碳酸氢钾(Potassium bicarbonate),分子式为KHCO3,是一种
无机盐,为无色透明单斜晶系晶体或白色晶体。无臭、味咸,易溶于水,其水溶液呈弱碱性。
理化性质
物理性质
碳酸氢钾为无色透明单斜晶系晶体或白色晶体,无臭、味咸。密度2.17g/mL,不溶于乙醇,溶于饱和碳酸钾溶液,0℃时,在100 g水中的溶解度为22.4g;20℃时100g水可溶解33.2g碳酸氢钾;60℃时100g水可溶解60g碳酸氢钾。折射率为1.482,生成热为229.8kJ/mol,结晶系为无色单斜晶系,溶解热为5.2kJ(18℃),电化学当量为3.7354g/(A·h)。
化学性质
碳酸氢钾的水溶液因其水解而呈弱碱性:HCO3-+H2O⇌H2CO3+OH-。
碳酸氢钾在空气中稳定,加热至100~120℃则分解,200℃时完全分解,失去二氧化碳和水而成
碳酸钾。分解反应方程式:2KHCO3K2CO3+CO2+H2O。
碳酸氢钾可以和酸反应,如和强酸反应,离子方程式:HCO3-+H+=H2O+CO2↑
碳酸氢钾可以和碱反应,如和强碱反应,离子方程式:HCO3-+OH-=H2O+CO32-
计算化学数据
1.氢键供体数量:1
2.氢键受体数量:3
3.可旋转化学键数量:0
4.互变异构体数量:0
5.拓扑分子极性表面积:60.4
6.重原子数量:5
7.表面电荷:0
8.复杂度:33.9
9.同位素原子数量:0
10.确定原子立构中心数量:0
11.不确定原子立构中心数量:0
12.确定化学键立构中心数量:0
13.不确定化学键立构中心数量:0
14.共价键单元数量:2
制备方法
工业制备
原料碳酸钾可用三级品,也可以土碱为原料,其中含碳酸钾40%~60%、硫酸钾10%~15%、氯化钾3.5%,投料前需经煅烧除去有机物,借溶解度的不同除去
硫酸钾及氯化钾,加石灰乳或碳酸镁经压滤可除去硅、铝、
磷等杂质,滤液经蒸发,配制碳酸钾溶液,使总碱浓度为750~800g/L(以碳酸钾计),进碳化塔。在温度50℃以上、反应压力0.4MPa下,通二氧化碳(浓度30%以上),进行碳化,碳酸氢钾随浓度升高而不断析出。碳化5~6h后母液经结晶分离、洗涤、离心分离、于80℃下干燥,制得碳酸氢钾成品。其反应方程式如下:K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。
氯化钾溶液经除钙、镁逆流通人离子交换柱,使钠型树脂(R-Na)变成钾型(R-K),用软水洗去氯离子后,将碳酸氢铵溶液顺流通过树脂交换柱,得到碳酸氢钾和碳酸氢铵的混合稀溶液,经蒸发分解使大部分分解为碳酸钾,溶液送碳化塔进行碳化生成碳酸氢钾,再经结晶、分离、洗涤、干燥,制得碳酸氢钾成品。其反应方程式如图:
实验室制备
可由氢氧化钾的80%乙醇溶液或碳酸钾饱和溶液吸收二氧化碳制得碳酸氢钾。反应方程式:
KOH+CO2=KHCO3
K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
应用领域
碳酸氢钾在化工生产可用作生产碳酸钾、
醋酸钾、
亚砷酸钾的原料,也用于石油、化学品之灭火剂。也可用于医药,用来补充钾,用于治疗低钾症,也用作营养增补剂、赋形剂。在食品工业中作焙粉、发泡盐、化学膨松剂。在分析化学中碳酸氢钾常用作分析试剂。在实验室作酸度调节剂。
中国碳酸氢钾主要消费领域还是食品领域,作为食品添加剂在烘焙领域、酸度调节剂领域代替碳酸氢钠的使用,其次是农业化肥、畜牧业、纸浆处理、灭火器等。
供需情况
2010-2013年间,全球碳酸氢钾产能基本保持稳定,而产量则持续增长。2014-2018年,受烘焙、食品添加剂及畜牧业等方面应用的驱动,碳酸氢钾需求快速上升。2018年,全球碳酸氢钾产能为3.3万吨/年,产量2.94万吨,消费量2.85万吨,预计2023年消费量将达到4.08万吨,年度复合增长率7.45%。
中国碳酸氢钾产业快速发展。2018年,碳酸氢钾产能为1.8万吨/年,产量1.62万吨,消费量0.84万吨;预计2023年消费量将达到1.33万吨,2018~2023年复合增长率9.52%;中国碳酸氢钾产业发展主要依赖出口,2010年出口量占中国产量的58.21%,2018年出口量占中国产量的43.21%,预计2023年中国将占产量的51.72%。
安全措施
健康危害
碳酸氢钾对眼睛、皮肤、粘膜有刺激作用。
危害防治
密闭操作,加强通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。避免产生粉尘。避免与酸类接触。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。空气中粉尘浓度超标时,必须佩戴自吸过滤式防尘口罩。紧急事态抢救或撤离时,应该佩戴空气呼吸器。
安全标志
风险声明:R22。
安全声明:S24/25。
储存运输
储存方法
运输方法
起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与酸类、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。车辆运输完毕应进行彻底清扫。
检测方法
试剂和材料
盐酸标准滴定溶液:c (HCl)=0.5 mol/L;
溴甲酚绿-甲基红指示液。
分析步骤
称取约1.5 g已于硅胶干燥器中放置4 h后的试样,精确至0.0002g,置于250mL锥形瓶中,用50mL水溶解,加入5滴溴甲酚绿-甲基红指示液,用盐酸标准滴定溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色。将溶液煮沸2min,冷却后,继续滴定至暗红色,在30s内不褪色即为终点。
同时作空白试验。空白试验除不加试样外,其他操作及加入试剂的种类和量(标准滴定溶液除外)与试验溶液相同。
结果计算
碳酸氢钾(KHCO3)的质量分数w按式计算:
w=
式中:
c——盐酸标准滴定溶液的准确浓度,单位为摩尔每升(mol/L);
V——滴定试验溶液所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积,单位为毫升(mL);
V*——滴定空白试验溶液所消耗的盐酸标准滴定溶液的体积,单位为毫升(mL);
M——碳酸氢钾(KHCO3)摩尔质量,单位为克每摩尔(g/mol)(M=100.12);
m——试料的质量,单位为克(g);
1000——换算因子。
试验结果以平行测定结果的算术平均值为准。在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不大于0.3 %。