約剩原來(lái)容量的80%；磷燃燒后較燃燒前約重2.5倍；白色粉片溶于水即成磷酸。拉瓦錫還證明磷酸可用濃硝酸和磷反應(yīng)制得。

大約過(guò)了一百多年，德國(guó)化學(xué)家李比希做了許多農(nóng)業(yè)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)，揭開(kāi)磷和磷酸對(duì)植物生命的價(jià)值。1840年李比希著的《有機(jī)化學(xué)在農(nóng)業(yè)和生理學(xué)上的作用》中，科學(xué)地論證了土壤的肥力問(wèn)題，并指出磷對(duì)植物的作用。同時(shí)，他還進(jìn)一步探究了磷酸及磷酸鹽作為肥料的應(yīng)用，從此磷酸的生產(chǎn)進(jìn)入大規(guī)模化時(shí)代。[2]

2物質(zhì)結(jié)構(gòu)

磷酸的分子結(jié)構(gòu)及鍵長(zhǎng)

正磷酸是由一個(gè)單一的磷氧四面體構(gòu)成的磷酸。在磷酸分子中P原子是sp3雜化的，3個(gè)雜化軌道與氧原子間形成3個(gè)σ鍵，另一個(gè)P—O鍵是由一個(gè)從磷到氧的σ配鍵和兩個(gè)右氧到磷的d-pπ鍵組成的。[2]σ配鍵是磷原子上的一對(duì)孤對(duì)電子向氧原子的空軌道配位而形成。d←p配鍵是氧原子的py、pz軌道上的兩對(duì)孤對(duì)電子和磷原子的dxz、dyz空軌道重疊而成。由于磷原子3d能級(jí)比氧原子的2p能級(jí)能量高很多，組成的分子軌道不是很有效的，所以P—O鍵從數(shù)目上來(lái)看是三重鍵，但從鍵能和鍵長(zhǎng)來(lái)看是介于單鍵和雙鍵之間。[2]純H3PO4和它的晶體水合物中都有氫鍵存在，這可能是磷酸濃溶液之所以粘稠的原因。[2]

3物理性質(zhì)

外觀：白色固體或者無(wú)色粘稠液體（>42 °C）

密度：1.685g/ml （液體狀態(tài)）

熔點(diǎn)：42.35 ℃（316K）

沸點(diǎn)：158℃（431 K）（分解，磷酸受熱逐漸脫水，因此沒(méi)有自身的沸點(diǎn)）

市售磷酸是含85%H3PO4的粘稠狀濃溶液。從濃溶液中結(jié)晶，則形成半水合物2H3PO4·H2O（熔點(diǎn)302.3K）。

4化學(xué)性質(zhì)

磷酸是三元中強(qiáng)酸，分三步電離，不易揮發(fā)，不易分解，幾乎沒(méi)有氧化性。具有酸的通性。

pKa1：2.12

pKa2：7.21

pKa3：12.67

（1）濃磷酸可以和氯化鈉共熱生成氯化體（與化鉀、溴化鈉等也有類(lèi)似反應(yīng)），屬于弱酸制強(qiáng)酸：

NaCl + H3PO4(濃) ==△== NaH2PO4?+ HCl↑

原理：難揮發(fā)性酸制揮發(fā)性酸

（2）磷酸根離子具有很強(qiáng)的配合能力，能與許多金屬離子生成可溶性的配合物。如Fe3+與PO43-可以生成無(wú)色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]3-和[Fe(HPO4)2]-，利用這一性質(zhì)，分析化學(xué)上常用PO43-掩蔽Fe3+離子，濃磷酸能溶解鎢、鋯、硅、硅化鐵等，并與他們形成配合物。

（3）磷酸受強(qiáng)熱時(shí)脫水，依次生成焦磷酸、三磷酸和多聚的偏磷酸。三磷酸是鏈狀結(jié)構(gòu)，多聚的偏磷酸是環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

2H3PO4 ==473-573K== H4P2O7?+ H2O

3H3PO4?==573K以上== H5P3O10?+ 2H2O

4H3PO4?==高溫== (HPO4)3?+ 4H2O

（4）需要特別注意的是，濃熱的磷酸能腐蝕二氧化硅，生成雜多酸。但由于反應(yīng)原理過(guò)于復(fù)雜，因此中學(xué)課程將其簡(jiǎn)化為氫氟酸是能與二氧化硅反應(yīng)的酸。濃熱磷酸還能分解絕大部分礦物，如鉻鐵礦、金紅石、鈦鐵礦等。

酸根離子

鹽類(lèi)

磷酸鹽有三類(lèi)：正鹽（含PO43－）、磷酸一氫鹽（含HPO42－）、磷酸二氫鹽（含H2PO4－）。

三類(lèi)鹽之間的關(guān)系為：

（1）溶解性

正鹽和一氫鹽：除鉀、鈉、銨等少數(shù)鹽外，其余都難溶于水，但能溶于強(qiáng)酸。

二氫鹽：都易溶于水。

（2）相互轉(zhuǎn)化

向磷酸中滴加堿液，隨著堿液的增多，先后生成磷酸二氫鹽、磷酸一氫鹽、磷酸鹽。

向磷酸鹽溶液中滴加強(qiáng)酸，隨著酸的增多，先后生成磷酸一氫鹽、磷酸二氫鹽、磷酸。

（3）離子共存的問(wèn)題

①H2PO4－、HPO42－、PO43－與H+不能共存。

②H2PO4－、HPO42－與OH－不能共存。

③H2PO4－與PO43－不能共存（化合生成HPO42-）。

④H2PO4－與HPO42－可共存，HPO42－與PO43－可共存。[2]

檢驗(yàn)

磷酸鹽與過(guò)量鉬酸銨在濃硝酸溶液中反應(yīng)有淡黃色磷鉬酸銨晶體析出，這是鑒定磷酸根離子的特征反應(yīng)：

PO43-?+ 12MoO42-?+ 3NH4+?+ 24H+?==== (NH4)3[P(Mo12O40)]·6H2O↓ + 6H2O[2]

5制備方法

磷酸的原料主要是磷礦（主要成分為氟磷酸鈣Ca10F2(PO4)6）和以為主的無(wú)機(jī)酸。

實(shí)驗(yàn)室制法：實(shí)驗(yàn)室可用強(qiáng)酸+磷酸鹽制備磷酸。
　　

3H+?+ PO43-?==== H3PO4?（原理：強(qiáng)酸制弱酸）

濕法：工業(yè)上常用濃跟磷酸鈣、磷礦石反應(yīng)制取磷酸，濾去微溶于水的鈣沉淀，所得濾液就是磷酸溶液。或讓白磷與硝酸作用，可得到純的磷酸溶液。

3P4?+ 20HNO3?+ 8H2O ==== 12H3PO4?+ 20NO↑

熱法：白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，再經(jīng)水化制成。注意必須用熱水，因?yàn)槲逖趸讜?huì)和冷水反應(yīng)生成劇毒的偏磷酸。

多磷酸的生產(chǎn)：多磷酸的生產(chǎn)主要由正磷酸在適當(dāng)條件下脫水而成。

6安全防護(hù)

磷酸無(wú)強(qiáng)氧化性，無(wú)強(qiáng)腐蝕性，屬于較為安全的酸，屬低毒類(lèi)，有刺激性。

LD50：1530mg/kg（大鼠經(jīng)口）；2740mg/kg（兔經(jīng)皮）

刺激性：兔經(jīng)皮595mg/24小時(shí)，嚴(yán)重刺激；兔眼119mg嚴(yán)重刺激。

接觸時(shí)注意防止入眼，防止接觸皮膚，防止入口即可。

7應(yīng)用領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)：磷酸是生產(chǎn)重要的磷肥（過(guò)磷酸鈣、磷酸二氫鉀等）的原料，也是生產(chǎn)飼料營(yíng)養(yǎng)劑（磷酸二氫鈣）的原料。

工業(yè)：磷酸是一種重要的化工原料，主要作用如下：

處理金屬表面，在金屬表面生成難溶的磷酸鹽薄膜，以保護(hù)金屬免受腐蝕。

和硝酸混合作為化學(xué)拋光劑，用以提高金屬表面的光潔度。

生產(chǎn)洗滌用品、殺蟲(chóng)劑的原料磷酸酯。

生產(chǎn)含磷阻燃劑的原料。

食品：磷酸是食品添加劑之一，在食品中作為酸味劑、酵母營(yíng)養(yǎng)劑，可口可樂(lè)中就含有磷酸。磷酸鹽也是重要的食品添加劑，可作為營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)劑。

醫(yī)學(xué)：磷酸可用于制取含磷藥物，例如等。

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