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硫酸銨
無(wú)色結晶或白色顆粒的化合物
W. Oelen
硫酸銨（英文：Ammonium Sulfate），又稱(chēng)硫銨，分子式為(NH4)2SO4，一種無(wú)機化合物，是最早生產(chǎn)和使用的一種氮肥。通常把它當做標準氮肥，其含氮量在20~ 21 %之間，含硫23.4 %。純品硫酸銨為無(wú)色結晶或白色顆粒，含有雜質(zhì)的顏色為微黃或灰色，其吸濕性小，不易結塊，易保存，易溶于水。硫酸銨為生理酸性速效氮肥，一般比較適用于小麥、玉米、水稻、棉花、甘薯、麻類(lèi)、果樹(shù)、蔬菜等作物。對于土壤而言，硫酸銨最適于中性土壤和堿性土壤，而不適于酸性土壤。此外，硫酸銨可用于發(fā)酵工藝，作為發(fā)酵用營(yíng)養物質(zhì)。
基本信息
中文名
硫酸銨
英文名
Ammonium Sulfate
別名
硫銨
拼音
liú suān ǎn
CAS編號
7783-20-2
性質(zhì)
化學(xué)式
(NH4)2SO4
摩爾質(zhì)量
132.14g·mol
外觀(guān)
無(wú)色結晶或白色顆粒
氣味
無(wú)味
密度
1.77g/cm
熔點(diǎn)
280 °C（分解）
沸點(diǎn)
107.1 ℃
溶解性
易溶于水，不溶于乙醇
pH
5.5（0.1 M 水溶液）
蒸氣壓
25 °C 時(shí)為 2.573 kPa
危險性
NFPA 704
NFPA 健康評級：0 - 在緊急情況下不會(huì )產(chǎn)生超出普通可燃材料危險的材料。 NFPA 防火等級：0 - 在典型火災條件下不會(huì )燃燒的材料。 NFPA：0 - 材料本身通常是穩定的。
自燃溫度
不易燃
生產(chǎn)歷史
十八世紀末，首次生成硫酸銨主要是在將煤氣洗滌液加工氨的煤氣工廠(chǎng)里。之后開(kāi)始通過(guò)用焦炭生產(chǎn)所捕集的氨來(lái)制取硫酸銨。 1889年，俄國建成了第一批帶有回收副產(chǎn)品裝置的煉焦爐。隨著(zhù)冶煉業(yè)的廣泛發(fā)展，使帶產(chǎn)品回收的煉焦爐數量為之激增，并且在1913年解決了由元素合成氨的問(wèn)題的基礎上， 以合成氨制硫酸銨的生產(chǎn)得到了廣泛的發(fā)展。硫酸銨是中國最早使用的一種氮肥，肥效穩定。由于生產(chǎn)這種肥料要耗費大量的硫，因此巳日漸波尿素所代替。市售的硫酸銨多是副產(chǎn)品。
中國使用硫酸銨作為化肥的主要過(guò)程為：1901年，首先由日本輸入化肥，品種是硫酸銨也稱(chēng)肥田粉，當時(shí)是免費分給臺灣省的蔗農使用。1933年日本在大連開(kāi)辦了滿(mǎn)洲化學(xué)工業(yè)株式會(huì )社（后改為大連化學(xué)廠(chǎng)）和鞍山、撫順的兩個(gè)煉焦副產(chǎn)硫酸銨車(chē)間，生產(chǎn)硫酸銨。其作為肥料使用量為1700萬(wàn)噸，其中大約有300萬(wàn)噸的硫酸銨被直接在農業(yè)中使用，其余則用于復合肥料的生產(chǎn)，如硝酸硫酸銨等。1934年中國建立永利寧化學(xué)公司硫酸銨廠(chǎng)，后改為南京化學(xué)工業(yè)公司氮肥廠(chǎng)。1949年前，全國累計生產(chǎn)氮肥僅60萬(wàn)噸（以純氮計），主要被用在沿海各省。1949年以后，在擴建大連化學(xué)廠(chǎng)和永利寧等老廠(chǎng)的同時(shí)，開(kāi)始由前蘇聯(lián)美國、荷蘭、日本、法國引入成套設備，建成幾十個(gè)大、中型氮肥廠(chǎng)和一千多個(gè)小型氮肥廠(chǎng)，形成遍布全國的大、中、小型企業(yè)相結和的工業(yè)形式。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
無(wú)色結晶，斜方晶系或白色顆粒，無(wú)氣味，在水中的溶解度為70.6g/100 g，100 ℃時(shí)為103.8 g/100 g。不溶于乙醇和丙酮，0.1 mol/L水溶液的pH為5.5，相對密度1.77g/cm，折光率1.521。硫酸銨在乙醇、丙醇、丁醇、丙酮、吡啶等水溶液中的溶解會(huì )形成兩相，一種是水溶液，另一種是有機溶劑。外觀(guān)很像砂糖，在生產(chǎn)中由于有雜質(zhì)混入，有時(shí)顏色呈灰、黃或淡紅色。純硫酸銨含氮21.21 ％，工業(yè)硫酸銨含氮20.5—21 ％。
化學(xué)性質(zhì)
盡管硫酸銨在常溫條件下性質(zhì)穩定，但與堿性物質(zhì)相混時(shí)會(huì )分解釋放出氨，引起氮素揮發(fā)損失。
硫酸銨與堿反應的方程式為：
此外，硫酸銨與氯化鋇溶液反應生成硫酸鋇沉淀。也可以使蛋白質(zhì)發(fā)生鹽析。
工業(yè)生產(chǎn)方法
用氨氣中和稀疏酸生產(chǎn)硫酸銨
化學(xué)反應式為：
該反應是一個(gè)放熱反應，在瞬間即可完成。利用反應放出的熱量將生成的硫酸銨溶液加熱至100—110 ℃，在此溫度下，部分水分可以從溶液中被蒸發(fā)出去，而硫酸銨則可從溶液中結晶出來(lái)。硫酸銨晶體從溶液中分離出來(lái)經(jīng)干燥形成。
此外也可通過(guò)直接法，間接法和半直接法來(lái)生產(chǎn)硫酸銨。其中直接法的原理是用硫酸直接吸收煤氣中的氨，在一定的溫度下在飽和器中制得的硫酸銨結晶和母液的處理方法；間接法是用氨水與硫酸直接進(jìn)行中和反應，生成硫酸銨溶液，再將溶液進(jìn)行蒸濃、冷卻、結晶出硫酸銨；半直接法原理是先把焦爐氣冷卻冷凝析出焦油和水，分離出焦油，剩下的水中含有一部分氨，稱(chēng)為粗氨水，通過(guò)直接蒸汽將粗氨水加熱到100℃， 溶解的氨就變成氣態(tài)氨逸出。由于在蒸餾塔中還要加一部分石灰乳，所以粗氨水中的銨鹽也要發(fā)生分解反應而放出氣態(tài)氨，將逸出的所有氣態(tài)氨合并到被冷卻已除去焦油和水分的焦爐氣中，以便一塊進(jìn)入到飽和器中與硫酸反應生成硫酸銨。其反應式為：
用石膏生產(chǎn)硫酸銨
石膏的化學(xué)名稱(chēng)叫硫酸鈣，分子式為CaSO4，通過(guò)利用石膏中的硫酸根代替硫酸來(lái)生產(chǎn)硫酸銨，節省硫酸的消耗。用石膏生產(chǎn)硫酸銨的方法主要包括氣體法和液體法：
- 氣體法：原理是將石膏粉末與水混合在一起，裝入帶有攪拌的反應器內，再向其中通入氣氨和氣體二氧化碳，化學(xué)反應式為：
生成的硫酸銨溶解在溶液中，生成的碳酸鈣為固體沉淀物，經(jīng)真空過(guò)濾后，分離出碳酸鈣，濾液即為硫酸銨溶液。將此溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮后，再冷卻就析出硫酸銨結晶，在離心機上分離出晶體，再經(jīng)干燥即為成品，最后濾液返回反應器中與石膏混合循環(huán)使用。
- 液體法：其主要過(guò)程為將石膏粉的一半量同溫度為50—55 ℃，濃度為25—33 ％的碳酸銨溶液加入到混合器中相混合，然后將混合物料送入反應器中。料漿再從反應器經(jīng)貯槽回到混合器，并往混合器中加入另一半及過(guò)量的石膏粉，然后再把混合物送入反應器中，發(fā)生的化學(xué)反應為：
石膏粉采用兩次加入方法的目的是為了生成大顆粒的碳酸鈣結晶，以便容易過(guò)濾和洗滌。
應用領(lǐng)域
肥料
硫酸銨是一種優(yōu)良的氮肥（俗稱(chēng)肥田粉），幾乎所有生產(chǎn)的硫酸銨都用作肥料，適用于一般土壤和作物，能使枝葉生長(cháng)旺盛，提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量，增強作物對災害的抵抗能力，可作基肥、追肥和種肥，但是長(cháng)期使用可能導致土壤板結。
工業(yè)
能與食鹽進(jìn)行復分解反應制造氯化銨，與硫酸鋁作用生成銨明礬，與硼酸等一起制造耐火材料。加入電鍍液中能增加導電性。在工業(yè)中可用于生產(chǎn)過(guò)硫酸鹽、阻燃劑和滅火粉末和鞣制。在水處理中，在水中加氯前加入一定的硫酸銨，可用于消毒。
食品
化學(xué)實(shí)驗室
在實(shí)驗室中，硫酸銨沉淀法常用于分離蛋白，天然橡膠膠乳中揮發(fā)性脂肪酸值的測定。此外，硫酸銨還用于化學(xué)試劑和蓄電池的生產(chǎn)。在分析試劑中用作沉淀劑和掩蔽劑。在電化學(xué)分析中用作分析中的支持電解質(zhì)以及用于微生物培養基及銨鹽制備，
其他
硫酸銨還可用于在照相、紡織和玻璃等行業(yè)。
鑒別與測定
鑒別
- 利用硫酸銨溶于水后與氯化鋇溶液反應生成白色沉淀（BaSO4)來(lái)進(jìn)行鑒別。
硫酸銨的測定
硫酸銨中氮含量的檢測
蒸餾后滴定法
硫酸銨在堿性溶液中蒸餾出的銨，用過(guò)量的硫酸標準滴定溶液吸收，在指示劑存在的情況下，以氫氧化鈉標準滴定溶液回滴過(guò)量的硫酸。根據滴定時(shí)消耗氫氧化鈉標準溶液的量計算出氮的含量。反應式如下：
甲醛法
安全事宜
GHS 危險說(shuō)明
H302 (41.51 %)：吞咽有害
H315 (95.18 %)：引起皮膚刺激
H319 (95.18 %)：造成嚴重眼刺激
H335 (100 %)：可能引起呼吸道刺激
H411 (10.09 %)：對水生生物有毒并具有長(cháng)期持續影響
禁止用于炸藥
硫酸銨在 169 °C 熔化并在熔化后立即開(kāi)始分解，會(huì )分解成氨和硝酸，并且酸性添加劑會(huì )破壞硫酸銨的穩定性，具有爆炸性，研究報道硫酸銨涉及很多大型事故和恐怖爆炸事件。在 20 世紀 70 年代初的運動(dòng)高峰期，英國政府頒布了禁止在北愛(ài)爾蘭銷(xiāo)售純硫酸銨的禁令。
毒性
人體接觸和毒性：在人體中，硫酸銨會(huì )對肺部，產(chǎn)生輕微的影響，主要癥狀為呼氣流量降低、肺流動(dòng)阻力和動(dòng)態(tài)肺順應性降低。硫酸銨具有相對較低的急性毒性（大鼠口服LD50：2000 - 4250 mg/kg bw；LD50 皮膚：大鼠/小鼠 > 2000 mg/kg bw；吸入8 小時(shí) LC50：大鼠 > 1000 mg /cm）。口服暴露后，接近或超過(guò) LD50 值的劑量給藥后立即出現蹣跚、虛脫、冷漠、呼吸困難和不規則。
健康危害
如果大量攝入可能會(huì )導致利尿（排尿增加），接觸硫酸銨可能對皮膚和眼睛造成輕微的刺激。
個(gè)人預防措施：使用個(gè)人防護設備，避免粉塵形成。避免吸入蒸氣、煙霧或氣體。確保充分通風(fēng)以及避免吸入灰塵。
消防
硫酸銨本身不燃燒，硫酸銨在水溶液中呈酸性，當向熔融的亞硝酸鉀中加入少量硫酸銨時(shí)，會(huì )發(fā)生劇烈的反應并伴有火焰。硫酸銨與硝酸鉀、亞硝酸鉀、氯酸鉀等氧化劑混合可能爆炸。可根據當地情況和周?chē)h(huán)境采取不同的滅火措施，必要時(shí)佩戴自給式呼吸器救火。
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