鹽酸

鹽酸（hydrochloric acid）是氯化氫（HCl）的水溶液1，工業(yè)用途廣泛。鹽酸為無色透明的液體，有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，具有較高的腐蝕性。濃鹽酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為37%）具有極強(qiáng)的揮發(fā)性，因此盛有濃鹽酸的容器打開后氯化氫氣體會(huì)揮發(fā)，與空氣中的水蒸氣結(jié)合產(chǎn)生鹽酸小液滴，使瓶口上方出現(xiàn)酸霧。鹽酸是胃酸的主要成分，它能夠促進(jìn)食物消化、抵御微生物感染。16世紀(jì)，利巴菲烏斯正式記載了氯化氫的制備方法。之后格勞勃、普利斯特里、戴維等化學(xué)家也在他們的研究中使用了鹽酸2。工業(yè)革命期間，鹽酸開始大量生產(chǎn)?；瘜W(xué)工業(yè)中，鹽酸有許多重要應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起決定性作用。鹽酸可用于酸洗鋼材3，也是大規(guī)模制備許多無機(jī)、有機(jī)化合物所需的化學(xué)試劑45，例如PVC塑料的前體氯乙烯。鹽酸還有許多小規(guī)模的用途，比如用于家務(wù)清潔、生產(chǎn)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(chǎn)約兩千萬(wàn)噸的鹽酸。根據(jù)2017年10月27日世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單，鹽酸在3類致癌物清單中6。

研究簡(jiǎn)史

人們對(duì)鹽酸的認(rèn)識(shí)最早來自于王水，是一種由鹽酸與硝酸組成的混合物。13世紀(jì)歐洲煉金術(shù)士賈比爾的作品中提到，可以通過將鹵砂（主要成分為氯化銨）溶于硝酸來制備王水891011。也有說法稱最先在手稿中提到王水的是13世紀(jì)末的拜占庭12。

16世紀(jì)，利巴菲烏斯第一次正式記載了分離出的純凈鹽酸，他是在粘土坩堝中加熱鹽與濃硫酸的混合物來制備氯化氫。也有一些作者認(rèn)為純的鹽酸是由15世紀(jì)德國(guó)本篤會(huì)的巴希爾·瓦倫丁制備的13，他的方法是將食鹽與硫酸亞鐵混合加熱后酸化14。不過，其他一些作者認(rèn)為直到16世紀(jì)末都沒有文獻(xiàn)明確表明有人制備過純的鹽酸2。

17世紀(jì)，德國(guó)卡爾施塔特縣的約翰·格勞勃通過曼海姆法加熱氯化鈉和硫酸來制備硫酸鈉，并釋放出了氯化氫氣體。1772年英國(guó)利茲的約瑟夫·普利斯特里制出了純的氯化氫氣體。1808年，英國(guó)彭贊斯的漢弗里·戴維證明了氯化氫氣體由氫、氯兩種元素組成15。

工業(yè)革命期間，歐洲對(duì)堿的需求有所增加。法國(guó)伊蘇丹的尼古拉斯·勒布朗新發(fā)現(xiàn)了一種碳酸鈉（蘇打）工業(yè)制法，使碳酸鈉得以大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)。勒布朗制堿法用硫酸、石灰石、煤將食鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樘K打，同時(shí)生成副產(chǎn)物氯化氫氣體。這些氯化氫大多排放到空氣中，直到各國(guó)出臺(tái)相關(guān)法規(guī)（例如英國(guó)《1863年堿類法令》）后，蘇打生產(chǎn)商們才用水吸收氯化氫，使得鹽酸在工業(yè)上大量生產(chǎn)16。

20世紀(jì)，無鹽酸副產(chǎn)物的氨堿法已經(jīng)完全取代勒布朗法。這時(shí)鹽酸已成為許多化工應(yīng)用中很重要的一種化學(xué)品，因而人們開發(fā)了許多其他的制備方法，其中一些仍在使用。2000年后，絕大部分鹽酸都是由工業(yè)生產(chǎn)有機(jī)物得到的副產(chǎn)品（農(nóng)藥和有機(jī)合成工業(yè)）氯化氫溶于水以及直接將氯和氫直接合成氯化氫經(jīng)冷卻吸收水而得到的1617。

1988年，因?yàn)辂}酸常用于制備海洛因、可卡因、甲基苯丙胺等毒品，《聯(lián)合國(guó)禁止非法販運(yùn)麻醉藥品和精神藥物公約》將其列入了表二-前體中。

管制信息

鹽酸（易制毒-3），根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》《易制毒化學(xué)品管理?xiàng)l例》受公安部門管制。

理化性質(zhì)

物理性質(zhì)

鹽酸是無色液體（工業(yè)用鹽酸會(huì)因有雜質(zhì)三價(jià)鐵鹽而略顯黃色），為氯化氫的水溶液，具有刺激性氣味。由于濃鹽酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)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(huì)看到白霧。鹽酸與水、乙醇任意混溶，氯化氫能溶于許多有機(jī)溶劑。濃鹽酸稀釋有熱量放出。

|| || 20 ℃時(shí)不同濃度鹽酸的物理性質(zhì)數(shù)據(jù)

如下圖所示，鹽酸共有四個(gè)結(jié)晶的共熔點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)四種晶體：68 %（HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)的HCl·H2O、51%時(shí)的HCl·2H2O、41 %時(shí)的HCl·3H2O和25 %時(shí)的HCl·6H2O。另外在24.8 %時(shí)還有一種亞穩(wěn)的HCl·3H2O生成21。

鹽酸在一定壓力下能形成共沸溶液（也稱恒沸溶液），不同壓力下的鹽酸共沸溶液對(duì)應(yīng)氯化氫的濃度不同。下圖為一個(gè)大氣壓下，不同濃度鹽酸的沸點(diǎn)（下方的線），上方的線分別表示相應(yīng)溫度下，液體及與液體處于平衡狀態(tài)的蒸氣的組分。在該大氣壓力下，當(dāng)氯化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到20.24%時(shí)，對(duì)應(yīng)最高沸點(diǎn)108.6℃22。

化學(xué)性質(zhì)

酸性

高中化學(xué)把鹽酸和硫酸、硝酸、氫溴酸、氫碘酸、高氯酸合稱為六大無機(jī)強(qiáng)酸。

鹽酸是一種一元強(qiáng)酸溶液，一元酸只有一個(gè)酸離解常數(shù)，符號(hào)為Ka，它能夠度量水溶液中酸的強(qiáng)度。對(duì)于氯化氫等強(qiáng)酸而言，Ka很大，只能通過理論計(jì)算來求得。向鹽酸溶液中加入氯化物（比如NaCl）時(shí)pH基本不變，這是因?yàn)镃l-是鹽酸的共軛堿，強(qiáng)度極弱。所以在計(jì)算時(shí)，若不考慮極稀的溶液，可以假設(shè)氫離子的物質(zhì)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(shù)字都不會(huì)有誤差2324。

在水溶液中氯化氫分子完全電離，氫離子與一個(gè)水分子絡(luò)合，成為H3O+，使得水溶液顯酸性：

作為酸，鹽酸可以與堿液發(fā)生中和反應(yīng)，以與氫氧化鈉反應(yīng)為例方程式如下：

稀鹽酸能夠溶解金屬活動(dòng)性排在氫之前的，生成金屬氯化物與氫氣：

銅、銀、金等活動(dòng)性在氫之后的金屬不能與稀鹽酸反應(yīng)，但銅在有空氣存在時(shí)，可以緩慢溶解22，例如：

還可以與非氧化性的堿性金屬氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成金屬鹵化物和水：

還原性

鹽酸具有還原性，可以和一些強(qiáng)氧化劑反應(yīng)，將氯離子氧化放出氯氣，一些具有強(qiáng)氧化性的氧化物和鹽酸可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而不是簡(jiǎn)單的中和反應(yīng)：

二氧化錳：

二氧化鉛：

配位性

部分金屬化合物溶于鹽酸后，金屬離子會(huì)與氯離子絡(luò)合。例如難溶于冷水的二氯化鉛可溶于鹽酸22:

銅在無空氣時(shí)難溶于稀鹽酸，但其能溶于熱濃鹽酸中，放出氫氣22:

有機(jī)化學(xué)

取代反應(yīng)：酸性環(huán)境下可對(duì)醇類進(jìn)行親核取代生成鹵代烴：

加成反應(yīng)：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(jù)相似相溶原理，在水中的溶解度較大。銨鹽遇到強(qiáng)堿即可變回為胺：

利用這樣的性質(zhì)，可以將胺與其他有機(jī)化合物分離25。

此外，根據(jù)胺的鹽酸鹽的熔點(diǎn)或分解點(diǎn)可以用來測(cè)定胺的種類25。

鋅粒與氯化汞在稀鹽酸中反應(yīng)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(yīng)4：

此法只適用于對(duì)酸穩(wěn)定的化合物，如果有α、β－碳碳雙鍵等也會(huì)被還原4：

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4。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。

應(yīng)用領(lǐng)域

生活用途

生物用途

人類和其他動(dòng)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，它還能使食物中的蛋白質(zhì)變性而易于水解，以及殺死隨食物進(jìn)入胃里的細(xì)菌的作用。此外，鹽酸進(jìn)入小腸后，可促進(jìn)胰液、腸液的分泌以及膽汁的分泌和排放，酸性環(huán)境還有助于小腸內(nèi)鐵和鈣的吸收。

日常用途

利用鹽酸可以與難溶性堿反應(yīng)的性質(zhì)，制取潔廁靈、除銹劑等日用品。

工業(yè)用途

鹽酸是一種無機(jī)強(qiáng)酸溶液，在工業(yè)加工中有著廣泛的應(yīng)用，例如金屬的精煉。鹽酸往往能夠決定產(chǎn)品的質(zhì)量。

分析化學(xué)

在分析化學(xué)中，用酸來測(cè)定堿的濃度時(shí)，一般都用鹽酸來滴定。用強(qiáng)酸溶液滴定可使終點(diǎn)更明顯，從而得到的結(jié)果更精確。在1標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)物。其恒沸時(shí)的濃度會(huì)隨著氣壓的改變而改變27。

鹽酸常用于溶解固體樣品以便進(jìn)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(zhì)來方便分析2324。

酸洗鋼材

鹽酸一個(gè)最重要的用途是酸洗鋼材。在后續(xù)處理鐵或鋼材（擠壓、軋制、鍍鋅等）之前，可用鹽酸反應(yīng)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(jīng)逐漸變少。

酸洗鋼材工業(yè)發(fā)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(yīng)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(duì)廢酸的回收，人們建立了一個(gè)封閉的酸循環(huán)。副產(chǎn)品氧化鐵在各種工業(yè)加工流程中也有較多應(yīng)用328。

控制pH及中和堿液

鹽酸可以用來調(diào)節(jié)溶液的pH值：

在工業(yè)中對(duì)純度的要求極高時(shí)（如用于食品、制藥及飲用水等），常用高純的鹽酸來調(diào)節(jié)水流的pH；要求相對(duì)不高時(shí)，工業(yè)純的鹽酸已足以中和廢水，或處理游泳池中的水28。

用于焰色反應(yīng)

用于檢驗(yàn)金屬或它們的化合物時(shí)常使用焰色反應(yīng)，用于檢驗(yàn)的鉑絲需用稀鹽酸洗凈以除去雜質(zhì)元素的影響。

檢驗(yàn)物質(zhì)前，應(yīng)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(shí)驗(yàn)29。

陽(yáng)離子交換樹脂的再生

高質(zhì)量的鹽酸常用于陽(yáng)離子交換樹脂的再生。陽(yáng)離子交換廣泛用于純凈水生產(chǎn)中，除去溶液中含有的Na+、Ca2+等離子，而鹽酸可以沖掉反應(yīng)后樹脂中的這些離子。一個(gè)H+替換一個(gè)Na+，Ca2+則需要兩個(gè)H+。

離子交換樹脂和軟化水在幾乎所有的化學(xué)工業(yè)中都有應(yīng)用，尤其是飲用水生產(chǎn)和食品工業(yè)3。

其他應(yīng)用

鹽酸還有許多小規(guī)模的用途，比如皮革加工、食鹽生產(chǎn)，以及用于建筑業(yè)28。石油工業(yè)也常用鹽酸：將鹽酸注入油井中以溶解巖石，形成一個(gè)巨大的空洞。此法在北海油田的石油開采工業(yè)中經(jīng)常用到3。

鹽酸可以溶解碳酸鈣，其應(yīng)用包括除水垢或砌磚使用的石灰砂漿，但鹽酸較為危險(xiǎn)，使用時(shí)需謹(jǐn)慎。它與石灰砂漿中的碳酸鈣反應(yīng)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(chǎn)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(jí)（非常純）的鹽酸28。

安全措施

健康危害

濃鹽酸（發(fā)煙鹽酸）會(huì)揮發(fā)出酸霧。鹽酸本身和酸霧都會(huì)腐蝕人體組織，可能會(huì)不可逆地?fù)p傷呼吸器官、眼部、皮膚和胃腸等。在將鹽酸與氧化劑（例如漂白劑次氯酸鈉或高錳酸鉀等）混合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有毒氣體氯氣。

人們常穿戴個(gè)人防護(hù)裝備來減少處理鹽酸帶來的危害，包括乳膠手套、護(hù)目鏡、耐腐蝕的服裝與鞋等30。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局已將鹽酸定為有毒物質(zhì)31。

氯化氫的危險(xiǎn)性取決于其濃度。下表中列出歐盟對(duì)鹽酸溶液的分類。

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危害防治

操作事項(xiàng)

使用鹽酸時(shí)，應(yīng)配合個(gè)人防護(hù)裝備。如橡膠手套或聚氯乙烯手套、護(hù)目鏡、耐化學(xué)品的衣物和鞋子等，以降低直接接觸鹽酸所帶來的危險(xiǎn)。密閉操作，注意通風(fēng)。操作盡可能機(jī)械化、自動(dòng)化。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。

建議操作人員佩戴自吸過濾式防毒面具（全面罩），穿橡膠耐酸堿服，戴橡膠耐酸堿手套。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與堿類、胺類、堿金屬接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物