磷酸
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。
简介
化学式：H3PO4英文名：Orthophosphoric acid， Phosphoric (5) acid
别名 正磷酸、原磷酸
CAS号 7664-38-2
化学式：H3PO4
分子量：98.0
外观：白色固体或者无色粘稠液体(>42 C)
密度：1.685 g/ml (液)
熔点：42.35 C（316 K）
沸点：158 C（431 K）（(分解)）
pKa1：2.12
pKa2：7.21
pKa3：12.67
磷酸（H3PO4）一种重要的无机酸，是化肥工业生产中重要的中间产品，用于生产高浓度磷肥和复合肥料。磷酸还是肥皂、洗涤剂、金属表面处理剂、食品添加剂、饲料添加剂和水处理剂等所用的各种磷酸盐、磷酸酯的原料。作为磷肥生产的原料，是正磷酸或多磷酸的水溶液。
商品正磷酸的浓度一般为52%～54%P2O5，多磷酸是正磷酸和不同聚合度的聚磷酸的混合水溶液。聚磷酸包括焦磷酸(H4P2O7)、三磷酸(H5P3O10)和长链聚磷酸。聚磷酸的通式可写作Hn+2PnO3n+1（n≥2的整数）。
具有酸的通性，其酸性较硫酸、盐酸、硝酸为弱，但比醋酸、硼酸等强。溶于水和乙醇，加热到213℃时失去部分水转变为焦磷酸;加热到300℃时失去一分子水，进一步转变为偏磷酸(HPO3)。有吸湿性，能吸收空气中水分。对皮肤有腐蚀性，空气中最高容许浓度1mg/m3。 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。
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质量指标
工业磷酸的质量指标(GB/T 2091—2008)：指标名称 优等品 一等品 合格品
外观 无色透明或略带浅色稠状液体
色度(Hazen单位，铂一钴色号)≤ 20 30 40
磷酸的质量分数/%≥85.0 85.0 85.0
氯化物(以Cl-计)/%≤0.0005 0.0005 0.001
硫酸盐/%≤0.003 0.005 0.01
铁(Fe)/%≤0.002 0.002 0.005
砷(As)/%≤0.0001 0.005 0.01
重金属(以Pb计)/%≤0.001 0.001 0.05
性质
物理性质
纯净的磷酸是无色晶体，熔点42.3摄氏度，高沸点酸，易溶于水。市售磷酸试剂是粘稠的、不挥发的浓溶液，磷酸含量83-98%。
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
（1）与碱反应
NaOH+H3PO4=NaH2PO4+H2O
2NaOH+H3PO4=Na2HPO4+2H2O
3NaOH+H3PO4=Na3PO4+3H2O
（2）与某些盐反应
NaBr+H3PO4(浓) =NaH2PO4+HBr↑
NaI+H3PO4(浓)= NaH2PO4+HI↑
原理：难挥发性酸制挥发性酸
（3）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Fe3+与PO43-可以生成无色的可溶性的配合物[Fe(PO4)2]3-和[Fe(HPO4)2]-，利用这一性质，分析化学上常用PO43-掩蔽Fe3+离子。
（4）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。
磷酸盐
磷酸盐有三类：正盐（含PO43－）、磷酸一氢盐（含HPO42－）、磷酸二氢盐（含H2PO4－）。三类盐之间的转化关系为
（1）溶解性规律
正盐和一氢盐：除钾、钠、铵等少数盐外，其余都难溶于水，但能溶于强酸。
二氢盐：都易溶于水。
（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－、HPO42－、PO43－与H+不能共存
（2）H2PO4－、HPO42－与OH－不能共存
（3）H2PO4－与PO43－不能共存
H2PO4－+PO43－=2HPO42－
（4）H2PO4－与HPO42－可共存
（5）HPO42－与PO43－可共存
食用剂使用标准
食品添加剂最大允许使用量最大允许残留量标准：
添加剂中文名称 允许使用该种添加剂的食品中文名称 添加剂功能 最大允许使用量（g/kg） 最大允许残留量（g/kg）
磷酸 食品 食品工业用加工助剂 / 一般应在制成最后成品之前出去，有规定食品中残留量的除外
磷酸 可可制品、巧克力和巧克力制品（包括类巧克力和代巧克力）以及糖果 酸度调节剂 按生产需要适量使用
用途
主要用于磷酸盐工业如磷酸铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸三钠、精制磷酸用于制造饲料用磷酸氢钙。用于金属表面磷化处理，配置电解抛光液和化学抛光液用于铝制品的抛光。医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁等，也用于制造磷酸锌作为牙科补牙。用于酚醛树脂缩合的催化剂。染料及中间体用的干燥剂。印刷工业用于配制除去胶印彩印版上污点的清洗剂。或可用于配制火柴梗浸渍液。冶金工业用于生产磷酸耐火水泥，提高炼钢炉寿命。是橡胶浆料的凝固剂及无机粘结剂的原料。涂料工业中用于金属防锈漆。粘合剂、电镀、抛光工业、制糖工业、复合肥料等。在食品工业中作为酸味剂、酵母营养剂、等。
生产方法
原料
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。
工业制法
工业上常用浓硫酸跟磷酸钙反应制取磷酸，滤去微溶于水的硫酸钙沉淀，所得滤液就是磷酸溶液。
PO43-的检验 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PO43－。
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。
或让白磷与硝酸作用，可得到纯的磷酸溶液。
3P4+20HNO3+8H2O=12H3PO4+20NO
利用硫酸分解
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─→10CaSO4nH2O 2HF 6H3PO4 （m-10n）H2O
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：Ca10F2(PO4)6 14H3PO4─→10Ca(H2PO4)2 2HF；10Ca(H2PO4)2 10H2SO4 mH2O─→10CaSO4nH2O 20H3PO4 (m-10n)H2O。
在不同的反应温度和不同的磷酸及游离硫酸浓度条件下，硫酸钙可以有三种水合物：无水物（CaSO4）、半水物（CaSO4?H2O）和二水物（CaSO42H2O）。硫酸钙水合物存在的温度和含P2O5的浓度范围的相图，在实际上受游离硫酸浓度和杂质的影响，所以在应用上是近似的。
实际生产条件中，二水物硫酸钙的结晶区是磷酸浓度28%～32%P2O（5）温度70～80℃。在这样条件下的磷酸生产，称为二水物工艺，它一直是工业上使用最普遍的工艺。半水物硫酸钙的结晶区是磷酸浓度40%～50%P2O（5）温度90～110℃；采用这样的条件的磷酸生产，称为半水物工艺，为少数工厂所采用。无水物硫酸钙在磷酸浓度和温度很高的条件下稳定；由于材料腐蚀和其他技术上的困难，其生产工艺一直未取得成功。
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%P2O（5）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%P2O（5）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，目前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。
（化学方程式：4P+5O2=2P2O5；P2O5+3H2O=2H3PO4）
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。含铁、镁和铝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塔内进行，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。健康危害
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。
相关配料
磷酸盐调料
一、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
1（1）防腐剂：次磷酸钠。
1（2）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）。
1（3）改良淀粉添加剂：三偏焦磷酸、磷酸二氢钾。
1（4）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。
1（5）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。
健康危害
蒸汽或雾对眼、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。长期皮肤接触，可引起皮肤刺激。
燃爆危险特性、消防与泄漏应急处理
本品不燃，具腐蚀性、刺激性，可致人体灼伤。遇金属反应放出氢气，能与空气形成爆炸性混合物。受热分解产生剧毒的氧化磷烟气。具有腐蚀性。用雾状水保持火场中容器冷却。用大量水灭火。
隔离泄漏污染区，限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具（全面罩）,穿防酸碱工作服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏：用洁净的铲子收集于干燥、洁净、有盖的容器中。大量泄漏：收集回收或运至废物处理场所处置。
急救措施
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。就医。
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。就医。
吸 入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸畅通。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
食 入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。