磷酸二氢钾

高浓度磷钾二元复合肥

磷酸二氢钾(英文名:Potassium dihydrogen phosphate)是一种重要的无机磷酸盐化合物, 无机化合物 , 化学式 为KH₂PO₄,分子量为136.086,其 晶体 简称KDP,别名为磷酸一钾 。磷酸二氢钾外观为无味的无色或白色带光泽的四方晶体;白色或结晶粉末,易溶于水,不溶于乙醇,25 °C时在水中的溶解度为25 g/100mL,有一定潮解性。 1%溶液pH值为4.4至4.7。

当磷酸二氢钾加热至400℃时熔化而成透明的液体,冷却后固化为不透明的玻璃状偏磷酸钾(KPO₃) 。LD50(半数致死量)大鼠口服:4640mg/kg

工业上常采用磷酸和 氢氧化钾 (或 碳酸钾 )为原料的中和法生产制备磷酸二氢钾 。在农业领域方面磷酸二氢钾常用作高浓度磷钾二元复合肥,调节植物生长,提高农作物和水果产品的质量 ,同时也可作为化工产品制备原料和细菌培养剂 ,医学上维持酸碱平衡 ,制作食品时的营养添加剂。

物质结构

磷酸二氢钾 晶体 内部以 离子键 为主,其中还含有晶体间的 氢键 和 共价键 ,且二者辅以维系晶体稳定结构,通常认为 是[H₂PO₄] ⁻和K⁺组成的离子型晶体。磷酸二氢钾结构中,P原子和O原子之间存在着强烈的极化作用,并以共价键结合形成PO₄基团。每个晶胞中含有4个磷酸二氢钾分子。

磷酸二氢钾是一种典型的无序-有序型铁电体,它的居里温度为-150 ℃,在该温度以上,其 晶体结构 属于 四方晶系 ,为顺电相;在该温度以下,其晶体结构属于正交晶系,由顺电相转变为铁电相。

四方晶系的磷酸二氢钾 晶体 的晶胞参数为a=b=0.7453 nm,c=0.6975 nm,Z=4。

理想的KDP晶体外形为四方柱单形与上下四对板面相聚合而成,具有高度对称性。

理化性质

物理性质

磷酸二氢钾常温下为无色或白色带光泽的四方晶体;白色或结晶粉末 ,无味。磷酸二氢钾吸湿潮解性较小,不易结块 ,可溶于易溶于水,水溶液呈酸性,不溶于 乙醇 ,25 °C时在水中的 溶解度 为25 g/100mL ,25 °C时的密度为2.338 g/cm³ , 熔点 为253 °C ,1%溶液pH值为4.4至4.7,属于酸性肥料 。 磷酸二氢钾 晶体 (KDP晶体)的非线性系数[d₃₆(1064 nm)=0.46 ×10⁻¹² pm/V],电光系数 γ₆₃ =10.5 pm/V,吸收系数(a=0.0018 cm⁻¹)

化学性质

脱水反应

磷酸二氢钾常温下化学性质稳定,加热至约400 ℃时,会发生脱水反应并熔融为透明液体,冷却后会固化为玻璃状 偏磷酸钾 。相关 化学方程式 如下 :

复分解反应

磷酸二氢钾的水溶液可以与 硝酸银 发生复分解反应,产生磷酸二氢银(AgH₂PO₄)黄色沉淀,可以作为一种鉴别磷酸二氢钾的反应。

制备方法

中和法

工艺原理

中和法生产磷酸二氢钾采用磷酸和 氢氧化钾 (或 碳酸钾 )为原料,利用酸碱中和机理,来生产磷酸二氢钾。

工艺流程

酸碱中和滴定 生产磷酸二氢钾的基本流程如下所示。

直接法

以磷矿粉、硫酸和氯化钾为原料直接生产磷酸二氢钾。首先利用氯化钾和硫酸反应获得 硫酸氢钾 ,再使产物硫酸氢钾和磷矿反应,过滤分离生成 石膏 ,滤液经浓缩后,加入 甲醇 沉淀析出磷酸二氢钾。该工艺反应步骤复杂、产物纯度低,应用受到限制。

复分解法

工艺原理

利用 氯化钾 中的钾离子与磷酸二氢盐(如磷酸铵NH₄H₂PO₄或磷酸钠等)中的磷酸二氢根通过复分解反应生成磷酸二氢钾。该方法原料成本低,但需控制pH和杂质离子,适用于中低纯度产品生产。

以饱和的氯化钾溶液和75%磷酸(湿法磷酸)为原料在一定温度下进行复分解反应。该反应过程中大量副产物 氯化氢 可用水吸收获得 盐酸 ,同时可用 氢氧化钾 中和 复分解反应 过程中过量的磷酸。

工艺流程

利用氯化钾与磷酸发生复分解反应生产磷酸二氢钾的基本流程如下图所示。

有机萃取法

工艺原理

利用有机 溶剂 选择性的萃取出磷酸,再用 钾盐 溶液反 萃取 ,从而制备磷酸二氢钾。

工艺举例

用二丁基亚 从 湿法磷酸 中萃取出一定浓度的磷酸,然后利用 氢氧化钾 溶液反萃取,使纯化后的磷酸从有机相转移至水相,生成磷酸二氢钾。过程中的二 丁基 亚砜 可循环使用。磷酸二氢钾再经后续的蒸发结晶等工序处理可获得纯度较高的成品。且该方法不受磷酸的品位限制,与 中和法 相比成本较小。

应用领域

肥料

磷酸二氢钾含磷(P₂O₅)约52%,含钾(K₂O)约34% ,是一种高效含磷、钾的复合肥料,养分利用率高。生产上多用作根外追肥、滴灌和作物浸种施用 ,在处理种子或叶面喷洒时均可被植物直接吸收,可以快速满足农作物对 磷 和 钾 的需要,从而促进作物的光合作用,增强植物的代谢能力,促使根系发达、苗全秆壮,增强植物的抗倒伏、抗旱、抗寒、抗病害的能力,提升农产品产量。适用于小麦、 玉蜀黍属 、水稻、蔬菜等各类作物。

化工

作为无机磷标准溶液基准物质,可用于生化检测(如碱性磷酸酶活性测定);还可用作细菌培养剂:在酿造培养酵母时,也可适当添加一定的磷酸二氢钾用作培养添加剂及制备缓冲溶液。

用作制备 偏磷酸钾 等化工产品的制作原料。

医药

钾是 细胞 内液体的主要 阳离子 ,对维持细胞的酸碱平衡、等渗和电动特性至关重要。 磷酸盐 是一种主要的细胞内 阴离子 ,为 底物 代谢提供能量,并参与几乎所有器官和组织的重要代谢和酶反应。 磷酸盐 可以改变钙浓度,缓冲酸碱平衡,并在肾脏 氢离子 排泄中发挥主要作用。

磷酸二氢钾还用于各类抗生素的生产制备,如 灰黄霉素 、 硫酸 卡那霉素 、 核糖 霉素和硫酸黄 链霉素 等。

食品

在制作 烘焙食品 时可以加入食用级磷酸二氢钾,如制备面粉、即食面包混合粉和冷冻面团等减少食物 中盐 摄入量,同时起到酵母食料、发酵助剂和营养调节剂 的作用,也可用于制作味精等。

食用级磷酸二氢钾也可用作 中和剂 、 合剂、 膨松剂 、强化助剂。

磷酸二氢钾可用作 清酒 合成过程中的调味剂和pH 缓冲剂 。

光学

磷酸二氢钾 晶体 是应用极其广泛的 非线性光学 材料,可用于 激光 调制和变频。

电子

磷酸二氢钾可用作压电元件和电光学元件。

安全事宜

毒性

LD50(半数致死量)兔子皮肤接触>4640mg/kg

LD50(半数致死量)大鼠口服:4640mg/kg 磷酸二氢钾对皮肤、眼睛和呼吸道有一定的刺激性,危险性描述: R36/38;摄入一定量的磷酸二氢钾后可能会引起 腹泻 、 高磷血症 和 低钙血症 。

健康危害

磷酸二氢钾在火灾中会产生刺激性有毒 烟雾 。人吸入后会刺激 鼻腔 和 喉咙 ,同时会刺激肺部和粘膜,出现咳嗽等不适症状。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。

储存运输

在处理与磷酸二氢钾相关的贮存和运输的相关操作时,需注意储存于通风、清洁、阴凉、干燥的库房,包装密封防潮,避免与强氧化剂、有毒物质混存混运;运输过程中防雨淋、防晒,装卸时轻拿轻放,防止包装破损。

消防相关

可采用喷水、干粉、 二氧化碳 或泡沫进行灭火,相关灭火措施需根据火灾现场的情况和环境决定。

急救措施

若眼睛不小心接触磷酸二氢钾,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。

若皮肤不小心接触磷酸二氢钾,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。

若不小心吸入磷酸二氢钾,应立即将人移至新鲜空气处。如呼吸停止,进行人工呼吸。请教医生。

若不小心摄入磷酸二氢钾,切勿给失去知觉者通过口喂任何东西。用水漱口。请教医生。

参考资料

  1. 2023-02-23
  2. 2023-02-23
  3. 2023-02-23