对于水解反应,大家一定不会陌生的,在中学化学的很多处都出现了水解反应的概念,比如说盐类的水解以及双水解,共价化合物的水解,卤代烃的水解,酯的水解,糖类的水解和蛋白质的水解等等.在反应类型上很多的同学都是分开看这些问题,在无机反应中一般把水解反应划分到复分解反应的范畴,在有机反应中把水解反应划分到取代反应的范畴,实际上就反应类型上讲,无机反应类型和有机反应类型并没有什么本质上的区别,比如无机中的化合反应与有机中的加成反应相似,无机中的分解反应与有机中的消除(不完全是中学中的消去反应)相似,那么无机中的复分解反应与有机中的取代反应很相似了!当然也不完全是相似的,只是在形式上是这样的,比如说无机中的复分解反应都是非氧化还原反应,而有机中的取代反应有些是氧化还原反应,有些是非氧化还原反应,比如甲烷和氯气的取代反应就是一个氧化还原反应,但是在中学生回答这些时一般不要求写成氧化还原反应,因为这样会增加学生的负担,而有机中的氧化和还原主要是指官能团的氧化或者还原,往往反应类型只说氧化反应或者还原反应而不说氧化还原反应!

        至于水解反应那肯定是在水中或者和水发生的反应,要从本质上理解那么多的水解反应有什么相似或者相同的地方,那还是从水分子简单的结构上和性质上去分析:H₂O的结构式为H-O-H,是一个折线型分子(有些地方成为角型分子),两个H-O共价键,水分子可以看成H原子和羟基相连,这样如果有一个共价键发生断裂,首先我们讨论是均裂,就是分成H原子和羟基两个基团,这个就是水解的一个本质.另一个就是水本身也可以发生共价键的异裂,产生H⁺离子和OH^-离子,这就是水本身的自偶电离,关于自偶电离我的博客前面已经有了介绍,能够产生H⁺和OH^-是发生水解的另一个本质!下面就水解的这两种本质从具体物质上进行分析:

1.共价化合物的水解:

      这一类水解一定要主要电性相反相连接的原则,也就是水分子均裂出的H原子和带负电性的原子结合,羟基的氧原子和带正电性的原子结合,生成两个部分!我不说生成两个物质主要是一些环酯的水解生成的醇和羧酸在一个物质上!

(1)卤代烃的水解:反应的形式为:R-X+H-OH→R-OH+H-X;对于这个水解反应我想强调一下几点,一是该反应发生的条件是强碱的水溶液,需要加热来加快水解的速度,因而在方程式上应该注明反应的条件,产生的HX不需要加气体的符号,因为HX会和碱中和了,这个反应也可以写成:R-X+OH-→R-OH+X-;二是该反应与醇和HX的反应是互为可逆的反应,只是在碱性条件下主要是发生卤代烃的水解成醇,如果是酸性条件就有利与醇和HX的取代反应!三是有人是溴苯是不是也可以在水溶液加热的条件下水解成苯酚,这个是不可能的,因为溴苯的Br的取代生成羟基需要在熔融的NaOH大概500度的条件下才可以发生!四是在检验卤代烃中卤原子的时候,一般的操作是先将卤代烃在碱性条件下水解充分,再加入HNO₃进行酸化,而不能直接加硝酸银检验卤离子,因为在碱性条件下会有AgOH生成,AgOH的分解成Ag₂O更加影响着AgX的现象!在酸化后的溶液中加硝酸银是可以的,这是如果出现AgX沉淀就能从沉淀的颜色上看出来!有人说如果是RI怎么办,其实是没有关系的,即使HNO₃氧化了I^-成I₂,加AgNO₃也会有AgI的黄色沉淀!

(2)酯的水解:CH₃COOCH₂CH₃+H-O-H→CH₃COOH+CH₃CH₂OH,酯的水解是中学有机化学中的一个非常重要的实验,在历次考试中占据非常重要的位置,这个反应从本质上来讲,于上面的取代是没有什么区别的,但是在反应的条件上是有两种选择,一种是稀酸的条件下水解生成羧酸和醇(或者酚),比如象油脂在酸性条件下水解成高级脂肪酸和甘油!这一类反应一般要写可逆符号!另一种是在碱性条件下水解,产物是羧酸盐和醇(或者酚钠盐),这是常见的酯的水解的条件,该条件下的水解比较充分,因而方程式不需要写可逆符号!比如油脂在碱性条件下的水解(皂化反应)生成高级脂肪酸钠和甘油!

(3)共价化合物的水解:这些共价化合物与卤代烃和酯是一样的,本来卤代烃和酯的水解就是共价键的水解,这里所指的是一些共价的无机化合物的水解:比如象ICl,ICl₃,PCl₃,PCl₅,BN等等.

ICl+H₂O=HOI+HCl,产物是次碘酸和盐酸,次碘酸的结构式为HOI,分子式为HIO.

ICl₃+3H₂O=H₃IO₃+3HCl,

PCl₃+3H₂O=H₃PO₃+3HCl,需要说明的是,三个羟基首先连接在P原子上,然后有一个羟基分裂成H原子和P相连,O配位在P原子上,这样形成的亚磷酸只有两个羟基,属于二元酸!

PCl₅+4H₂O=H₃PO₄+5HCl,本来是5个羟基连接在P上,由于空间位置问题而脱去一分子水成含有三个羟基和一个配位氧的结构,H₃PO₄属于三元酸!

(4)对于一些有机物缩合物和缩聚物地水解,包含二糖的水解,多糖的水解(淀粉和纤维素的水解)以及肽和蛋白质的水解.这些水解一定要注意反应的条件,反应的本质是和前面的水解是一致的.比如说淀粉的水解我们一般选择的酸性条件,用稀硫酸做催化剂(在生物上是使用淀粉酶),水解产物有麦芽糖和葡萄糖,在淀粉水解实验我想说几点:淀粉在酸性条件下水解后,如果要检验淀粉是否水解完全,此时可以先不用加碱中和催化剂的硫酸,直接在溶液中加入碘水就可以了,如果没有发现溶液变蓝色,说明淀粉已经水解完全;如果先用碱中和了,溶液可能显碱性,这时加入的碘分子会在碱性条件下歧化,那么就不能说明什么问题了!但是如果要检验水解产物的还原性,就必须在水解后的溶液中加NaOH,将溶液调成碱性,再向溶液中加入检验醛基的试剂-银氨溶液或者新制氢氧化铜,这两个试剂都是在碱性条件下才能使用的!

2.离子化合物的水解:

这一类水解的本质是水的电离,所以在中学对于学生或者教师来说,水的电离是非常重要的一个内容,在电解质和盐的水解的章节中的核心问题其实就是水的电离以及电离平衡,从形式上看,离子化合物的水解是阳离子结合水电离出来的OH-离子生成弱碱或者阴离子结合水电离出来的H+离子生成弱酸,当然有这里的弱酸弱碱并不是中学教材中的弱酸弱碱,但是结合原则必须遵循电性相反的原则!可能只有一个离子结合了,这就是离子的水解,可能阴阳离子都结合了,这就是我们常说的互促双水解!但是水电离出的H⁺离子和OH^-离子一定是相等的,有几个H⁺与阴离子结合就有几个OH^-与阳离子结合!举例如下:

氯化铵溶液显酸性:NH₄⁺ +H₂O→NH₃·H₂O+H⁺
氯化铝溶液显酸性:Al ³⁺ +H₂O→Al(OH)²⁺ +H⁺;Al(OH)²⁺ + H₂O→Al(OH)²⁺ +H⁺.....一共分三步来水解,而中学中只要求写成三步合一步的水解,直接生成了氢氧化铝.

碳酸钠溶液显碱性:CO₃ ^2- +H₂O→HCO₃^- +OH^- ;HCO₃^- +H₂O→H₂CO₃+OH^-
硫化铝只存在于干态(双水解):2Al ³⁺ +3S ^2- +6H₂O=2Al(OH)₃↓+3H₂S↑

发酵粉的工作原理(双水解):Al ³⁺ +3HCO₃^- =Al(OH)₃↓+3CO₂↑

CaC₂制取乙炔:CaC₂+2H₂O→Ca(OH)₂+C₂H₂↑

Zn₂C₃ 制丙炔:Zn₂C₃+4H₂O→2Zn(OH)₂+C₃H₄↑

Mg₃N₂+6H₂O→3Mg(OH)₂+2NH₃↑(这里的氨气就是一种酸!)

BN+H₂O→B₂O₃+NH₃(高温下生成了氧化物)