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碳酸氫銨
氨的碳酸鹽
碳酸氫銨(Ammonium Bicarbonate)是一種氨的碳酸鹽，為無機(jī)物，又名重碳酸銨、酸式碳酸銨、食臭粉，化學(xué)式為NH?HCO?。碳酸氫銨外觀呈白色或無色固體粉末，有氨的氣味，易溶于水，溶于甘油，不溶于苯、乙醇和丙酮等，其分子量為79.06，密度為1.586 g/cm3。碳酸氫銨受熱或與水接觸時(shí)易揮發(fā)，受熱分解為氨氣、二氧化碳和水，水解生成氨水和碳酸。還可與酸、鹽等反應(yīng)。
基本信息
中文名
碳酸氫銨
英文名
Ammonium Bicarbonate
別名
重碳酸銨、酸式碳酸銨、食臭粉
CAS號
1066-33-7
性質(zhì)
化學(xué)式
NH?HCO?
結(jié)構(gòu)式
摩爾質(zhì)量
79.06 g/mol
外觀
白色或無色固體粉末
氣味
氨氣味
密度
1.586 g/cm3
熔點(diǎn)
107.5 ℃
溶解性
易溶于水，溶于甘油，不溶于苯、乙醇及丙酮
pKa
1.45
蒸氣壓
7.85 kPa
碳酸氫銨常用碳化法制得，該法最初由中國化學(xué)家侯德榜提出。碳酸氫銨應(yīng)用豐富，可在食品工業(yè)中作酸度調(diào)節(jié)劑、穩(wěn)定劑和膨松劑等；在輕工業(yè)中用于生產(chǎn)皮革、泡沫鈦和膠粘劑等；在農(nóng)業(yè)中用作肥料、農(nóng)藥等；在水處理中用于改善水質(zhì)、淡化海水等；在化工生產(chǎn)中用作化工原料、尾氣吸收劑和稀土沉淀劑等；在環(huán)境治理中用于修復(fù)含重金屬的土壤。
碳酸氫銨的分解產(chǎn)物二氧化碳和氨均為人體代謝產(chǎn)物，所以適量攝入對人體健康無害。吸入碳酸氫銨粉末可能會(huì)導(dǎo)致咳嗽、咽喉疼痛，眼睛接觸可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)紅，疼痛。碳酸氫銨較穩(wěn)定，不可燃，受熱分解可能會(huì)釋放出有毒氣體。
分子結(jié)構(gòu)
碳酸氫銨晶體為斜方晶系，屬于mmm晶類，其結(jié)晶習(xí)性有三種：柱狀、板狀和粒狀，如下圖所示。柱狀和板狀的晶體柱面發(fā)育，錐面完好，晶形簡單，顆粒較大，透明度較好，呈無色。粒狀的晶體晶面豐富，顆粒較小，透明度較差，呈乳白或淺灰色。除此之外，碳酸氫銨還有針狀或斜方雙錐體，晶體的連生現(xiàn)象普遍。
碳酸氫銨的三種不同結(jié)晶
在碳酸氫銨晶體中，CO?2?離子形成平面三角形配位，C原子位于中心，O原子位于角頂。C—O之間平均鍵長為1.290 ?，O—C—O鍵角平均為120°。CO?2?離子之間由氫原子以氫鍵O—H┉O聯(lián)結(jié)成無限延長的鏈狀氫鍵體系。NH??離子形成以N原子為中心的四面體配位，N—H的平均鍵長為0.960 ?，H—N—H鍵角平均為109.5°。NH??離子位于HCO??鏈狀體系的中間，以N—H┉O氫鍵與上下左右四條鏈中的O原子相聯(lián)結(jié)，從而形成復(fù)雜的三維氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。碳酸氫銨晶體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
碳酸氫銨晶體結(jié)構(gòu)投影圖
碳酸氫銨晶體結(jié)構(gòu)透視圖
碳酸氫銨晶體中，N—H┉O氫鍵鍵長為2.900 ?，屬于弱氫鍵，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部不脆弱且松弛，在隨著含水量增加和溫度升高的情況下，其破壞與消失就更加顯著，促使碳酸氫銨分子分解為氨氣、二氧化碳和水。O—H┉O氫鍵鍵長為2.540 ?，極性強(qiáng)，在結(jié)構(gòu)中形成牢固的HCO??分子鏈，使HCO??分解受到抑制。在溶液狀態(tài)下，HCO??通過O—H┉O氫鍵締合成較穩(wěn)定的雙聚離子，如下圖所示，降低了碳酸氫銨的溶解度。此外，O—H┉O氫鍵具有強(qiáng)親水性，在晶體表面易吸附水分子形成氫橋鍵，使晶粒相結(jié)合形成不規(guī)則的大結(jié)塊，所以隨著含水量增加，碳酸氫銨極易結(jié)塊。
雙聚離子
物理性質(zhì)
碳酸氫銨外觀呈白色固體，有氨的氣味，其易溶于水，溶于甘油，不溶于苯、乙醇和丙酮等，在水中的溶解度為21.6 g/100g(20 ℃)。碳酸氫銨摩爾質(zhì)量為79.06 g/mol，密度為1.586 g/cm3，熔點(diǎn)為107.5 ℃，蒸氣壓為7.85 kPa(25.4 ℃)，折射率為1.536。碳酸氫銨的拉曼光譜圖特征波數(shù)為1272.1058。
碳酸氫銨易揮發(fā)，影響其揮發(fā)分解的基本因素是溫度和水分含量，溫度上升及水分含量增加都會(huì)加速其揮發(fā)分解。為了減少碳酸氫銨的分解，可采取增加添加劑或熱干燥的方法減少水分，或通過機(jī)械造粒、增大結(jié)晶等方法改變碳酸氫銨的粒形等措施進(jìn)行防護(hù)。
化學(xué)性質(zhì)
分解反應(yīng)
碳酸氫銨受熱時(shí)分解，生成二氧化碳、氨和水，反應(yīng)方程式如下：
與酸反應(yīng)
與堿土金屬硫酸鹽反應(yīng)
碳酸氫銨可與堿土金屬的硫酸鹽反應(yīng)，析出它們的碳酸鹽。如與硫酸鈣反應(yīng)時(shí)，將其轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。此反應(yīng)可用于硫酸鈣垢的除垢。反應(yīng)方程式如下：
制備方法
碳化法
碳酸氫銨主要由碳化法生產(chǎn)制得，碳化法合成氨工藝為中國獨(dú)創(chuàng)，由中國化學(xué)家侯德榜提出。制備碳酸氫銨的主要原料為氨水和二氧化碳，先用水吸收氨制備濃氨水，然后再吸收二氧化碳進(jìn)行碳化生成碳酸銨，再進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸氫銨。反應(yīng)方程式如下：
二氧化碳變換氣依次進(jìn)入碳化塔、預(yù)碳化塔、副塔和回收清洗塔，濃氨水首先進(jìn)入預(yù)碳化塔，與來自碳化塔的二氧化碳變換氣接觸，在不析出碳酸氫銨的前提下使?jié)獍彼玫阶銐虻奶蓟賹?dǎo)入碳化塔。在此濃氨水與二氧化碳含量最高的新鮮變換氣進(jìn)行逆流接觸，生成碳酸氫銨結(jié)晶。然后將此懸浮液送離心分離機(jī)，經(jīng)分離的固體碳酸氫銨可直接包裝，或經(jīng)干燥后包裝，母液用以制備濃氨水循環(huán)使用。
碳化法制備碳酸氫銨工藝流程圖
碳化流程分常壓碳化和加壓碳化兩種。常壓碳化是將含有二氧化碳的原料氣加壓到4個(gè)大氣壓后進(jìn)行碳化，加壓碳化一般是將含有二氧化碳的原料氣體直接加壓至7個(gè)大氣壓以上進(jìn)行碳化。目前，生產(chǎn)中采用較多的是加壓碳化流程。加壓碳化流程有串聯(lián)、并聯(lián)和兩并一串等三種方式。
檢測方法
滴定法
碳酸氫銨通常采用滴定法進(jìn)行檢測，向碳酸氫銨水溶液中加入適當(dāng)?shù)闹甘緞盟針?biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度的pH值時(shí)，指示劑會(huì)發(fā)生變色作用，因而可以測定出碳酸氫銨的含量。反應(yīng)原理方程式如下：
應(yīng)用領(lǐng)域
食品工業(yè)領(lǐng)域
碳酸氫銨可用于食品工業(yè)領(lǐng)域。其可作酸度調(diào)節(jié)劑、穩(wěn)定劑、膨松劑和發(fā)酵劑等。碳酸氫銨受熱后分解為二氧化碳和氨氣，可使食品形成海綿狀疏松結(jié)構(gòu)。主要用于餅干、面包、糕點(diǎn)等的生產(chǎn)，通常與碳酸氫鈉配合使用。
輕工業(yè)領(lǐng)域
碳酸氫銨可用于輕工業(yè)領(lǐng)域。在制革工業(yè)中，碳酸氫銨可用于中和浸酸裸皮中的過量酸，以利于鉻鞣或植鞣的順利進(jìn)行；在鉻鋁結(jié)合鞣制時(shí)用于提高堿度，使所得成品粒面細(xì)微等。碳酸氫銨還可作造孔劑，用于生產(chǎn)高孔隙率的泡沫鈦；作發(fā)泡劑用于膠粘劑的生產(chǎn)等。
農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)領(lǐng)域
碳酸氫銨可用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)中，碳酸氫銨可用作肥料，將其施入土壤后，可較快溶于水形成銨離子和碳酸氫根離子，反應(yīng)如下圖所示。銨離子既可為作物吸收，也可為土壤膠體吸附，且無任何副成分殘留在土壤中，長期施用不會(huì)對土壤產(chǎn)生不良影響。碳酸氫銨肥料可用于旱地基肥、旱地追肥、稻田基肥與面肥及稻田追肥等。碳酸氫銨還可作農(nóng)藥用于防治柑橘青霉病、辣椒疫病等。此外，將碳酸氫銨與稀鹽酸作用置于蔬菜大棚內(nèi)，將大棚密封，碳酸氫銨會(huì)和鹽酸反應(yīng)生成氯化銨、水和二氧化碳。二氧化碳可促進(jìn)植物光合作用，增加蔬菜產(chǎn)量，氯化銨也可再次作為肥料使用。在畜牧業(yè)中，將碳酸氫銨添加于在青貯玉米飼料中可增大其pH值，提高飼料的品質(zhì)。
碳酸氫銨入土前后的分解
水處理領(lǐng)域
碳酸氫銨可用于水處理領(lǐng)域。將其用于池塘能改良水質(zhì)、清除池中雜草，對三毛金藻也具有防治作用。碳酸氫鈉還可在海水淡化中作汲取液，因其具有高溶解度、高滲透壓及易回收等優(yōu)點(diǎn)，可通過正滲透技術(shù)以達(dá)到淡化海水的目的。正滲透即以選擇性半透膜兩側(cè)溶液的滲透壓差為驅(qū)動(dòng)力，使溶液中的水從低滲透壓側(cè)向高滲透壓側(cè)傳遞的過程。其作為一種新型的海水淡化技術(shù)，具有低能耗、低膜污染以及高回收率等優(yōu)點(diǎn)。
冶金領(lǐng)域
碳酸氫銨可用于冶金領(lǐng)域。在氯化冶金過程中，原料中的鉛會(huì)生成氯化鉛。由于氯化鉛熔點(diǎn)低、揮發(fā)性高、易潮解，在后續(xù)火法熔煉時(shí)會(huì)大量揮發(fā)進(jìn)入煙氣，導(dǎo)致鉛的直收率降低，還會(huì)造成后續(xù)收塵工序布袋粘結(jié)、設(shè)備腐蝕等問題。因此，在入爐前應(yīng)對含氯化鉛物料進(jìn)行脫氯轉(zhuǎn)化處理。而在碳酸氫銨溶液中，氯化鉛可以轉(zhuǎn)化為碳酸鉛，從而達(dá)到脫氯的目的。
環(huán)境治理領(lǐng)域
碳酸氫銨可用于環(huán)境治理領(lǐng)域，如用于改善被重金屬污染的土壤。當(dāng)利用植物提取修復(fù)土壤時(shí)，所用超積累植物通常生長緩慢、植株矮小、地上部分生物量小，修復(fù)重金屬污染土地所需時(shí)間太久。而碳酸氫銨有增強(qiáng)重金屬活性的能力，施用碳酸氫銨可不同程度地增加植物對重金屬的吸收，提高了植物對污染土壤的凈化率。利用碳酸氫銨修復(fù)污染土壤，修復(fù)成本較低且實(shí)用性強(qiáng)。
化工領(lǐng)域
化工原料
碳酸氫銨可用作化工原料生產(chǎn)其他物質(zhì)，如碳酸氫銨與過氧化氫、苯甲酰氯反應(yīng)可制備過氧化苯甲酰，與氟硅酸反應(yīng)可以用于制備冰晶石。此外，碳酸氫鈉還可與硫酸錳反應(yīng)制備碳酸錳、與水玻璃反應(yīng)制備白炭黑等。
尾氣吸收劑
碳酸氫銨可用于處理化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣。以碳酸氫銨作為吸收劑與二氧化硫反應(yīng)，將有害氣體二氧化硫轉(zhuǎn)化為亞硫酸銨，以達(dá)到尾氣處理的目的，反應(yīng)方程式與工藝流程圖如下。
還可將碳酸氫銨分解為氨，用于還原有害氣體一氧化氮，將其轉(zhuǎn)化為無污染的氮?dú)夂退磻?yīng)方程式與工藝流程圖如下。
碳酸氫銨吸收二氧化硫工藝流程圖
碳酸氫銨吸收一氧化氮工藝流程圖
稀土沉淀劑
碳酸氫銨可用作稀土沉淀劑。碳酸氫銨具有稀土沉淀率高，成本低，不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。向氯化鑭溶液中加入碳酸氫銨，首先與稀土溶液中的剩余游離酸發(fā)生中和反應(yīng)，放出二氧化碳?xì)怏w。當(dāng)游離酸中和完后，碳酸氫銨就開始與稀土鑭離子發(fā)生沉淀反應(yīng)，快速形成碳酸鑭沉淀，反應(yīng)方程式如下。碳酸氫銨還可沉淀釔，用于氧化釔的制備，工藝流程圖如下。
碳酸氫銨作沉淀劑制備氧化釔工藝流程圖
其他領(lǐng)域
除以上應(yīng)用外，碳酸氫銨還可用于熱交換器管的除垢，在醫(yī)學(xué)中用于制備祛痰劑，用于織物脫脂及用作分析試劑、滅火劑等。
安全事宜
毒理學(xué)數(shù)據(jù)
LD?? 小鼠 皮下 245 mk/kg
危害
碳酸氫銨的分解產(chǎn)物二氧化碳和氨均為人體代謝產(chǎn)物，適量攝入對人體健康無害。吸入碳酸氫銨粉末可能會(huì)導(dǎo)致咳嗽、咽喉疼痛，眼睛接觸可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)紅，疼痛。碳酸氫銨較穩(wěn)定，不可燃，受熱分解可能會(huì)釋放出有毒氣體。
應(yīng)對措施
急救
皮膚接觸 | 脫去污染的衣著，用流動(dòng)清水沖洗，及時(shí)就醫(yī) |
眼睛接觸 | 提起眼瞼，用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗，及時(shí)就醫(yī) |
吸入 | 脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處，如呼吸困難可進(jìn)行輸氧，及時(shí)就醫(yī) |
攝入 | 飲足量溫水，催吐，及時(shí)就醫(yī) |
泄露與火災(zāi)
泄露 | 將溢漏物掃入有蓋容器中，并濕潤現(xiàn)場防止揚(yáng)塵。用大量水沖凈殘余物。[15]大量泄露需將泄露物收集回收或運(yùn)至廢物處理場所處置 |
火災(zāi) | 滅火時(shí)盡可能將容器從火場移至空曠處，可使用各種滅火器 |
預(yù)防措施
工程控制 | 提供良好的自然通風(fēng)條件 |
呼吸系統(tǒng)防護(hù) | 高濃度粉塵環(huán)境中，應(yīng)該佩戴自吸過濾式防塵口罩 |
眼睛防護(hù) | 戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡 |
身體防護(hù) | 穿防毒物滲透工作服 |
手防護(hù) | 戴橡膠手套 |
其他防護(hù) | 工作時(shí)不得進(jìn)食、飲漱口水或吸煙，及時(shí)換洗工作服，注意個(gè)人清潔衛(wèi)生 |
儲(chǔ)存與貯運(yùn)
碳酸氫銨應(yīng)在密閉狀態(tài)下貯存于干燥陰涼處。不可受熱和曝曬，以免分解，防止受潮。并與強(qiáng)氧化劑、強(qiáng)堿和酸等分開存放。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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