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对水解反应的概括性、综合性认识

来源:未知作者:王笃年 点击:所属专题: 水解反应

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1. 如何理解 “ 水解 ” 反应的概念? “ 水解 ” ,顾名思义,可理解为 “ 某物质遇水分解 ” ,也可理解为 “ 该物质使水分解 ” 。 其实上述二者的含义同在。从微观层面看,可理解为发生水解的物质与水分子同时解离开来,分别变为正电性、负电性的部分,然后按照 “

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1.如何理解“水解”反应的概念?

“水解”,顾名思义,可理解为“某物质遇水分解”,也可理解为“该物质使水分解”。

其实上述二者的含义同在。从微观层面看,可理解为发生水解的物质与水分子同时解离开来,分别变为正电性、负电性的部分,然后按照“己方的正电性部分跟对方的负电性部分重新结合”的规则,构成新物质。

以物质A—B水解为例图示如下:

对水解反应的概括性、综合性认识

A将上述作用模式具体化,则有如下各水解反应:

盐的水解:

NaAc + H2O →NaOH +HAc(微弱,因逆向为自发的酸碱中和反应)

电石水解制乙炔:

CaC2+2H2O → Ca(OH)2+H-C≡C-H(C2H2)

卤代烃水解:

C2H5—Br + H2O → C2H5—OH + HBr

酯类水解:

对水解反应的概括性、综合性认识

其它物质的水解:

PCl5+4H2O → H3PO4[可理解为P(OH)5脱一分子水后的产物] + 5HCl

ICl + H2O → I-OH + HCl

2.盐类为什么会发生水解?

首先要明确,并非所有的盐都发生水解。只有那些由弱酸或弱碱中和而来的盐,才会发生水解反应。

化学平衡状态无论从正向(从反应物出发)、还是从逆向(从产物出发)都可以达成。盐类水解的根本原因在于,盐电离出的弱酸根阴离子或弱碱阳离子,会结合H2O电离出的H或OH,从逆向达到弱酸、弱碱的电离平衡。

把醋酸钠溶于水,电离出CH3COO,而H2O也会电离产生H,于是,CH3COO就会结合这些H,从逆向达到弱电解质醋酸的电离平衡。因H由最弱的电解质H2O电离而来,故不可写作离子形式,要保留弱电解质H2O的分子式。于是有:

CH3COO+ H2O≒CH3COOH + OH

3.弱电解质电离是吸热的,水解既然是其逆过程,为什么也是吸热的?

让我们以CH3COOH电离和CH3COO水解为例分析如下:

前提是醋酸电离过程吸热,热化学方程式如下:

CH3COOH(aq)≒CH3COO(aq) + H(aq) ΔH1>0  ………①

CH3COO(aq)+ H2O(l)≒CH3COOH(aq) + OH(aq) ΔH2 …②

我们看到,①、②这两个过程,并非简单的互为可逆。①、②叠加的结果是:

H2O(l)≒H(aq) + OH(aq) ΔH3>0

ΔH1+ΔH2H3

电离理论下,水是人们默认的最弱电解质。这就意味着,水电离过程吸热量要高于常见的其它弱电解质。

即ΔH3>ΔH1,根据上式可推知,ΔH2H3-ΔH1>0。

所以,绝大多数弱电解质离子水解过程都是吸热的。

值得注意的是,并非任何水解过程均吸热。

首先,像“Al3++ HCO3”等一些相互促进水解的反应,一般都是放热的。其次像一些极弱酸的盐,如CaC2(乙炔可看作极弱的酸,CaC2看作乙炔的盐)的水解过程,也是放热的。

4.醋酸电离出的醋酸根离子是否会发生水解?

这是一个有趣的问题。要给出确切的回答,还得从水解的本质出发分析。

我们以0.1 mol/L 的CH3COOH溶液为例:根据醋酸的电离常数Ka=1.8×10-5可计算出,该溶液中,H浓度为1.3×10-3mol/L,主要由CH3COOH电离产生,H2O电离出的H极小,

对水解反应的概括性、综合性认识

这跟醋酸本身电离出的1.3×10-3mol/L 相比可忽略不计。

CH3COO水解的本质是什么?是它结合溶液中水电离出的H,从逆向达到醋酸电离平衡的过程。

现在溶液里由醋酸电离的H为1.3×10-3mol/L,而由H2O电离出的H浓度仅7.7×10-12mol/L。约为CH3COOH自身电离出H浓度的2亿分之一!

那么,CH3COO结合H时,是否一定要专门去找那水电离出的两亿分之一的H呢?显然不需要。

所以我们说,在醋酸溶液里,是不需要考虑CH3COO水解的。

同样道理,在CH3COONa溶液里,也不需要考虑CH3COO水解产生的醋酸分子的电离。

5.如何判断弱酸酸式盐(NaHCO3)溶液的酸碱性?

多元酸的酸式盐中,像NaHSO4这种二元强酸的酸式盐,由于HsO4只会电离、不水解,所以NaHSO4溶液必然呈酸性。

而NaHCO3就不同了,因HCO3离子既发生电离(呈酸性),又会发生水解(呈碱性),故具有两性。那么NaHCO3的水溶液为什么呈弱碱性呢?

推导过程如下:

已知H2CO3Ka1= 4.3×10-7Ka2= 5.6×10-11

电离平衡:HCO3+ H2O≒H3O+ CO32

对水解反应的概括性、综合性认识

我们看到,HCO3的电离表达式、水解表达式基本一致,都是一个HCO3(跟H2O作用,只是H2O的浓度项均没有计入平衡常数表达式)变为2个分子或离子,故平衡常数大小即决定了其电离、水解程度的强弱。

KhKa2,所以我们说HCO3以水解为主,其水溶液显弱碱性。

按照同样的计算方式,依据磷酸的三级电离常数(Ka1= 7.5×10-3Ka2= 6.2×10-8Ka3= 2.2×10-13)可以推导出如下结论:NaH2PO4溶液呈弱酸性(电离程度大于水解程度)、Na2HPO4溶液呈弱碱性(水解程度大于电离程度)。大家不妨一试。

6.为什么有的弱酸弱碱盐彻底水解而有的不会?什么样的盐会彻底水解?

应该说,弱酸弱碱盐中,除了CH3COONH4这种极为特别的盐外,几乎都会因为阴、阳离子分别水解显碱性、酸性,相互促进而彻底水解。这样的水解反应用“=”而非“≒”表示。比如:

2Al3++ 3S2-+6H2O = 2Al(OH)3↓+ 3CO2↑,

Fe3++ 3HCO3= Fe(OH)3↓ + 3CO2↑,

Fe3++ 3ClO+ 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HClO,

NH4+ CO32+ H2O = HCO3+ NH3·H2O……

那么,为什么CH3COONH4在溶液里却不会因CH3COONH4相互促进水解而完全反应掉呢?这需要结合反应产物的性质,依据平衡移动原理加以理解。

CH3COONH4+ H2O≒CH3COOH + NH3·H2O

首先我们知道,CH3COONH4均为一价离子,水解程度相对较弱;其次我们看到,水解产物CH3COOH、NH3·H2O在水溶液里均可形成非常高浓度的溶液(CH3COOH可以任意比例溶解于水,NH3在水中有极大的溶解度),这样就可以抑制其水解平衡。

7.AlCl3溶液蒸干时会因水解得不到无水AlCl3。那么,硫酸铝溶液蒸干能够得到无水硫酸铝吗?

二者在稀溶液里水解反应的化学方程式分别是:

AlCl3+3H2O≒Al(OH)3+3HCl;

Al2(SO4)3+6H2O≒2Al(OH)3+3H2SO4

AlCl3溶液蒸干不能得到纯净的AlCl3,是因为水解产物HCl太容易挥发,导致产物中出现大量Al(OH)3[或碱式氯化铝Al(OH)2Cl、Al(OH)Cl2等],如果进一步将所得固体灼烧,则HCl挥发殆尽,Al(OH)3也彻底分解,最终得到Al2O3

而硫酸铝溶液蒸发,则最终能够得到硫酸铝本身。这是因为水比硫酸更容易挥发,随着水的不断蒸发,硫酸浓度变大,可完全抑制水解。

当然,你也可以认为原来稀溶液里水解产生的Al(OH)3被浓硫酸中和“回去”了。

(责任编辑:化学自习室)
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