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高氯酸

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高氯酸
Perchloric acid
Hydroxidotrioxidochlorine
Perchloric acid
Hydroxidotrioxidochlorine
別名 Perchloric acid, Hyperchloric acid[1]
識別
CAS編號 7601-90-3  checkY
PubChem 24247
ChemSpider 22669
SMILES
 
  • OCl(=O)(=O)=O
InChI
 
  • 1/ClHO4/c2-1(3,4)5/h(H,2,3,4,5)
InChIKey VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYAD
UN編號 1873
EINECS 231-512-4
ChEBI 29221
RTECS SC7500000
性質
化學式 HClO4
摩爾質量 100.46 g/mol g·mol⁻¹
外觀 無色液體
密度 1.67 g/cm3
熔點 -17 °C (共沸物)[2]
-112 °C (無水)
沸點 203 °C (共沸物)[3]
溶解性 與水互溶
pKa ≈ −10[4]
危險性
警示術語 R:R5, R8, R35
安全術語 S:S1/2, S23, S26, S36, S45
MSDS ICSC 1006
歐盟編號 017-006-00-4
歐盟分類 Oxidant (O)
Corrosive (C)
NFPA 704
0
3
3
OX
相關物質
相關化學品 鹽酸
次氯酸
亞氯酸
氯酸
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

高氯酸(英語:Perchloric acid)是一種無機化合物,化學式為HClO4,是一種強酸,有強烈的腐蝕性、刺激性,通常以無色水溶液的形式存在。高氯酸的酸酐Cl2O7。高氯酸的酸性強於硫酸硝酸。熱的高氯酸是一種極強的氧化劑,與有機物還原劑易燃物(如等)接觸或混合時有引起燃燒爆炸的危險,但室溫下70%以下濃度的高氯酸相對穩定一些。高氯酸常被用來製備一些高氯酸鹽,例如火箭燃料的重要成分——高氯酸銨。總而言之,高氯酸具有相當強的腐蝕性和危險性,並且極易形成易爆炸的混合物。

製備方法

工業製備

高氯酸工業製備有三條路線。傳統方法是利用高氯酸鈉的較大的溶解度(室溫下209g/100ml水),用鹽酸處理高氯酸鈉的濃溶液,製備得到高氯酸和氯化鈉沉澱:

製得濃高氯酸可以通過蒸餾來純化。

另一條路線相較於傳統方法而言,更為直接,並避免了高氯酸鹽的使用:利用電極電解氯水,可在陽極生成高氯酸[5]

工業上也使用電解氯酸鈉的方法生產高氯酸鈉,高氯酸可由高氯酸鈉和濃硫酸經複分解反應製備:[來源請求]

實驗室製備

高氯酸鋇和硫酸反應生成硫酸鋇沉澱與高氯酸,也可以通過硝酸氧化氯酸銨製備高氯酸,由於銨根的參與,該反應會得到氮氧化物和高氯酸。

性質

無水高氯酸在室溫下是一種油狀液體。高氯酸可以形成至少五種水合物。在水合物中高氯酸根陰離子通過氫鍵與H2O和H3O+ 相連[6]。 高氯酸可與水形成72.5%質量分數的共沸物,並且市售高氯酸也多以該共沸物的形式出售。但該共沸物和濃硫酸一樣,具有很強的吸水性,暴露在空氣中會吸收空氣中的水。

高氯酸的脫水反應會得到一種非常危險的產物——七氧化二氯[7]

主要用途

高氯酸主要被作為生產高氯酸銨的原料,高氯酸銨一般被用作製造火箭燃料。隨着航天技術的發展,高氯酸的產量也隨之提高,年產量達到了數百萬公斤。[5] 高氯酸也是生產液晶過程中的重要原料,同時也是蝕刻的良好試劑。而由高氯酸為原料生產的高氯酸鎂在鋼鐵工業中也有應用[8]

酸性

高氯酸是一種很強的質子酸,其Ka值高達1010[4]。相較於其他非配位陰離子,諸如氟硼酸六氟磷酸易發生水解,而高氯酸就不會發生水解。儘管高氯酸具有一定的危險性,但在合成中,高氯酸仍然經常被使用[9]。出於類似的原因,高氯酸也常被作為離子交換色譜的洗脫劑。

安全性

高氯酸具有很強的氧化性,高氯酸和金屬(如鋁)以及有機物(如木頭,塑膠等)具有極高的反應活性。高氯酸一定要在具有沖洗功能的通風櫥中操作,以防止高氯酸在管道中的堆積,引發危險。

相關條目

參考資料

  1. ^ Samuel Fomon. Medicine and the Allied Sciences 1. : 148. 
  2. ^ Safety data for concentrated perchloric acid, ca. 70% msds.chem.ox.ac.uk
  3. ^ Handling of Perchloric acid[失效連結] ameslab.gov
  4. ^ 4.0 4.1 Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. Inorganic Chemistry 2nd. Prentice Hall. 2004: 171. ISBN 978-0130399137. 
  5. ^ 5.0 5.1 Helmut Vogt, Jan Balej, John E. Bennett, Peter Wintzer, Saeed Akbar Sheikh, Patrizio Gallone "Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a06_483.
  6. ^ Almlöf, Jan; Lundgren, Jan O.; Olovsson, Ivar "Hydrogen Bond Studies. XLV. Crystal structure of perchloric acid 2.5 hydrate" Acta Crystallographica Section B: Structural Crystallography and Crystal Chemistry 1971, volume 27, pp. 898-904.doi:10.1107/S0567740871003236
  7. ^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon. Inorganic chemistry. Translated by Mary Eagleson, William Brewer. San Diego: Academic Press. 2001: 464. ISBN 0-12-352651-5. 
  8. ^ 存档副本. [2014-04-30]. (原始內容存檔於2014-05-07). 
  9. ^ A. T. Balaban, C. D. Nenitzescu, K. Hafner and H. Kaiser (1973). "2,4,6-Trimethylpyrilium Perchlorate". Org. Synth.; Coll. Vol. 5: 1106.