硝酸钾

硝酸钾（英文名称：Potassium nitrate，）是一种无机物，俗称硝石，化学式为KNO₃。是常用的氮钾复合肥，摩尔质量为101.103 g/mol，密度为2.1 g/cm。常温下为白色颗粒状或结晶状粉末，无臭有毒，有盐水刺激性味道，具有弱吸湿性，易溶于水，能溶于液氨和丙三醇，微溶于酒精，不溶于乙醇。硝酸钾是很强的氧化剂，高温下受热会分解产生亚硝酸钾和氧气，与热源、还原剂接触有燃烧爆炸的危险。硝酸钾以硝石形式存在于自然界中，工业上制备硝酸钾的方法有复分解法、硝酸法和吸收法。在硝酸盐中，硝酸钾具有较强的毒性。

中国古代劳动人民在腌制肉类食品时就使用了硝石（硝酸钾），这一处理的应用，对肉制品的生产发展起了一定的作用。硝酸钾与来自海水里的盐不同，它是由风化产物在穴壁或潮湿墙壁下部结壳而形成的一种盐。早在远古时代，人们便注意到它的存在，公元前3世纪苏美尔人的碑文中便有关于它的记载。7世纪，中国就有用焰硝（硝酸钾）、硫黄和木炭做火药。在中世纪时期，冷却食物是通过在水中加入某种化学物质如硝酸钠或硝酸钾，而使温度降低，1550年记载的冷却酒就是通过这种方法制作的，这就是制冷工艺的起源。

在1914-1918年世界大战期间，德国无法从智利进口硝石，因此只能寻找其他方法合成硝酸钾，德国化学家奥斯特瓦尔德（Ostwald）和其他有关专家一起，成功地在铂催化条件下用氢气和氮气为原料合成氨，并通过氨氧化法制取了硝酸，然后再以硝酸和氯化钾反应制得硝酸钾，从而结束了德国进口智利硝石的历史。

在自然界中没有储量大的硝酸钾矿，早在中世纪，中国就已从含硝堆肥中获得硝酸钾以制造黑色火药。在19世纪60年代以前，用硝酸钠（智利硝石）等与氯化钾复分解反应来制取硝酸钾。因产品价格较高，主要应用于工业。在60年代以后硝酸与氯化钾反应生产硝酸钾的直接法流程开发成功，美国西南钾碱公司于1963年投产，以色列IMI于1969年投产。到了80年代智利SQM厂 (Sociedad QuimicaY Minera De Chile SA，智利化工、矿业公司）以智利硝石生产硝酸钾，改进了生产工艺，降低了成本，1990年SQM厂年产硝酸钾180 kt。

硝酸钾常温下为白色颗粒状或结晶状粉末，无臭有毒，有盐水刺激性味道，具有弱吸湿性，摩尔质量为101.103 g/mol，在标准大气压下沸点为400 ℃，熔点为333~334 ℃，在常温下密度为2.1 g/cm。硝酸钾易溶于水并且在水中的溶解度随温度升高而增加（在20 ℃时的溶解度为31.6 g/100 g；在80 ℃时的溶解度为246.0 g/100 g），能溶于液氮和丙三醇，微溶于酒精，不溶于乙醇。

硝酸钾的外观

硝酸钾在水中溶解度

硝酸钾是很强的氧化剂，高温下受热会分解产生亚硝酸钾和氧气，与热源、还原剂接触有燃烧爆炸的危险。

硝酸钾是强氧化剂。黑火药反应（“一硝二硫三木炭”）就是利用了硝酸钾的强氧化性，该反应中硫和硝酸钾都是氧化剂，反应过程会放出大量的热，热量使反应产物气体体积膨胀到比原来固体体积大一千倍以上，最终产生爆炸。反应方程式如下：

在中性条件下，硫酸亚铁和硝酸钾不反应，但在酸性条件下，两者能够反应：

硝酸钾在低温下稳定，不过高温下受热会分解产生亚硝酸钾和氧气，极其危险，硝酸钾的分解反应如下所示：

硝酸钾在医学领域可用于治疗牙齿敏感，是一种比较好的脱敏剂。硝酸钾多被用于动物（猪、牛和马）的利尿剂，服用硝酸钾后，一部分以钾离子和硝酸根离子的形式进入血液，钾离子与水结合后经过肾小球并不被其吸收，而是被排除体外，即产生利尿效应。可以用于生产青霉素钾盐，利福平和利尿、发汗、清凉的药剂。

工业硝酸钾最原始的用途就是制造黑色火药，它是由硝酸钾、木炭和硫磺组成的机械混合物。硝酸钾是氧化剂，木炭是可燃剂，硫既是可燃剂，又能使碳与硝酸钾只进行生成二氧化碳的反应，阻碍一氧化碳的生成，改善黑火药的点火性能，而且还起到碳和硝酸钾间的粘合剂作用，有利于黑火药的造粒。例如制作矿山火药、引火线、爆竹等。硝酸银还能够在机械热处理中作淬火的盐浴、制造瓷釉彩药、制作汽车灯玻璃壳、作为玻璃澄清剂等。

硝酸钾中的钾（K）元素和氮（N）元素是很重要的作物营养元素。钾元素能提高植物光合作用强度，增强植物的抗病能力。氮元素参与作物的植物激素合成、叶面积扩大和碳氮代谢等生命过程。如果缺乏氮元素或供给不足会导致作物叶片从而导致作物产量和质量降低。

硝酸钾中的钾离子和硝酸根离子能被植物良好吸收，施用之后不会引起土壤酸化盐化，可以作农作物和花卉的氮钾二元高浓度复合肥料，效果显著。它的作用主要有：为作物提供氮、钾元素，促进植物对镁、钙、钾的吸收，提高作物产量和品质等，例如，在小麦开花期叶面喷施硝酸钾，能提高小麦的产量和面粉品质。

硝酸钾在食品领域能够充当发色剂、抗微生物剂、防腐剂等。比如将硝酸钾应用于肉类加工，在腌肉、午餐肉中起到防腐作用。在肉食制品中（火腿和香肠等）作为发色剂使用的时候，大多与亚硝酸钠合用。其使用量根据制品种类和制造者配方而不一样，但一般为0.3%的浓度。硝酸钾护色和抑菌的原理是，硝酸钾在肉制品中会由于细菌作用而还原成亚硝酸钾。

太阳能光热发电，也叫聚焦型太阳能光热发电，是指通过大量反射镜，将分散的太阳光以聚焦的方式聚集起来，加热工质，以产生高温高压蒸汽，推动汽轮机发电。熔融盐材料具有高温下稳定、导电性好、能够溶解不同材料的优点，能够作为太阳能光热发电的蓄热储能材料。硝酸钾在二元混合硝酸熔盐（NaNO₃和KNO₃）中能起到抗挥发的作用。

硝酸钾以硝石形式存在于自然界中，产于印度、埃及和孟加拉等地。大部分伴有其它的硝酸盐，尤其是硝酸钙的产出。印度的孟加拉、孟买和锡兰生产硝石。玻利维亚，智利和秘鲁等国家大量生产硝酸钠，被称之为智利硝石。在中国新疆境内，有形成小型的杂硝石矿床。它是由复杂的细菌作用和化学过程而生成的。其生成条件要求有含氨有机物分解生成物存在，且必须是碱性土壤，并与大量的空气和水分相接触。另外，硝酸盐在自然界,尤其在植物体内有广泛地分布，其在不同植物中的含量分别为：菠莱3000~4000 ppm，萝卜 2000~3000 ppm，胡萝卜、黄瓜和卷心菜 100~400 ppm，马铃薯60 ppm不等。根据其植物种类和土壤性质不同而其含量稍有差异。

氯化钾与硝酸钠或硝酸铵发生复分解反应，生成硝酸钾。工业上生产硝酸钾主要以氯化钾与硝酸钠反应为主。

复分解法工艺流程图

硝酸与氯化钾在较低的温度下，直接生成硝酸钾。

若反应温度较高，会发生副反应：

苛性钾（或碳酸钾）吸收硝酸生产中的尾气，经加硝酸处理后得到硝酸钾。

吸收法工艺流程图

硝酸钾是多键型化合物，不仅有带极性的N-O共价键，还有金属钾离子和硝酸根离子之间的离子键。

硝酸钾晶体结构在室温下属于正交晶系，又称斜方晶系，属低极晶族，外观为针状、粒状或毛发状的集合体。三结晶轴均不等长，互相垂直，即其晶胞参数具有a≠b≠c，α=β=y=90°的特征。其中硝酸根阴离子的几何形状是一个平面三角形，氧原子在三角形的顶点，每个氧原子带负电荷，氮原子位于三角形中心，带正电荷。硝酸钾的拉曼光谱特征峰在1055 cm⁻¹和722 cm⁻¹左右。

硝酸钾的结构式

硝酸钾的拉曼光谱特征峰

毒性：大鼠经口LD₅₀为3.2 g/kg。FAO（联合国粮食及农业组织）和WHO（世界卫生组织）1994年规定，ADI值为0~5 mg/kg（以硝酸钠计的硝酸盐总量），在硝酸盐中，硝酸钾的毒性较强，此外其所含的钾离子对人体心脏有影响。

如果吸入硝酸钾粉末，会引发咳嗽、呼吸急促和喉咙痛等症状，吸入过高浓度的硝酸钾粉末会引起肺部疾病。

如果摄入硝酸钾，可能引起肠胃不适，引发恶心、腹痛、呼吸困难、精神错乱呕吐和腹泻等症状。大量摄入可能致死，成年人的硝酸钾致死剂量为54 mg/kg~462 mg/kg。需要在医生指导下使用。

如果皮肤接触硝酸钾，可能导致皮肤发红、瘙痒、疼痛、干燥和皮疹，甚至灼伤皮肤，大量接触可能引起高铁血红蛋白血症。硝酸盐的主要急性毒性作用是导致高铁血红蛋白血症，在这种情况下，体内超过 10% 的血红蛋白转化为高铁血红蛋白。当这种转化超过 70% 时，可能会导致死亡。

当不慎吸入硝酸钾，需要立即将人移至空气清新处休息。转诊就医。若皮肤接触硝酸钾，需立即脱掉被污染的衣服。冲洗，然后用水和肥皂清洗皮肤。食入硝酸钾需立即漱口，然后转诊就医。

在操作时，要密闭操作，加强通风，通风系统优选局部排气通风，以使员工的暴露程度尽可能低，局部排气通风还可以防止硝酸钾分散到其他工作区域。操作人员不得佩戴隐形眼镜，必须穿聚乙烯防毒服，戴氯丁橡胶手套。硝酸钾车间应该远离可燃物、火种和热源，在工作场所不能吸烟、吃东西以及喝水，离开工作场所要脱掉与硝酸钾接触的衣物。

硝酸钾自身在常温下不可燃烧，但它是一种强的氧化剂，在高温受热下会释放出氧气，因此与还原剂、有机物或可燃物接触会引发燃烧甚至爆炸，遇到可燃物着火时还会助长火势。硝酸钾受热分解还会产生有毒的氮氧化合物。

消防人员必须佩戴防毒面具、穿全套消防服，在上风向灭火。需持续喷水直至火场容器冷却，切勿将水流直接射至燃烧物，以避免引起严重的流淌火灾或者引起火星剧烈的沸溅。

如果出现硝酸钾固体粉末少量倾洒的情况，要立即使用工具将倾洒的硝酸钾收集到专用的容器中，然后把容器转移出倾洒区。

如果出现硝酸钾液体少量溢出的情况，要立即使用蛭石砂或沙子来吸收产品，并将吸收后的混合物收集到密闭容器。

如果出现硝酸钾液体大量溢出的情况，要立即筑堤进行处理。

硝酸钾是强氧化剂，因此在贮存和运输时要远离火种、热源、还原剂、可燃物和活性金属粉末。贮存于阴凉干燥处，并且保持良好的通风条件，贮存温度不超过30 ℃，相对湿度不超过80 %，避免产生粉尘以及硝酸钾结块。倒空的容器可能残留硝酸钾，因此要妥善处理。

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