甲酸

甲酸（英文名：formic acid），俗名蚁酸，化学式为 HCOOH，是最简单的有机酸，最初是由蚂蚁和荨麻中提炼得到。甲酸外观为无色透明液体，有强烈刺激性酸味，能与水和许多有机溶剂混溶；部分溶于苯、甲苯、二甲苯 。在所有的饱和一元酸中，甲酸的酸性最强，有腐蚀性。甲酸既有羧酸的性质，又具有醛的部分性质，能与与斐林试剂反应，能发生银镜反应，可被强氧化剂氧化分解，也能与醇类反应生成。

甲酸是一种有机合成原料，化学工业中可用于辅助制取甲醇，生产甲酸酯；纺织和印染工业中，用甲酸助染、用甲酸制成的肥皂或者甲酸溶液洗涤织物，在牧业中，用甲酸作为发酵抑制剂。 甲酸对人体有毒性，吸入低浓度甲酸蒸气会使眼结膜及呼吸道出现刺激症状，皮肤接触会使皮肤发红、结膜充血、甚至灼伤。误服可引起呕吐、腹泻、甚至休克。

发现历史

1671年，英国化学家韦伊（Wray）对红松上的蚂蚁进行蒸汽蒸馏后到一种能腐蚀铅和铁的溶液。1749年，玛格丽特（A.S.Marggret）对这种溶液进行分离提纯得到甲酸；而后，约瑟夫·路易·盖-吕萨克（J.L.Gay-Lussal）以氢氰酸为原料首次人工合成了甲酸。1836年，利比希（Liebig）在1836年测定了甲酸的组成。1855年，贝特洛（Berthelot）用氢氧化钾和一氧化碳直接合成制得甲酸。

自然来源

甲酸的自然来源为蜜蜂属和山蚁亚科蚂蚁，蚁亚科蚂蚁的排毒器官由毒腺和大的聚集泡组成，毒腺产生的毒素的主要组分就是甲酸；蜜蜂蜂毒的主要成分也是甲酸。此外，在荨麻、水果、蔬菜、果蔬制品、发酵制品、大气、雨水中也有甲酸存在，只不过含量较低。

理化性质

物理性质

甲酸是无色透明的液体，具有强烈的刺激性酸味，可溶于水，也能与许多有机溶剂互溶，但不溶于烃类， 甲酸可与水形成共沸物，共沸物沸点为107.1℃，相对密度为1.220(20℃)，熔点为8.6℃，沸点为100.8℃，闪点(开杯)为68.9℃，自燃点为601℃，折射率为1.3714，黏度为1.784mPa-s(20℃)，表面张力为37.58mN/m(20℃)。含量为80%~90%的甲酸低温时易结冰。

化学性质

甲酸常以由氢键结合的二聚体的形式存在，甲酸的分子结构可以看作是氢和羧基直接相连，也可以看作是一个羟基与醛基相连，这种特殊的结构使得甲酸除了具有羧酸的性质外，还具有醛的性质，甲酸易被氧化生成水及CO₂，加热时可在硫酸作用下分解成水及CO，具有腐蚀性。

与斐林试剂反应

甲酸能与斐林试剂反应产生氧化亚铜的砖红色沉淀，

银镜反应

甲酸能与银氨溶液发生银镜反应。

氧化反应

甲酸能被高锰酸钾溶液氧化，生成二氧化碳和水，在加热条件下被浓硫酸氧化，生成一氧化碳和水。

酯化反应

甲酸的酸性强，可作为无机酸催化剂使用，能与醇类发生直接发生酯化反应，酯化速度快，甲酸与丙烯酸甲酯酯化，能生成丙烯酸和甲酸甲酯。

与不饱和烃的加成反应

甲酸能与不饱和烃发生加成反应生成甲酸酯，甲酸与乙烯在气相反应能生成甲酸乙酯。

酰胺化反应

甲酸能与大多数有机胺反应，反应速度快。甲胺、二甲胺与甲酸反应分别生成甲酰胺和二甲基甲胺。

与金属、金属氧化物或金属的氢氧化物反应

甲酸和它的水溶液能与许多金属、金属氧化物或金属的氢氧化物反应生成甲酸盐。这种甲酸盐固态时是结晶体，能溶解于水。

用一氧化碳和水蒸汽，在200—300℃条件下下，经过催化剂作用可制取甲酸。.

应用领域

燃料电池

甲酸可用于制造燃料电池，甲酸具有不易燃、安全、对 Nafion 膜的渗透率小、电化学氧化性能好等特点；另外，由于甲酸可使用浓度比甲醇高5倍，所以直接甲酸燃料电池（DFCFC）的能量密度比直接甲醇燃料电池（DMFC）要高3倍；直接甲酸燃料电池还可以在低温下工作。

化学工业

甲酸可用于有机合成，由甲酸合成生产的甲酸乙酯、甲酸异戊酯、甲酸正癸酯等可用于配制各种不同的香精。采用甲酸辅助铜基催化剂用于合成气制取甲醇，能改变催化剂中元素间的相互作用，进而提高催化剂的催化性能。

纺织和印染工业

甲酸与牛油制成的肥皂用于洗涤棉质衣物可使衣物变得柔软舒适，也可用于漂洗。甲酸溶液洗涤后，织物的抗收缩性和抗皱性会有所提升。甲酸用于动物皮革的的脱灰、脱毛能抑制皮革的霉变。甲酸易挥发，印染后不会在织物上残留；甲酸能还原六价铬，在以铬为媒介的印染过程中使用可提高染料的利用率；甲酸酸度适中，印染过程中可不会使纸张纤维素降解，染色均匀，是较好的助染剂。

牧业

天然牧草在青贮饲料发酵过程中易产生腐败菌，甲酸具有发酵抑制剂的作用，能抑制明串球菌属、片球蓝属、链球菌属的菌株的生长，而主要起发酵的乳酸杆菌、酵母菌仍可保持活力，有助于保存青贮原料本身含有的可溶性糖和由多糖转化而来的可溶性糖，减少蛋白质分解和脱氨，提高青贮发酵品质和保存效果，冬季用甲酸处理过发酵后的青饲料喂奶牛，能提高冬季时牛奶的产量，且奶牛的育肥效果增强，牛奶和牛肉的品质也有所提高。

其他应用

甲酸可用作酸洗剂，甲酸用于储氢合金的酸浸渍处理，可除去合金表面的稀土氧化层并在合金表面形成电催化活性良好的富Ni(Co)层。串联质谱中通常用甲酸与冰醋、氨水作为pH调节剂，调节流动相pH。甲酸用于焊接的助焊剂，腐蚀性较小，助焊性能好。

制备方法

生物合成

甲酸可在生物体内产生，生物体内的色氨酸在进行复杂的分解代谢后，色氨酸的11个碳原子中的4个碳原子转变为乙酰乙酰辅酶A，2个碳原子转变为乙酰辅酶A，其余的则变为4分子CO2和1分子甲酸。

甲酸钠法

将一氧化碳通入盛有氢氧化钠的反应釜，在加热、加压条件下直到吸收停止，将溶液蒸发至干，得甲酸钠，再将甲酸钠电解即得到甲酸。也可将甲酸钠充分干燥后与硫酸在低温下反应，然后蒸馏制得甲酸。

甲酸甲酯法

甲酸甲酯法由美国伦纳德（Leonard）公司和伯利恒（SD/Bethlehem）联合开发，甲醇和一氧化碳在催化剂作用下反应可生成甲酸甲酯，将甲酸甲酯在高温、加压时于甲酸溶液中水解即可制得甲酸。

电解还原法

将二氧化碳通入于碳酸锂水溶液中，用Zn. Ir或Pb作阴极加压电解可得甲酸，在碳酸锂水溶液中电解只会生成甲酸。

甲酰胺法

将一氧化碳和液氨通入甲醇溶液中，在甲醇钠的催化作用下反应生成甲酰胺溶液，甲酰胺溶液中加入硫酸，甲酰胺在硫酸的作用下水解即可得到甲酸。

测定方法

变色酸比色法

变色酸比色法的测定原理是：酸性溶液与镁粉反应产生的氢将甲酸还原成甲醛，在浓硫酸存在的条件下，甲醛会与变色酸发生作用生成紫色化合物。将甲酸标准溶液与试样进行相同操作后进行比色即可测定试样甲酸含量。

碳酸钡法

碳酸钡法将试样中的甲酸被蒸馏出来用碳酸(或碳酸钙)吸收，生成甲酸钡(或甲酸钙)。甲酸钡(或甲酸钙)定量地将氯化汞还原为氯化亚汞，然后根据氯化亚汞的质量计算出甲酸含量。

酚酞指示剂法

甲酸水溶液可使酚酞变红，以酚酞作指示剂，当指示剂变为粉红色则滴定完成，计算可得甲酸含量。

安全事宜

毒性数据

甲酸毒性较低，LD50 1100 mg/kg（大鼠，经口）。

健康相关

甲酸会刺激皮肤、黏膜，引起结膜炎、眼睑水肿、鼻炎、支气管炎、炎症、溃疡，严重时甚至会引起急性化学性肺炎。高浓度的甲酸会腐蚀口腔及消化道黏膜，入口后会引起呕吐、腹泻、胃肠出血，甚至死亡。

急救措施

吸入急救：给予新鲜空气，休息，保持半直立体位。眼睛急救：用大量水冲洗几分钟(如果可能的话，摘掉隐形眼镜)。摄入急救：漱口，不要催吐。进行以上处理后，立即送医。

消防相关

消防防护：佩戴自吸过滤式全面罩防毒面具或自吸式长管面具、穿橡胶耐酸碱服、戴橡胶耐酸碱手套。紧急事态抢救或撤离时，建议佩戴空气呼吸器。

起火时使用干粉、抗溶性泡沫、雾状水、二氧化碳灭火。

泄漏处理

进行泄漏处理时穿戴全套防护服，包括自给式呼吸器。泄漏液收集在可密闭容器中；用弱碱液（例如，碳酸钠）中和泄漏液，然后用大量水冲净。

存储

与食品和饲料、强氧化剂、强碱和强酸分开存放。严格密封。保存在通风良好的室内。

参考资料

Formic Acid.Pubchem.2023-05-09

甲酸.国际化学品安全卡.2023-05-09