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          鹽酸

          修改時間:2018/12/5 11:15:47 點擊量:

          鹽酸(hydrochloric acid )是氯化氫(HCl)的水溶液,屬于一元無機強酸,工業用途廣泛。鹽酸的性狀為無色透明的液體,有強烈的刺鼻氣味,具有較高的腐蝕性。濃鹽酸(質量分數約為3

          鹽酸(hydrochloric acid )是氯化氫(HCl)的水溶液,屬于一元無機強酸,工業用途廣泛。鹽酸的性狀為無色透明的液體,有強烈的刺鼻氣味,具有較高的腐蝕性。濃鹽酸(質量分數約為37%)具有極強的揮發性,因此盛有濃鹽酸的容器打開后氯化氫氣體會揮發,與空氣中的水蒸氣結合產生鹽酸小液滴,使瓶口上方出現酸霧。鹽酸是胃酸的主要成分,它能夠促進食物消化、抵御微生物感染。
          16世紀,利巴菲烏斯正式記載了純凈鹽酸的制備方法:將濃硫酸與食鹽混合加熱。之后格勞勃、普利斯特里、戴維等化學家也在他們的研究中使用了鹽酸  。

          工業革命期間,鹽酸開始大量生產;瘜W工業中,鹽酸有許多重要應用,對產品的質量起決定性作用。鹽酸可用于酸洗鋼材  ,也是大規模制備許多無機、有機化合物所需的化學試劑 ,例如PVC塑料的前體氯乙烯。鹽酸還有許多小規模的用途,比如用于家務清潔、生產明膠及其他食品添加劑、除水垢試劑、皮革加工。全球每年生產約兩千萬噸的鹽酸。

          物理性質

          鹽酸是無色液體(工業用鹽酸會因有雜質三價鐵鹽而略顯黃色),為氯化氫的水溶液,具有刺激性氣味,一般實驗室使用的鹽酸為0.1mol/L,pH=1。由于濃鹽酸具有揮發性,揮發出的氯化氫氣體與空氣中的水蒸氣作用形成鹽酸小液滴,所以會看到白霧。鹽酸與水、乙醇任意混溶,濃鹽酸稀釋有熱量放出,氯化氫能溶于苯。
          20℃時不同濃度鹽酸的物理性質數據:
          質量分數
          濃度
          (g/L)
          密度(Kg/L)
          物質的量濃度
          (mol/L)
          哈米特酸度函數
          粘性
          (m·Pa·s)
          比熱容
          [KJ/(Kg·℃)]
          蒸汽壓
          (Pa)
          沸點
          (℃)
          熔點
          (℃)
          10%
          104.80
          1.048
          2.87
          -0.5
          1.16
          3.47
          0.527
          103
          -18
          20%
          219.60
          1.098
          6.02
          -0.8
          1.37
          2.99
          27.3
          108
          -59
          30%
          344.70
          1.149
          9.45
          -1.0
          1.70
          2.60
          1410
          90
          -52
          32%
          370.88
          1.159
          10.17
          -1.0
          1.80
          2.55
          3130
          84
          -43
          34%
          397.46
          1.169
          10.90
          -1.0
          1.90
          2.50
          6733
          71
          -36
          36%
          424.44
          1.179
          11.64
          -1.1
          1.99
          2.46
          14100
          61
          -30
          38%
          451.82
          1.189
          12.39
          -1.1
          2.10
          2.43
          28000
          48
          -26

          如下圖所示,鹽酸共有四個結晶的共熔點,分別對應四種晶體:68%(HCl的質量分數,下同)時的HCl·H2O、51%時的HCl·2H2O、41%時的HCl·3H2O和25%時的HCl·6H2O。另外在24.8%時還有一種亞穩的HCl·3H2O生成。
          鹽酸在一定壓力下能形成共沸溶液。下圖為一個大氣壓下不同濃度鹽酸的沸點,其中下方的線與上方的線分別表示相應溫度下,液體及與液體處于平衡狀態的蒸氣的組分。氯化氫的質量分數20.24%對應最高沸點108.6℃。

          化學性質

          酸性
          鹽酸溶于堿液時與堿液發生中和反應。
          鹽酸是一種一元強酸,這意味著它只能電離出一個
            
          。在水溶液中氯化氫分子完全電離,
            
          與一個水分子絡合,成為H3O+,使得水溶液顯酸性:
          可以看出,電離后生成的陰離子是Cl-,所以鹽酸可以用于制備氯化物,例如氯化鈉。
          鹽酸可以與氫氧化鈉酸堿中和,產生食鹽:
          稀鹽酸能夠溶解許多金屬(金屬活動性排在氫之前的),生成金屬氯化物與氫氣:
          銅、銀、金等活動性在氫之后的金屬不能與稀鹽酸反應,但銅在有空氣存在時,可以緩慢溶解,例如:
          高中化學把鹽酸和硫酸、硝酸、氫溴酸、氫碘酸、高氯酸合稱為六大無機強酸。
          一元酸只有一個酸離解常數,符號為Ka。它能夠度量水溶液中酸的強度。于鹽酸等強酸而言,Ka很大,只能通過理論計算來求得。向鹽酸溶液中加入氯化物(比如NaCl)時pH基本不變,這是因為Cl-是鹽酸的共軛堿,強度極弱。所以在計算時,若不考慮極稀的溶液,可以假設氫離子的物質的量濃度與原氯化氫濃度相同。如此做即使精確到四位有效數字都不會有誤差。
          還原性
          鹽酸具有還原性,可以和一些強氧化劑反應,放出氯氣:
          二氧化錳:
          二氧化鉛:
          一些有氧化性的堿和鹽酸可以發生氧化還原反應,而不是簡單的中和反應:
          配位性
          部分金屬化合物溶于鹽酸后,金屬離子會與氯離子絡合。例如難溶于冷水的二氯化鉛可溶于鹽酸: 
          銅在無空氣時難溶于稀鹽酸,但其能溶于熱濃鹽酸中,放出氫氣:
          有機化學
          酸性環境下可對醇類進行親核取代生成鹵代烴:
          氯化氫也可以加成烯雙鍵得到氯代烴,例如:
          胺類化合物通常在水中溶解度不大。欲增大其溶解度,可以用稀鹽酸處理為銨鹽:
          胺的鹽酸鹽屬于離子化合物,根據相似相溶原理,在水中的溶解度較大。銨鹽遇到強堿即可變回為胺:
          利用這樣的性質,可以將胺與其他有機化合物分離
          此外,胺的鹽酸鹽的熔點或分解點可以用來測定胺的種類。
          鋅粒與氯化汞在稀鹽酸中反應可以制得鋅汞齊,后者與濃鹽酸、醛或酮一起回流可將醛酮的羰基還原為亞甲基,是為克萊門森還原反應:
          但應注意,此法只適用于對酸穩定的化合物,如果有α、β-碳碳雙鍵等也會被還原:
          無水氯化鋅溶于高濃度鹽酸可以制得盧卡斯試劑,用來鑒別六碳及以下的醇是伯醇、仲醇還是叔醇。將盧卡斯試劑與叔醇立即渾濁,與仲醇2-5分鐘渾濁,伯醇加熱渾濁。

          生活用途

          • 生物用途
          人類和其他動物的胃壁上有一種特殊的腺體,能把吃下去的食鹽變成鹽酸。鹽酸是胃液的一種成分(濃度約為0.5%),它能使胃液保持激活胃蛋白酶所需要的最適合的pH值,它還能使食鹽中的蛋白質變性而易于水解,以及殺死隨食物進入胃里的細菌的作用。此外,鹽酸進入小腸后,可促進胰液、腸液的分泌以及膽汁的分泌和排放,酸性環境還有助于小腸內鐵和鈣的吸收。
          • 日常用途
          利用鹽酸可以與難溶性堿反應的性質,制取潔廁靈、除銹劑等日用品。

          工業用途

          鹽酸是一種無機強酸,在工業加工中有著廣泛的應用,例如金屬的精煉。鹽酸往往能夠決定產品的質量。
          分析化學
          在分析化學中,用酸來測定堿的濃度時,一般都用鹽酸來滴定。用強酸滴定可使終點更明顯,從而得到的結果更精確。在1標準大氣壓下,20.2%的鹽酸可組成恒沸溶液,常用作一定氣壓下定量分析中的基準物。其恒沸時的濃度會隨著氣壓的改變而改變。 
          鹽酸常用于溶解固體樣品以便進一步分析,包括溶解部分金屬與碳酸鈣或氧化銅等生成易溶的物質來方便分析。
          酸洗鋼材
          鹽酸一個最重要的用途是酸洗鋼材。在后續處理鐵或鋼材(擠壓、軋制、鍍鋅等)之前,可用鹽酸反應掉表面的銹或鐵氧化物。通常使用濃度為18%的鹽酸溶液作為酸洗劑來清洗碳鋼:
          剩余的廢酸常再用作氯化亞鐵溶液,但其中重金屬含量較高,故這種做法已經逐漸變少。
          酸洗鋼材工業發展了鹽酸再生工藝,如噴霧焙燒爐或流化床鹽酸再生工藝等。這些工藝能讓氯化氫氣體從酸洗液中再生。其中最常見的是高溫水解工藝,其反應方程式如下:
          將制得的氯化氫氣體溶于水即又得到鹽酸。通過對廢酸的回收,人們建立了一個封閉的酸循環。副產品氧化鐵在各種工業加工流程中也有較多應用。
          制備有機化合物
          鹽酸的另一大主要用途是制備有機化合物,例如合成PVC塑料的原料氯乙烯、二氯乙烷、聚碳酸酯的前體雙酚A、催化膠黏劑聚乙烯醇縮甲醛、抗壞血酸等。企業合成PVC時通常不用市售的,而使用內部制備的鹽酸。鹽酸在制藥方面也有很大的用途。
          如制備氯乙烯的反應:
          制備無機化合物
          鹽酸可以發生酸堿反應,故能制備許多無機化合物,例如處理水所需的化學品氯化鐵與聚合氯化鋁(簡稱聚鋁,PAC):
          (用赤鐵礦制備氯化鐵)
          氯化鐵與聚鋁在污水處理、紙、飲用水等的生產中起絮凝劑和混凝劑的作用。
          用鹽酸還可以制備其他的無機物,包括道路用鹽氯化鈣、電鍍用鹽氯化鎳、鍍鋅工業和電池制造業用鹽氯化鋅等。另外,常通過氯化鋅活化法從木炭制備活性炭。
          (用石灰石制備氯化鈣)
          控制pH及中和堿液
          鹽酸可以用來調節溶液的pH值:
          在工業中對純度的要求極高時(如用于食品、制藥及飲用水等),常用高純的鹽酸來調節水流的pH;要求相對不高時,工業純的鹽酸已足以中和廢水,或處理游泳池中的水。
          用于焰色反應
          用于檢驗金屬或它們的化合物時常使用焰色反應,用于檢驗的鉑絲需用稀鹽酸洗凈以除去雜質元素的影響。
          檢驗物質前,應將鉑絲用鹽酸清洗,再放到火焰上灼燒,直到火焰呈原來顏色方可實驗。
          陽離子交換樹脂的再生
          高質量的鹽酸常用于陽離子交換樹脂的再生。陽離子交換廣泛用于礦泉水生產中,除去溶液中含有的
            
          、
            
          等離子,而鹽酸可以沖掉反應后樹脂中的這些離子。一個
            
          替換一個
            
          ,
            
          則需要兩個
            
          。
          離子交換樹脂和軟化水在幾乎所有的化學工業中都有應用,尤其是飲用水生產和食品工業。
          其他應用
          鹽酸還有許多小規模的用途,比如皮革加工、食鹽生產,以及用于建筑業。石油工業也常用鹽酸:將鹽酸注入油井中以溶解巖石,形成一個巨大的空洞。此法在北海油田的石油開采工業中經常用到。
          鹽酸可以溶解碳酸鈣,其應用包括除水垢或砌磚使用的石灰砂漿,但鹽酸較為危險,使用時需謹慎。它與石灰砂漿中的碳酸鈣反應生成氯化鈣、二氧化碳和水:
          在明膠、食品、食品原料和食品添加劑的生產中常用到鹽酸。典型例子有阿斯巴甜、果糖、檸檬酸、賴氨酸、酸水解植物蛋白等。這些工藝都使用食品級(非常純)的鹽酸。


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