氯酸钾

无机氯酸盐

氯酸钾(英文名称:Potassium Chlorate, 化学式 :KClO₃,又称贝托雷盐 ),一种 无机化合物 , 摩尔质量 为122.55 g/ 摩尔 ,常温下是一种无色或白色结晶性粉末 ,味咸而凉, 密度为2.32 g/cm³,具有强氧化性。氯酸钾可溶于纯水和碱溶液,微溶于 氨溶液 ,难溶于 乙醇 和 丙三醇 ,不溶于 丙酮 。

氯酸钾是一种极其不稳定的物质,容易分解释放 氧气 ,在酸性介质中,氯酸钾属于 强氧化剂 ,当氯酸钾与碳、硫和某些物质的 混合物 受到撞击时容易发生爆炸,如混有一定杂质,有时候甚至会在日光照射下自爆,被列入《易制爆危险化学品名录》,并按照《易制爆危险化学品治安管理办法》管控。

氯酸钾本身有一定毒性 ,且燃烧会产生刺激性有毒烟雾,吸入和接触都会对身体造成危害。

利用氯酸钾易释放氧气的性质广泛用于实验室制备氧气,利用氯酸钾的强氧化性,可用作直接滴定剂滴定V³⁺、Sn²⁺和Ti³⁺ ,同时也用于军事炸药,工业印染,农业肥料,日用烟火、高级安全火柴、医药、摄影药剂、分析试剂及火箭、导弹推进剂等方面。

发现历史

法国 著名科学家 克劳德路易斯贝尔托莱特 (Claude-Louis Berthollet,1748-1822),在1788年使用 钾盐 ( KOH )首次制备出了纯净的钾盐 氯酸盐 —即 氯酸钾 。

贝尔托莱特通过将 氯气 通入热的 氢氧化钾 水溶液 中,结晶出大量钾盐,该盐呈六角形,具有 云母 光泽。 后来贝尔托莱为了验证该盐为含氧的氯盐,将获得的钾盐与木炭混合爆炸,检测爆炸后产物发现仅剩下钾盐 氯化物 ( KCl )。因此,验证这种盐属于“含氧氯 钾盐 ”。 贝尔托莱考虑到氯酸钾释放 氧气 的速度以及它与木炭混合爆炸时的光芒,猜测用这种盐制备的粉末具有一定的特殊性,并在此之后进行了一系列的试验,在某个实验中出现了灾难性的致命爆炸。 这一发现对于获得更强大的 火药 替代 硝 具有重要意义。

晶体结构

氯酸钾 晶体结构 属于 单斜晶系 多面体 ,其中钾被9个 氧原子 包围,平均距离为2.94 Å。3个氧原子不对称地位于氯的周围,形成一个ClO₃组。 氯酸钾 晶体 中 原子 的排列如下图所示。同时氯酸钾具有以c(001)为 孪晶 面形成孪晶的性质。同时,氯酸钾属于 双轴晶体 。

下图为氯酸钾的 拉曼光谱 多晶和红外光谱。

理化性质

物理性质

氯酸钾常温下为无色、有光泽的晶体或白色颗粒或粉末 ,其固体无气味,口感清凉,具有咸味。氯酸钾可溶于 纯水 和碱溶液,微溶于氨溶液,难溶于 乙醇 和 甘油 ,不溶于 丙酮 ,25 °C时在水中的 溶解度 为8.61 g/100 g ,且溶解度随温度升高而大幅度升高 ,在20 ℃时的密度为2.34 g/cm³, 熔点 为368 ℃, 沸点 为400 °C;20 °C时的 折射率 为1.440。

化学性质

分解反应

氯酸钾是一种极其不稳定的物质,加热至368 ℃左右时 开始熔化分解释放 氧气 ,同时放出热量( 氯酸盐 具有分解时放热的特性 )随着温度的增加,氧气不断放出,在温度到达610 ℃时会完全分解,将所有氧转换为氧气。 整个反应可用如下反应方程式表示:

在 二氧化锰 催化剂 的存在下,氯酸钾可以在较低温度下发生分解生成 氧气 和 氯化钾 。

复分解反应

氯酸钾能和任何剂量、任何酸度的酸发生 复分解反应 获得产物 HClO ₃。

如氯酸钾和 弱酸 氢氟硅酸 发生反应。

氧化还原反应

氯酸钾作为 强氧化剂 和磷、碳等 还原剂 混合,发生碰撞或摩擦会发生 氧化还原反应 ,该反应过程剧烈,甚至会发生爆炸。

其他

氯酸钾在和 有机化合物 混合,发生碰撞或摩擦时会燃烧,甚至发生爆炸。

如将 糖类 物质与氯酸钾混合后,使用 硫酸 作导热剂,可以使氯酸钾和糖类物质发生剧烈反应;

氯酸钾与 乳糖 的反应, 反应机理 为:

应用领域

军事领域

利用氯酸钾活泼的氧化性质可以用于生产制备炸药。

如将氯酸钾与蜡和 凡士林 混合,加入 铝粉 作为额外燃料,可以产生简易的塑料炸药。

工业领域

在印染工业上可作为 氧化剂 和 媒染剂 。

一些媒染剂使用添加一定含量的氯酸钾来使 染料 更接近紫色 ;将氯酸钾与 盐酸 苯胺 混合形成深蓝色。

农业领域

农业上用作 除草剂 。 氯酸钾可以诱导植物开花。

氯酸钾可以诱导 龙眼 开花以解决龙眼隔年开花的问题,使种植者能够在淡季收获龙眼。

日用领域

烟花爆竹 :利用氯酸钾活泼的氧化性质可以用于生产烟花爆竹。

氯酸钾稳定的非吸湿盐。这一性质使以氯酸钾为原料的烟火有十分优良的 防潮 性能。 氯酸钾的出现代替了原本 硝酸钾 以及硫和木炭和某些其他可燃材料混合的烟花原料。

但以氯酸钾为原料的烟花爆竹 化学 稳定性差、机械感度高,极其容易产生安全隐患。 世界各地许多国家已明令禁止使用氯酸钾,如《 英国爆炸物法 》 、《 国务院办公厅关于进一步加强民用爆炸物品安全管理的通知 》 。

以氯酸钾与 硫化锑 、胶等物质为原料,还可用于制备火柴。

其他领域

利用氯酸钾易于分解释放大量氧气的特性,通常作为实验室制备氧气的原料。

氯酸钾是一种十分合适的氧化剂,可用作直接滴定剂滴定V³⁺、Sn²⁺和Ti³⁺。 氯酸钾绝不能用以与 盐酸 反应制备 氯 ,因为会形成易爆的 二氧化氯 ,也根本不能得到纯净的氯气。

安全事宜

危险性

GHS分类:

H271:可能引起火灾或爆炸; 强氧化剂 [危险氧化液体;氧化性固体]

H302:吞咽有害[警告急性毒性,口服]

H332:吸入有害[警告急性毒性,吸入]

H411:对 水生生物 有毒,影响长期[对水生环境有害,长期危害]

毒性

氯酸钾的毒性如下表所示。

氯酸钾是强氧化剂进入人体后会使血液中的 血红蛋白 转化为 高铁血红蛋白 ,从而导致血管内血管凝聚,引起 血栓 ,导致死亡。

氯酸钾对肾小管有毒性,摄入氯酸钾可能会造成肾小管衰竭。

健康危害

氯酸钾燃烧会产生刺激性有毒 烟雾 。人吸入后会刺激 鼻腔 和 喉咙 ,同时会刺激肺部和粘膜,出现咳嗽、窒息和意识丧失等症状 。接触时刺激皮肤和眼睛时 ,眼睛可能会出现瘙痒、流泪和发红的症状,严重者可能会出现 角膜损伤 ;皮肤可能会出现发红、起泡、起皮和瘙痒等症状,长时间接触会出现 溃疡 。 摄入会导致腹痛、感到恶心、甚至感到虚脱。

储存方式

氯酸钾必须存放在干燥,且通风良好的场所。同时,存放处需避免阳光直射、远离火源和热源、可燃材料及会发生反应的材料——包括其他肥料、 还原剂 、金属粉末、任何腐蚀性材料和有机材料。

如果将氯酸钾与化肥、杀虫剂或其他 化学物质 一起储存,极易出现火灾或爆炸。

防治措施

健康相关

为了避免吸入、皮肤渗透和摄入氯酸钾对人体造成的慢性影响:

1.在需要使用氯酸钾的工作中需要保持一个良好的通风环境;

2.工作时做好个人防护需要佩戴安全眼镜或护目镜、 聚氯乙烯防护手套 、NIOSH/MSHA批准的防尘口罩/呼吸器、防透水靴子和工作服。(避免使用布或皮革材质的防护装备,以免与氯酸钾发生反应产生意外危险);

3.在进行有关氯酸钾的工作后,需要对手和脸部进行清洗。

消防相关

氯酸钾是一种 强氧化剂 和一种非常活泼的物质,在加热和与其他还原性物质、酸、 有机化合物 混合时可能会发生爆炸危险。

在处理有关氯酸钾的火灾事故时,需要注意佩戴 正压自给式呼吸器 (SCBA)和穿着特定防护服避免氯酸钾释放出的有毒 氯化物 烟雾 对身体的损害。

在处理有关氯酸钾的火灾事故时,需要使用水灭火,不要使用 干粉灭火器 或 泡沫灭火器 。因为 CO₂ 或 哈龙 可对火灾的控制效果低。

急救措施

1.若眼睛不小心接触氯酸钾,应立即分开眼睑用流动清水或 生理盐水 冲洗15分钟;若有不适感,请立即送往医院就医。

2.若皮肤不小心接触氯酸钾,应立即用肥皂和水冲洗接触处,若有不适感,请立即送往医院就医。

3.若不小心吸入氯酸钾,应立即将人移至新鲜空气处,必要时通过需要非循环呼吸面罩帮助患者辅助通气或提供人工呼吸。

4.若不小心摄入氯酸钾,需立即通过饮用肥皂或稀释 盐水 诱导呕吐并立即前往医院就医。

参考资料

  1. 2022-11-29
  2. CAMEO chemicals:Potassium Chlorate cameochemicals.noaa 2022-11-29
  3. The National Institute for Occupational Safety and Health(NIOSH):Potassium Chlorate cdc 2022-11-29