二十二、水解反应面面观
所谓水解反应,即物质跟水发生的相互交换成分的反应,
反应的机理可简单地认为是:共价键(X—Y键,H—O键)断裂(一般情况下,每个水分子中只有一个H—O键断裂),再按异电相吸原则,重新形成新键即得产物,至于离子键则视为共价键的极限情形(一极为非极性键,另一极为离子键)。各类水解反应及其应用列举如下:
(一)无机物的水解
1.单质的水解 Cl—Cl H—OH HCl HClO
2.非金属卤化物的水解
(1)卤素互化物(XX‘n)的水解。
☆规律:一般是分子中核电荷数较大的卤原子(非金属性较弱的)生成含氧酸根离子,而核电荷数较小的卤原子(非金属性较强的)则形成简单卤离子或HF。
(2)氮族元素卤化物水解。
反应机理较复杂,简单地说,由于NCl3中N的非金属较强,故先水解生成NH3和HClO,而HClO具有强氧化性,再将NH3氧化成N2,而自身部分被还原成Cl—。
PCl3 3H—OH == H3PO3 3HCl PCl5 4H—OH == H3PO4 5HCl
[直接生成的P(OH)5再失去一个H2O分子的组成即得H3PO4]
此外,还有 BCl3 3H2O == 3HCl H3BO3[也可以写成B(OH)3]等等。
3.盐类的水解。 机理:盐中的弱酸的阴离子或弱碱的阳离子跟水电离出来的H 或OH—结合生成弱酸或弱碱,从而促进水的电离的过程。水解反应与中和反应是互为可逆反应,如:
盐 水 酸 酸 碱;△H > 0
弱碱阳离子 H2O 弱碱 H 溶液呈酸性
弱酸阴离子 H2O 弱酸或酸式弱酸根阴离子 OH— 溶液呈碱性
☆ 基本规律:
(1)“无弱不水解,有弱就水解,越弱越水解,酸弱呈碱性,碱弱呈酸性[谁强显谁性]。”
(2)一般情况下(除加热和双水解的情况),中和反应的程度远远大于水解反应的程度,所以,水解是比较微弱的,生成物不写分解产物(如写成NH3?H2O、H2CO3等,而不写成NH3、CO2等);不标“↓”或“↑”。但如果是双水解,且生成物能从反应的体系中脱离出来,则水解很彻底,应该用“==”、“↓”或“↑”。如:Al2S3 6H2O == 2Al(OH)3↓ 3H2S↑;有的双水解的产物均易溶于水,不能从反应的体系中脱离出来,则水解不是很彻底,仍用“ ”表示,如常见化肥碳铵的水解:
这就是为什么干燥的碳铵闻不到气味,而潮湿碳铵的气味刺鼻刺眼的原因。
(3)多元弱酸的酸根离子是分步水解的,且一级水解程度远远大于二级水解,二级水解程度又远远大于三级水解,故多步水解的离子方程式不能相加,一般只要写出一级水解的离子方程式即可。多元弱碱的阳离子的水解也应该是分步水解的,但在中学阶段,为了简单起见,只要求写出阳离了水解的总的离子方程式。
(4)水解反应是吸热反应,升高温度促进水解,使盐溶液的酸性或碱性增强;稀释盐溶液也促进水解[盐的浓度和水解产物的浓度都同等程度的减小(溶剂水的浓度基本不变),相当于减压,平衡向微粒数增多方向移动],但盐溶液的酸性或碱性减弱(符合平衡移动原理)。
4.非盐型离子化合物的水解
这类水解主要是指活泼金属的氢化物、氮化物、磷化物、碳化物等的水解。如:
Mg3N2 6H2O == 3Mg(OH)2↓ 2NH3↑
Ca3P2 6H2O == 3Ca(OH)2 2PH3↑
类似地不难写出Al4C3、Mg4C3等的水解。如
此类反应的机理是:化合物中离子键断裂,水电离成H 和OH—,产物是金属的氢氧化物和二元非金属氢化物(或H2)。
(二)有机物的水解
1.卤代烃的水解
2.醇钠、酚钠的水解
C2H5ONa H—OH → NaOH C2H5OH
由于C2H5OH比水更加难电离,故C2H5ONa的碱性比NaOH更强。
(相当于盐的水解
3.羧酸衍生物的水解
(1)乙酰氯的水解
(2)乙酸酐的水解
(3)酯的水解
(4)酰胺的水解
☆规律:此类水解分别是酰卤键、酰氧键、酰胺键断裂,与水中的氢原子和羟基进行交换成分,并都得到了羧酸。
4.腈(RCN)的水解
5.糖类水解
C12H22O11(麦芽糖) H2O 2CH2OH(CHOH)4CHO
葡萄糖
C12H22O11(蔗糖) H2O CH2OH(CHOH)4CHO CH2OH(CHOH)3COCH2OH
葡萄糖 果糖
(C6H10O5) n (淀粉) nH2O nC6H12O6(葡萄糖)
6.多肽、蛋白质的水解
天然蛋白质水解时通常是肽键断裂,水解的最终产物是α﹣氨基酸。