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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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