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盐酸
盐酸(hydrochloric acid )是氯化氢(HCl)的水溶液,属于一元无机强酸,工业用途广泛。盐酸的性状为无色透明的液体,有强烈的刺鼻气味,具有较高的腐蚀性。浓盐酸(质量分数约为37%)具有极强的挥发性,因此盛有浓盐酸的容器打开后氯化氢气体会挥发,与空气中的水蒸气结合产生盐酸小液滴,使瓶口上方出现酸雾。盐酸是胃酸的主要成分,它能够促进食物消化、抵御微生物感染。
16世纪,利巴菲乌斯正式记载了纯净盐酸的制备方法:将浓硫酸与食盐混合加热。之后格劳勃、普利斯特里、戴维等化学家也在他们的研究中使用了盐酸  。

工业革命期间,盐酸开始大量生产。化学工业中,盐酸有许多重要应用,对产品的质量起决定性作用。盐酸可用于酸洗钢材  ,也是大规模制备许多无机、有机化合物所需的化学试剂 ,例如PVC塑料的前体氯乙烯。盐酸还有许多小规模的用途,比如用于家务清洁、生产明胶及其他食品添加剂、除水垢试剂、皮革加工。全球每年生产约两千万吨的盐酸。

物理性质

盐酸是无色液体(工业用盐酸会因有杂质三价铁盐而略显黄色),为氯化氢的水溶液,具有刺激性气味,一般实验室使用的盐酸为0.1mol/L,pH=1。由于浓盐酸具有挥发性,挥发出的氯化氢气体与空气中的水蒸气作用形成盐酸小液滴,所以会看到白雾。盐酸与水、乙醇任意混溶,浓盐酸稀释有热量放出,氯化氢能溶于苯。
20℃时不同浓度盐酸的物理性质数据:
质量分数
浓度
(g/L)
密度(Kg/L)
物质的量浓度
(mol/L)
哈米特酸度函数
粘性
(m·Pa·s)
比热容
[KJ/(Kg·℃)]
蒸汽压
(Pa)
沸点
(℃)
熔点
(℃)
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

如下图所示,盐酸共有四个结晶的共熔点,分别对应四种晶体:68%(HCl的质量分数,下同)时的HCl·H2O、51%时的HCl·2H2O、41%时的HCl·3H2O和25%时的HCl·6H2O。另外在24.8%时还有一种亚稳的HCl·3H2O生成。
盐酸在一定压力下能形成共沸溶液。下图为一个大气压下不同浓度盐酸的沸点,其中下方的线与上方的线分别表示相应温度下,液体及与液体处于平衡状态的蒸气的组分。氯化氢的质量分数20.24%对应最高沸点108.6℃。

化学性质

酸性
盐酸溶于碱液时与碱液发生中和反应。
盐酸是一种一元强酸,这意味着它只能电离出一个
  
。在水溶液中氯化氢分子完全电离,
  
与一个水分子络合,成为H3O+,使得水溶液显酸性:
可以看出,电离后生成的阴离子是Cl-,所以盐酸可以用于制备氯化物,例如氯化钠。
盐酸可以与氢氧化钠酸碱中和,产生食盐:
稀盐酸能够溶解许多金属(金属活动性排在氢之前的),生成金属氯化物与氢气:
铜、银、金等活动性在氢之后的金属不能与稀盐酸反应,但铜在有空气存在时,可以缓慢溶解,例如:
高中化学把盐酸和硫酸、硝酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸合称为六大无机强酸。
一元酸只有一个酸离解常数,符号为Ka。它能够度量水溶液中酸的强度。于盐酸等强酸而言,Ka很大,只能通过理论计算来求得。向盐酸溶液中加入氯化物(比如NaCl)时pH基本不变,这是因为Cl-是盐酸的共轭碱,强度极弱。所以在计算时,若不考虑极稀的溶液,可以假设氢离子的物质的量浓度与原氯化氢浓度相同。如此做即使精确到四位有效数字都不会有误差。
还原性
盐酸具有还原性,可以和一些强氧化剂反应,放出氯气:
二氧化锰:
二氧化铅:
一些有氧化性的碱和盐酸可以发生氧化还原反应,而不是简单的中和反应:
配位性
部分金属化合物溶于盐酸后,金属离子会与氯离子络合。例如难溶于冷水的二氯化铅可溶于盐酸: 
铜在无空气时难溶于稀盐酸,但其能溶于热浓盐酸中,放出氢气:
有机化学
酸性环境下可对醇类进行亲核取代生成卤代烃:
氯化氢也可以加成烯双键得到氯代烃,例如:
胺类化合物通常在水中溶解度不大。欲增大其溶解度,可以用稀盐酸处理为铵盐:
胺的盐酸盐属于离子化合物,根据相似相溶原理,在水中的溶解度较大。铵盐遇到强碱即可变回为胺:
利用这样的性质,可以将胺与其他有机化合物分离
此外,胺的盐酸盐的熔点或分解点可以用来测定胺的种类。
锌粒与氯化汞在稀盐酸中反应可以制得锌汞齐,后者与浓盐酸、醛或酮一起回流可将醛酮的羰基还原为亚甲基,是为克莱门森还原反应:
但应注意,此法只适用于对酸稳定的化合物,如果有α、β-碳碳双键等也会被还原:
无水氯化锌溶于高浓度盐酸可以制得卢卡斯试剂,用来鉴别六碳及以下的醇是伯醇、仲醇还是叔醇。将卢卡斯试剂与叔醇立即浑浊,与仲醇2-5分钟浑浊,伯醇加热浑浊。

生活用途

  • 生物用途
人类和其他动物的胃壁上有一种特殊的腺体,能把吃下去的食盐变成盐酸。盐酸是胃液的一种成分(浓度约为0.5%),它能使胃液保持激活胃蛋白酶所需要的最适合的pH值,它还能使食盐中的蛋白质变性而易于水解,以及杀死随食物进入胃里的细菌的作用。此外,盐酸进入小肠后,可促进胰液、肠液的分泌以及胆汁的分泌和排放,酸性环境还有助于小肠内铁和钙的吸收。
  • 日常用途
利用盐酸可以与难溶性碱反应的性质,制取洁厕灵、除锈剂等日用品。

工业用途

盐酸是一种无机强酸,在工业加工中有着广泛的应用,例如金属的精炼。盐酸往往能够决定产品的质量。
分析化学
在分析化学中,用酸来测定碱的浓度时,一般都用盐酸来滴定。用强酸滴定可使终点更明显,从而得到的结果更精确。在1标准大气压下,20.2%的盐酸可组成恒沸溶液,常用作一定气压下定量分析中的基准物。其恒沸时的浓度会随着气压的改变而改变。 
盐酸常用于溶解固体样品以便进一步分析,包括溶解部分金属与碳酸钙或氧化铜等生成易溶的物质来方便分析。
酸洗钢材
盐酸一个最重要的用途是酸洗钢材。在后续处理铁或钢材(挤压、轧制、镀锌等)之前,可用盐酸反应掉表面的锈或铁氧化物。通常使用浓度为18%的盐酸溶液作为酸洗剂来清洗碳钢:
剩余的废酸常再用作氯化亚铁溶液,但其中重金属含量较高,故这种做法已经逐渐变少。
酸洗钢材工业发展了盐酸再生工艺,如喷雾焙烧炉或流化床盐酸再生工艺等。这些工艺能让氯化氢气体从酸洗液中再生。其中最常见的是高温水解工艺,其反应方程式如下:
将制得的氯化氢气体溶于水即又得到盐酸。通过对废酸的回收,人们建立了一个封闭的酸循环。副产品氧化铁在各种工业加工流程中也有较多应用。
制备有机化合物
盐酸的另一大主要用途是制备有机化合物,例如合成PVC塑料的原料氯乙烯、二氯乙烷、聚碳酸酯的前体双酚A、催化胶黏剂聚乙烯醇缩甲醛、抗坏血酸等。企业合成PVC时通常不用市售的,而使用内部制备的盐酸。盐酸在制药方面也有很大的用途。
如制备氯乙烯的反应:
制备无机化合物
盐酸可以发生酸碱反应,故能制备许多无机化合物,例如处理水所需的化学品氯化铁与聚合氯化铝(简称聚铝,PAC):
(用赤铁矿制备氯化铁)
氯化铁与聚铝在污水处理、纸、饮用水等的生产中起絮凝剂和混凝剂的作用。
用盐酸还可以制备其他的无机物,包括道路用盐氯化钙、电镀用盐氯化镍、镀锌工业和电池制造业用盐氯化锌等。另外,常通过氯化锌活化法从木炭制备活性炭。
(用石灰石制备氯化钙)
控制pH及中和碱液
盐酸可以用来调节溶液的pH值:
在工业中对纯度的要求极高时(如用于食品、制药及饮用水等),常用高纯的盐酸来调节水流的pH;要求相对不高时,工业纯的盐酸已足以中和废水,或处理游泳池中的水。
用于焰色反应
用于检验金属或它们的化合物时常使用焰色反应,用于检验的铂丝需用稀盐酸洗净以除去杂质元素的影响。
检验物质前,应将铂丝用盐酸清洗,再放到火焰上灼烧,直到火焰呈原来颜色方可实验。
阳离子交换树脂的再生
高质量的盐酸常用于阳离子交换树脂的再生。阳离子交换广泛用于矿泉水生产中,除去溶液中含有的
  
  
等离子,而盐酸可以冲掉反应后树脂中的这些离子。一个
  
替换一个
  
  
则需要两个
  
离子交换树脂和软化水在几乎所有的化学工业中都有应用,尤其是饮用水生产和食品工业。
其他应用
盐酸还有许多小规模的用途,比如皮革加工、食盐生产,以及用于建筑业。石油工业也常用盐酸:将盐酸注入油井中以溶解岩石,形成一个巨大的空洞。此法在北海油田的石油开采工业中经常用到。
盐酸可以溶解碳酸钙,其应用包括除水垢或砌砖使用的石灰砂浆,但盐酸较为危险,使用时需谨慎。它与石灰砂浆中的碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水:
在明胶、食品、食品原料和食品添加剂的生产中常用到盐酸。典型例子有阿斯巴甜、果糖、柠檬酸、赖氨酸、酸水解植物蛋白等。这些工艺都使用食品级(非常纯)的盐酸。


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