水解反应及其原理

一．水解的前提

    水解反应首先是将水分子一解为二，H-OH被解离成H原子和-OH，或H⁺和OH^-。并选择性结合H或OH。

二．从“没的挑”到“有的挑”

    很熟悉Cl₂与H₂O的反应。

    Cl₂+H₂O==HCl+HClO

没人说它是个水解反应，因为这是个氧化还原反应，但它几乎就是一个水解反应，H₂O被一解为二了：

    Cl-Cl + H-OH == HCl + Cl-OH

按无机含氧酸的通常写法，次氯酸被写成HClO，实际上原子的连接顺序是HOCl(无机含氧酸都有羟基)。

    两个Cl原子，谁去结合H或OH是没有区别的。

    若是BrCl(氯化溴)与H₂O反应，就有了挑选的问题。产物究竟是HCl和BrOH(次溴酸)还是HBr和ClOH？挑选的原则是什么？

    异电相吸。这是自然界普遍适用的规律。BrCl中Br显正价、Cl显负价，H₂O中H显正价、OH显负价，肯定是Cl与H结合，而Br与OH结合：

    Br-Cl + H-OH == HCl + Br-OH

    很熟悉卤代烃的水解：

    C₂H₅Br + H-OH C₂H₅-OH + HBr

卤原子得电子能力强，总是与由H₂O解离出来的H结合。

    很熟悉酯的水解：

    CH₃COOC₂H₅ + H-OH CH₃CO-OH + HOC₂H₅

有机物分子中羰基碳具有正电性，在水解反应中总是结合-OH。

    那么CH₃COCl的水解产物是什么呢？(乙酰氯，我们甚至叫不出该有机物的名称)当然是羰基碳结合-OH，Cl结合H了。

    CH₃COCl + H-OH CH₃CO-OH + HCl

    再看一个不熟悉的物质，NaH，氢化钠，其中氢是阴离子，H^-。它与水反应的产物是什么？还是异电相吸。

    NaH + H-OH → NaOH+H₂↑

H₂应该是个氧化还原产物。

三．挑几个？

    CaC₂，电石，离子化合物，Ca²⁺和C₂^2-。它与水的反应实际上就是个水解反应，其中Ca²⁺自然挑选结合OH^-。Ca²⁺自然要结合两个OH^-，两个OH^-自然由两个H₂O提供。因此，实验室制乙炔的那个反应方程式中H₂O的系数为2(C₂H₂是C₂^2-与H⁺结合的产物)。

    CaC₂+ 2H-OH → Ca(OH)₂+C₂H₂↑

    Mg₃N₂，镁在空气中燃烧的副产物，它在水中发生水解，方程式中H₂O的系数是几？当然是6，因为3个Mg²⁺需要结合6个OH^-，后者需要6个H₂O分子提供。

    Mg₃N₂ + 6H-OH → 3Mg(OH)₂↓+2NH₃↑

    SiCl₄在水中发生水解，Cl自然结合H，Si就结合OH，一个SiCl₄分子需要几个H₂O？

    SiCl₄+ 4H-OH → Si(OH)₄(原硅酸)↓+4HCl

    Al₄C₃(碳化铝)在水中发生水解，方程式中H₂O的系数是几？

    Al₄C₃ + 12H-OH → 4Al(OH)₃+3CH₄↑

四．单挑和双挑

    很熟悉NaAc的水解，其化学方程式可写作

    NaAc + H-OH == NaOH+HAc

实际上Ac^-选择结合了H⁺，Na⁺在水溶液中却并未与OH^-结合(NaOH是强电解质)：

    Ac^- + H-OH == OH^-+HAc

结果溶液中OH^-多余，呈了碱性。

    很熟悉NH₄Cl的水解，其化学方程式可写作

    NH₄Cl + H-OH == NH₃H₂O+HCl

实际上NH₄⁺选择结合了OH^-，Cl^-在水溶液中却并未与H⁺结合(HCl是强电解质)：

    NH₄⁺ + H-OH == NH₃H₂O+H⁺

结果溶液中H⁺多余，呈了酸性。

    但NH₄Ac与水的反应就是“双水解”了，NH₄⁺与Ac^-各取所需：

    NH₄Ac + H-OH == NH₃H₂O+HAc

双方的水解进一步推动了H₂O的电离，盐类的双水解的程度普遍高于单方的水解。若有沉淀析出或气体产生，双水解(也包括一些单水解)甚至演变成“完全水解”，如前例中CaC₂、Mg₃N₂和NaH、SiCl₄等的水解。所以象Al₂S₃这类“盐”在水中是不能存在的。

    [习题讨论]已知Cl₂、Al₂(SO₄)₃、CaC₂、C₂H₅Br、CH₃COOCH₃等物质均能与水发生反应，反应中各物质和水分别解离成两部分，然后两两重新组合形成新的化合物。今有下列五种物质，常温下很容易与水发生反应：BrCl、CH₃COCl、SiCl₄、Mg₃N₂、CH₃COOOCCH₃

    (1)在后面给出的五种物质与水反应的产物中，属于最高氧化物的水化物的是______________，属于无氧酸的是__________。

    (2)分别将0.01mol的这五种物质放入0.1L水中反应，结果使溶液pH接近3的原物质是___________。