氯化铵是联碱法生产
纯碱的主要副产物,为白色结晶固体,易吸潮结块,受热易分解,与硫酸、碱性氧化物都可反应。可以用作
催化剂、电池材料,化肥施用。
理化性质
中文名:氯化铵
外文名:ammonium chloride
别名:硇砂|盐酸氨|盐精|电盐|卤砂|电气药粉
化学式:NH4Cl
分子量:53.4915
熔点:337.8℃
沸点:520℃
CAS登录号:12125-02-9
溶解性:溶于水、醇、甘油,不溶于丙酮、乙醚、乙酸乙酯。
密度:1.527g/cm3
外观:白色结晶固体
储存条件:
应用:用于金属焊接、电镀、鞣革及制干电池等,农业上用作氮肥。医疗上用作祛痰药。
安全性描述:S22-S36-S26
风险声明(欧洲):R22/R36
危害码(欧洲):Xn:Harmful
急救措施:
简介
氯化铵是联碱法生产纯碱的主要副产物,为白色结晶固体,易吸潮结块,受热易分解,与硫酸、碱性氧化物都可反应。可以用作催化剂、电池材料,化肥施用。
化学性质
受热分解
氯化铵受热产生氯化氢和氨,氨和氯化氢在上升的过程中遇冷,又反应产生了氯化铵。
与硫酸反应
第1步为硫酸与氯化铵反应生成硫酸氢铵和氯化氢,第2步硫酸氢铵与氯化铵继续反应生成硫酸铵和氯化氢气体。化学反应方程式如下:
H2SO4+NH4Cl→NH4HSO4+HCl↑(1)
NH4HSO4+NH4Cl→(NH4)2SO4+HCl↑(2)
与氧化铁反应
工艺以
氧化铁和氯化铵为原料,先将氯化铵加热分解,通过氧化铁床的氯化得到氨,然后引入氧气,得到氧化铁和氯气。但该工艺存在问题是氯化阶段得到的FeCl3氧化性强,容易与氨反应,阻碍氨的回收;同时氧化阶段的高温会使固态三氯化铁蒸发并离开反应区,从而影响氯的回收率和含量。
与硫酸氢氨反应
将NH4Cl晶体气化,然后通入熔融的NH4HSO4或NaHSO4中分解NH4Cl,反应中得到氯化氢气体和氨。将NH4HSO4继续加热使其完全熔化,然后按照一定比例加入固体NH4Cl,继续搅拌加热。反应温度控制在140~160 ℃之间,此时会释放氯化氢气体。当氯化氢气体完全释放后,将浆液加热至280~330 ℃,释放氨气。最后将氨气完全释放后的溶液温度降低,可以获得NH4HSO4溶液,NH4HSO4溶液可以循环使用继续用于前一步分解。
制备
气液相合成法
将
氯化氢气体从湍流吸收塔的底部通入,与塔顶喷淋的循环母液接触,生成饱和氯化氢的氯化铵母液流入反应器,与通入的氨气进行中和反应,生成氯化铵饱和溶液。送至冷却结晶器,经冷却至30~45 ℃,析出过饱和的氯化铵晶体。把结晶器上部氯化铵溶液送至风冷器冷却并循环至结晶器;下部晶浆经稠厚器增稠后再离心分离,制得氯化铵成品。其反应方程式如下:
HCl+NH3→NH4Cl
经离心分离的母液送至湍流吸收塔循环使用。
复分解法
首先将氯化铵母液加入反应器中加热至105 ℃后,加入硫酸铵和食盐,于117 ℃进行复分解反应,生成氯化铵溶液和硫酸钠结晶,经过滤分离除去硫酸钠,将氯化铵饱和溶液送至冷却结晶器,冷却至32~35 ℃析出结晶,过滤,把结晶分别用4种不同浓度(15~17°Bé,11~12°Bé,10°Bé,9.5~10°Bé)的氯化铵溶液进行淋洗,控制Fe<0.008%,SO42+<0.001%,淋洗至合格后,再用氯化铵溶液重新将结晶调成浆状,送入离心机分离脱水,再经热风干燥,制得工业氯化铵成品。其反应方程式如下:
2NaCl+(NH4)2SO4→2NH4Cl+Na2SO4
母液送至复分解反应器循环使用,过滤分离的硫酸钠用于生产元明粉。
重结晶法
将粗品氯化铵加入溶解器,通人蒸汽溶解,经过滤,将滤液冷却结晶、离心分离、干燥,制得工业氯化铵成品。离心分离的母液返回溶解器使用。将工业级氯化铵加入已盛有蒸馏水的溶解器中,通过加热使其溶解,加入除砷剂和除重金属剂进行溶液净化、过滤,除去砷和重金属等杂质,将滤液冷却结晶、离心分离、干燥,制得食用氯化铵成品。
一步热法
将制碱母液送至蒸发锅加热至沸腾(≥110℃)浓缩。待有NH4Cl结晶析出即停止加热,然后加BaCl2除SO24+,加KMnO4除铁质。澄清一下即可趁热(≥100℃)保温过滤。大量的食盐结晶和其他水不溶物被滤掉,滤渣送化盐池回收食盐,滤液送结晶器进行冷却结晶。结晶的氯化铵送至离心机甩干,并用适量的水洗涤,以洗去晶间残余母液,然后干燥,包装。还可以用氯化氢和氨反应制取,或利用炼焦所得的氨气与氯化氢反应的气相合成法制取,或用硫酸铵与食盐作用的复分解法制得,以及联碱法的副产物。
应用
作为催化剂
氯化铵具有价格便宜、无毒、对环境友好、易于操作、后处理简单等优点,一般不需要无水、无氧等严格的反应条件,发展其催化的有机合成反应具有潜在的理论价值和工业应用价值。
环化反应
氯化铵催化下2-氨基苯甲酰胺与不同类型的醛或酮的环合反应合成2,3-二氢喹唑啉-4(1H)-酮
以氯化铵为催化剂,在室温甲醇溶液中可以有效催化邻苯二胺和1,2-二羰基化合物的缩合反应,氯化铵可以通过氢键活化羰基,促进胺的亲核进攻。
在水或
乙醇溶剂中,氯化铵可以有效催化多种邻位取代芳胺(邻苯二胺、邻羟基苯胺)和邻巯基苯胺和原甲酸乙酯的环合反应。但是含氯或硝基的底物由于在水中的溶解性较差,只能在乙醇溶剂中反应得到目标产物。
在加热回流条件下,利用NH4Cl作催化剂,可有效催化芳基酰肼与原甲酸酯类衍生物的缩合环化反应。首先在铵离子的催化作用下,原甲酸酯脱去一分子乙醇,生成稳定的醚碳正离子。然后受到酰肼氮原子的亲核进攻发生质子化后,再脱去第二分子乙醇生成新的碳正离子中间体。最后再脱去第三分子乙醇,环化反应生成产物噁二唑。
通过醛、1,3-二羰基化合物和脲(硫脲)三组分在无溶剂简单加热的条件下一锅法合成3,4-二氢嘧啶-2-(1H)-酮,反应具有良好的产率和官能团耐受性。
以氯化铵为催化剂,在50℃水中有效催化一系列的直链、环状或芳香酮、1,2-二胺和异氰三组分反应合成二氢吡嗪,反应具有非常高的产率和官能团耐受性。在该反应中,催化剂氯化铵起双重作用:一是NH4+活化酮羰基,二是增加水的离子强度,使反应混合物的疏水性增加。
Knoevenagel缩合和Michael加成反应
无溶剂条件下氯化铵可有效催化一系列的醛、环状1,3-二酮和β-萘酚三组分环合反应。无溶剂条件下氯化铵可有效催化一系列的醛、环状1,3-二酮和β-萘酚三组分环合反应。
NH4Cl在无溶剂条件下可有效催化一系列的芳香醛、脂肪醛或酮等羰基化合物与取代吲哚的的类Michael加成反应。在相同条件下,一些带有强吸电子基的硝基苯甲醛、2-呋喃甲醛和3-吡啶甲醛等,都能快速较高产率得到目标产物。但是当底物为乙醛和丁醛时,目标产物的产率却较低,其原因是乙醛和丁醛的沸点均低于90℃,易快速蒸发脱离反应体系。氯化铵通过氢键活化羰基化合物,更易被吲哚亲核加成,生成吲哚-3-甲醇,经脱水生成3-亚甲基吲哚,三者形成可逆平衡。而吲哚环亚胺与氯化铵形成氢键,中间体3-亚甲基吲哚与吲哚发生Michael加成反应生成二吲哚甲烷。
Ugi反应
通过对多种路易斯酸和布朗斯特酸催化剂,如BF3·Et2O、溴化锂、三乙胺盐酸盐、吡啶盐酸盐、2,6-二甲基吡啶盐酸盐、三甲基叔丁基氯化铵、四丁基碘化铵、樟脑磺酸等的对比实验,发现盐酸盐和脑磺酸都能有效促进反应,若用质子酸会使5-氨基噁唑分解。氯化铵的作用是提供质子源,能够与亚胺中间体形成氢键,有利于异腈的亲核进攻。随后设计了以氯化铵为催化剂,醛、胺、α-异氰基乙酰胺和α,β-不饱和酰氯的四组分一锅法催化合成多官能团化的吡咯并[3,4-b]吡啶-5-酮。该反应产率和纯度都明显高于两步反应,可能经历酰化/分子内Diels-Alder/retro-Michael裂环过程。然而当底物为硝基苯甲醛和缬氨酸甲酯,反应都无法进行,前者可能是电子效应,后者是氮原子上的空间位阻较大。
还原反应
微波辐射辅助下,在乙醇溶液锌和氯化铵反应体系下的α-芳基卤代酮可以实现脱卤反应。该方法反应条件温和,反应具有良好的官能团耐受性,而且能够在一分钟内完全转化,几乎可以获得定量的产率。在该条件下,底物为α,α-二溴苯乙酮,也可快速高产率得到目标产物苯乙酮。当底物为α,β-二溴代酮类,也可高效发生脱卤反应生成产物为α,β-不饱和烯酮类。
作为化肥
氯化铵对大田及园艺作物的增产优质作用。其增产效果优于尿素,氯化铵有降低水果酸度增加糖分和Vc含量从而改善水果品质的作用,长期施用氯化铵可使土壤逐渐积累氯离子和降低土壤pH值,但不影响其他的理化性状,如对微团聚体的组成不但没有不良作用,而且有较好影响;对土壤容量,孔隙度阳离子交换量与尿素处理无明显差异,即对土壤结构无不良影响。施用氯化铵可使土壤中的硝化作用减弱,从而减少氮的淋失和反硝化作用损失等。但氯化铵流动性差,不能机械施肥,容易结块,极大地影响了其作为肥料的市场份额。
电池材料
氯化铵型锌锰电池是一直被广泛使用的一次电池。现代锌锰电池的主要品种是高氯化锌电池和碱锰电池,但氯化铵型锌锰电池具有成本低、易于大规模制造和性能适应大众化要求的特点。