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食品级磷酸

食品级磷酸 http://www.gzbwhg.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=97&id=183

_磷酸

磷酸或，式H3PO4，分子量为97.994，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。工业上用处理磷灰石即得。磷酸在空气中容易潮解。加热会失水得到焦磷酸，再进一步失水得到偏磷酸。磷酸主要用于制、食品、肥料等工业，包括作为防锈剂，，牙科和矫形外科，EDIC腐蚀剂，电解质，助焊剂，分散剂，工业腐蚀剂，肥料的原料和组件家居清洁产品。也可用作试剂，磷酸盐是所有生命形式的营养。

中文名磷酸英文名Phosphoric acid别    称
式H3PO4分子量98CAS登录号7664-38-2
EINECS登录号231-633-2熔    点42 ℃沸    点261℃（分解）
水溶性可与水以任意比互溶密    度1.874g/mL（液态）外    观白色固体，大于42℃时为无色粘稠液体
应    用主要用于制、食品、肥料等工业，也可用作试剂
运输编号UN 3453 8/PG 3酸性强度中强酸

发现简史

继德国商人波兰特发现磷、德国家孔克尔制出磷后，英国家波义耳也独立制出了磷，他也是早研究磷性质及化合物的家，他在1682年发表的论文《一种观察到的冷光的新实验》中写到“磷在燃烧后生成白烟，白烟与水作用后生成的溶液具有酸性。”其中的白烟正是（五氧化二磷），而与水作用生成的溶液即为磷酸，然而他并未对磷酸进行进一步的研究。
研究磷酸早的家是法国家拉瓦锡。1772年，他做这样的实验：将磷放在以汞密封的钟罩里使其燃烧。实验结果而得出这样的结论：一定量的磷能燃烧于某容量的空气中；磷燃烧时生成无水磷的白色粉片，如细雪一般；燃烧后瓶中的空气约剩原来容量的80%；磷燃烧后较燃烧前约重2.5倍；白色粉片溶于水即成磷酸。拉瓦锡还证明磷酸可用浓和磷反应制得。
大约过了一百多年，德国家李比希做了许多农业的实验，揭开磷和磷酸对植物生命的价值。1840年李比希著的《有机在农业和生理学上的作用》中，科学地论证了土壤的肥力问题，并指出磷对植物的作用。同时，他还进一步探究了磷酸及磷酸盐作为肥料的应用，从此磷酸的生产进入大规模化时代。

物质结构

是由一个单一的磷氧四面体构成的磷酸。在磷酸分子中P原子是sp3杂化的，3个杂化轨道与氧原子间形成3个σ键，另一个P—O键是由一个从磷到氧的σ配键和两个由氧到磷的d-pπ键组成的。σ配键是磷原子上的一对孤对电子向氧原子的空轨道配位而形成。d←p配键是氧原子的py、pz轨道上的两对孤对电子和磷原子的dxz、dyz空轨道重叠而成。由于磷原子3d能级比氧原子的2p能级能量高很多，组成的分子轨道不是很有效的，所以P—O键从数目上来看是三重键，但从键能和键长来看是介于单键和双键之间。纯H3PO4和它的晶体水合物中都有氢键存在，这可能是磷酸浓溶液之所以粘稠的原因。

物理性质

熔点：42℃
沸点：261℃（分解，磷酸受热逐渐脱水，因此没有自身的沸点）
市售磷酸是含85%H3PO4的粘稠状浓溶液。从浓溶液中结晶，则形成半水合物2H3PO4·H2O（熔点302.3K）。

结（冰）晶点：

磷酸属于中强酸，其结晶点（冰点）为21℃，当低于此温度时会析出半水物结（冰）晶。当然，通常磷酸在10℃以上甚至更低温度下也不结（冰）晶，这是由于磷酸具有过冷的特性，也就是实际上市售的磷酸在低于21℃时会偏离其结（冰）晶点，不会立即结（冰）晶的现象存在。但这样的低温只要维持一段时间，在静止的状态下，磷酸很容易产生结（冰）晶。
磷酸结晶就像其他液体结晶一样属于物理变化而非变化。其性质不会因结晶而改变，也即磷酸的质量是不会因结晶而受影响的，只要给予温度熔化或加热水稀释溶化，仍可以正常使用。
结晶特性：磷酸浓度高、纯度高，结晶性高。根据经验，当气温在4摄氏度上下，浓度大于85%时，其结晶性增大，若不慎混入结（冰）晶磷酸，会造成原本没有结（冰）晶的磷酸立即感染而结（冰）晶，而且磷酸结（冰）晶异常迅速，直致磷酸储存容器大部结（冰）晶。磷酸结（冰）晶后，上部磷酸边稀，下部沉积针状结（冰）晶体纯磷酸。根据经验，75%磷酸在较低（4℃附近）的温度下也较难结（冰）晶，因此在较低的气温条件下，建议使用75%磷酸比较妥当。
磷酸结（冰）晶好比水结冰，是其本身的物理性能，固有属性，不能改变，只有妥善保存处理才能防止结（冰）晶。

性质

磷酸是三元中强酸，分三步电离，不易挥发，不易分解，有一定氧化性。具有酸的通性。
pKa1：2.12
pKa2：7.21
pKa3：12.67
（1）浓磷酸可以和共热生成气体（与化钾、等也有类似反应），属于高沸点酸制低沸点酸：
NaCl + H3PO4(浓) ==△== NaH2PO4 + HCl↑

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原理：难挥发性酸制挥发性酸
（2）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，分析上常用PO43-掩蔽Fe3+离子，浓磷酸能溶解钨、锆、硅、硅化铁等，并与他们形成配合物。
（3）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。
2H3PO4 ==473-573K== H4P2O7 + H2O
3H3PO4 ==573K以上== H5P3O10 + 2H2O
4H3PO4 ==高温== (HPO3)4 + 4H2O
（4）需要特别注意的是，浓热的磷酸能腐蚀二氧化硅，生成杂多酸。但由于反应原理过于复杂，因此中学课程将其简化为是能与二氧化硅反应的酸。浓热磷酸还能分解绝大部分矿物，如铬铁矿、金红石、钛铁矿等。
酸根离子
盐类
磷酸盐有三类：正盐（含PO43－），酸式盐磷酸一氢盐（含HPO42－）和磷酸二氢盐（含H2PO4－）。
三类盐之间的关系为：
（1）溶解性
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
向磷酸中滴加碱液，随着碱液的增多，先后生成磷酸二氢盐、磷酸一氢盐、磷酸盐。
向磷酸盐溶液中滴加强酸，随着酸的增多，先后生成磷酸一氢盐、磷酸二氢盐、磷酸。
（3）离子共存的问题
①H2PO4－、 HPO42－、PO43－与H+不能共存。
②H2PO4－、HPO42－与OH－不能共存。
③H2PO4－与PO43－不能共存（化合生成HPO42-）。
④H2PO4－与HPO42－可共存，HPO42－和PO43－可共存。
检验
磷酸盐与过量钼酸铵在浓溶液中反应有淡黄色磷钼酸铵晶体析出，这是鉴定磷酸根离子的特征反应：
PO43- + 12MoO42- + 3NH4+ + 24H+ ==== (NH4)3[P(Mo12O40)]·6H2O↓ + 6H2O

制备方法

磷酸的原料主要是磷矿（主要成分为钙Ca10F2(PO4)6）和以为主的无机酸。
实验室制法：实验室可用强酸+磷酸盐制备磷酸。

3H+ + PO43- ==== H3PO4 （原理：强酸制弱酸）
湿法：工业上常用浓跟磷酸钙、磷矿石反应制取磷酸，滤去微溶于水的钙沉淀，所得滤液就是磷酸溶液。或让与作用，可得到纯的磷酸溶液。
3P4 + 20HNO3 + 8H2O ==== 12H3PO4 + 20NO↑
热法：在空气中燃烧生成五氧化二磷，再经水化制成。注意必须用热水，因为五氧化二磷会和冷水反应生成的偏磷酸。
多磷酸的生产：多磷酸的生产主要由在适当条件下脱水而成。
重结晶法：将工业磷酸用蒸馏水溶解后，把溶液提纯，除去砷和重金属等杂质，经过滤，使滤液符合食品级要求时，浓缩，制得食用磷酸成品。 [1]

安全防护

磷酸无强氧化性，无强腐蚀性，属于较为安全的酸，属低毒类，有刺激性。
LD50：1530mg/kg（大鼠经口）；2740mg/kg（兔经皮）
刺激性：兔经皮595mg/24小时，严重刺激；兔眼119mg严重刺激。
接触时注意防止入眼，防止接触皮肤，防止入口即可。
遇H发孔剂可燃； 受热排放有毒磷氧化物烟雾。 [1]
磷酸蒸气能引起鼻黏膜萎缩；对皮肤有相当强的腐蚀作用，可引起皮肤炎症性疾患；能造成全身中毒现象。
若有磷酸蒸气入眼，应立即用大量生理盐水冲洗，随后送救治
空气中高容许浓度为1mg/m3。生产人员工作时应穿戴防护用具，如工作服、橡皮手套、橡皮或塑料围裙、长筒胶靴。注意保护呼吸器官和皮肤，如不慎溅到皮肤，应立即用大量清水冲洗，把磷酸洗净后，一般可用红汞溶液或龙胆紫溶液涂抹患处，严重时应立即送诊治。 [1]

应用领域

农业：磷酸是生产重要的磷肥（过磷酸钙、等）的原料，也是生产饲料营养剂（磷酸二氢钙）的原料。
工业：磷酸是一种重要的，主要作用如下：
00001.
处理金属表面，在金属表面生成难溶的磷酸盐薄膜，以保护金属免受腐蚀。
00002.
00003.
和混合作为抛光剂，用以提高金属表面的光洁度。
00004.
00005.
生产洗涤用品、的原料磷酸酯。
00006.
00007.

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生产含磷阻燃剂的原料。
00008.
食品：磷酸是，在食品中作为酸味剂、酵母营养剂，可口可乐中就含有磷酸。磷酸盐也是重要的，可作为营养增强剂。
学：磷酸可用于制取含磷物，例如等。

磷酸主产区

磷酸的生产过程一直受原材料的地域影响，我国磷酸的生产主要集中在云南、四川、贵州、湖北，而磷酸的精细化应用主要集中在沿海地区，根据中国磷交所的一份报告显示，我国磷酸生产主要以热法磷酸为主，提纯高纯度的磷酸，以满足工业需求。

生物学影响

饮料添加物
磷酸用在，素来有骨质疏松症的疑虑。以往的是借由问卷选填饮用可乐及其他饮料的频率，发现饮用饮料的受试者较易有骨质疏松症的问题。研究指出，饮用饮料者没有比其他人摄取更多的磷，但身体的钙磷比却显著的降低。《美国临床营养学杂志》（American Journal of Clinical Nutrition）中的有项研究在1996年至2001年使用双倍能量的X光去探测1672位女性及1148位男性的骨密度，发现磷酸确实会降低骨密度，此研究提供了比以往使用问卷更有利的证据。 [2]
另一项临床研究指出，磷的摄取会降低骨密度。但此实验以磷的总摄取量为主，并未明确证明使骨密度降低的主因是磷酸。 [2]
但在Heaney及Rafferty使用钙平衡的方法对于20至40岁的女人一日习惯饮用三杯以上（680 mL）饮料进行的临床研究，却发现含磷酸的饮料与钙流失无关。研究比较了水、牛奶以及各种非酒精饮料（两种含，两种不含，两种含磷酸，两种含柠檬酸）。他们发现，相较于水，只有牛奶以及另外两项含有的饮品会增加尿液中的钙含量，而添加有磷酸的饮料和含的饮料钙量流失速度差不多，并没有扩大造成流失钙质的影响。由于研究显示所造成的钙质流失会逐渐补回来，而磷酸在实验中又没有对钙质流失造成影响。Heaney及Rafferty认为前面实验受试者骨质疏松的原因是受试者饮用饮料，造成牛奶摄取量的渐少，造成钙摄取量不足。 [2]
也是被认为造成骨质疏松的元凶。 [2]

含量分析

GB 3149—92方法
混合指示剂 取0.1%百里酚蓝溶液3份(V)和0.1%溶液2份(V)，混合均匀。
1、重量法
亦称仲裁法，取试样5g(称准至0.0002g)放于100ml烧杯中，加10ml，盖上表面皿，煮沸10min，冷却后转入500ml容量瓶中，加10ml，用水定容后，摇匀。取该溶液50ml放于500ml容量瓶中，再用水定容后，摇匀，是为试样液。取试样液20ml放于400ml烧杯中，用水稀释至100ml，加喹钼柠酮试液(TS-202)50ml，盖上表面皿，在电热板上加热至杯内温度达75℃±5℃，保持半分钟或在水浴中保温至溶液分层(不能用明火加热，不论在加试剂或加热时都不能搅拌混匀，以免形成块状物)，冷却过程中转动3～4次。用预先在175～185℃(或240～260℃)恒重的4号玻璃坩埚过滤，先将上层清液过滤，沉淀用倾泻法洗涤3～4次，每次约用水20ml，洗液通过坩埚过滤，然后将沉淀转到玻璃坩埚中，继续用水洗涤5～6次，置坩埚于175～185℃：烘箱中烘45min(或240～260℃烘箱中烘15min)，玻璃坩埚于干燥器中冷却至室温称重。同测定手续，进行空白试验。
磷酸含量按下式计算：
H3PO4(%)=0.04428×(G2-G1)/G×50/500×20/500×100式中G一所取试样量，g
G2——测定样品时所得的沉淀量，g；
G1——空白测得的沉淀重量，g；
0.04428——每克磷钼酸相当于磷酸的质量，g。 [1]
2、容量法
按上述重量法测定手续进行至“冷却过程中转动3～4次”，以下操作按下述测定手续进行。用铺有滤纸、脱脂棉或纸浆的过滤器过滤，先将上层清液过滤，沉淀用倾泻法洗涤3～4次，每次约用水25～30ml，然后将沉淀转到过滤器上，继续用水洗涤至无酸性(取约20ml洗出液，加一滴混合指示剂和1滴0. 25mol/L的氢氧化钠液，所呈颜色与处理同体积水所呈的颜色相近为止)。将沉淀转入原烧杯中，加不含二氧化碳的水100ml，搅匀沉淀，约加0.5ml/L氢氧化钠标准液10ml，充分搅拌至沉淀溶解，加5滴混合指示剂，用0.25mol/L标准液滴定，溶液由紫色变为微黄色时为终点。
用同样测定手续，进行空白试验。
磷酸含量按下式计算：
H3PO4(%)=c(V1-VV2)×0.003769/G×50/500×20/500×100
式中c——氢氧化钠标准溶液浓度，mol/L；
V1——试样所耗氢氧化钠标准溶液的体积，ml；
V2——试样所耗标准溶液的体积，ml；
V——在空白试验中，1m1标准溶液相当的氢氧化钠标准溶液体积，ml；
0.003769——毫摩尔磷酸的质量，g；
G一所取试样量，g。
本方法平行测定时允许误差在0～2%以内。
FAO/WHO滴定法 取试样1.00g放入一具玻塞烧瓶中，加水约100ml，再加百里试液(TS-248)0.5ml，用1mol/L氢氧化钠液滴定，每ml相当于H3PO40.049g。

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