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水解是壹種化工單元過程,是利用水將物質分解形成新的物質的過程。鹽電離出的離子結合了水電離出的H+和OH-生成弱電解質分子的反應。物質與水發生的導致物質發生分解的反應(不壹定是復分解反應)也可以說是物質是否與水中的氫離子或者是氫氧根離子發生反應。
目錄
定義
簡介
水解分類
正鹽
用例水解反應
取代反應
堿液水解定義
簡介
水解分類
正鹽
用例 水解反應
取代反應
堿液水解
展開 編輯本段定義
由弱酸根或弱堿離子組成的鹽類的水解有兩種情況: 碳酸根離子分步水解
① 弱酸根與水中的H+ 結合成弱酸,溶液呈堿性,如乙酸鈉的水溶液: CH3COO- + H2O ←═→ CH3COOH + OH- ② 弱堿離子與水中的OH- 結合,溶液呈酸性,如氯化銨水溶液: NH4+ + H2O ←═→ NH3·H2O + H+ 生成弱酸(或堿)的酸(或堿)性愈弱,則弱酸根(或弱堿離子)的水解傾向愈強。 例如,硼酸鈉的水解傾向強於乙酸鈉,溶液濃度相同時,前者的pH值更大。 弱酸弱堿鹽溶液的酸堿性取決於弱酸根[1]和弱堿離子水解傾向的強弱。 例如,碳酸氫銨中弱酸根的水解傾向比弱堿離子強,溶液呈堿性; 氟化銨中弱堿離子的水解傾向強,溶液呈酸性; 若兩者的水解傾向相同,則溶液呈中性,這是個別情況,如乙酸銨。 弱酸弱堿鹽的水解與相應強酸弱堿鹽或強堿弱酸鹽的水解相比, 弱酸弱堿鹽的水解度大,溶液的pH更接近7(常溫下)。 如0.10 mol/L的Na2CO3的水解度為4.2%,pH為11.6, 而同壹濃度的(NH4)2CO3的水解度為92%,pH為9.3。 酯、多糖、蛋白質等與水作用生成較簡單的物質,也是水解: CH3COOC2H5 + H2O —→ CH3COOH + C2H5OH (C6H10O5)n + nH2O —→ nC6H12O6 某些能水解的鹽被當作酸(如硫酸鋁)或堿(如碳酸鈉)來使用。
編輯本段簡介
水與另壹化合物反應,該化合物分解為兩部分,水中氫原子加到其中的 水解
壹部分,而羥基加到另壹部分,因而得到兩種或兩種以上新的化合物的反應過程。工業上應用較多的是有機物的水解,主要生產醇和酚。水解反應是中和或酯化反 應的逆反應。大多數有機化合物的水解,僅用水是很難順利進行的。根據被水解物的性質,水解劑可以用氫氧化鈉水溶液、稀酸或濃酸,有時還可用氫氧化鉀、氫氧化鈣、亞硫酸氫鈉等的水溶液。這就是所謂的加堿水解和加酸水解。水解可以采用間歇或連續式操作,前者常在釜式反應器中進行,後者則多用塔式反應器。典型的水解有四種類型。
編輯本段水解分類
典型的水解有四種類型。 ①鹵化物的水解 通常用氫氧化鈉水溶液作水解劑,反應通式如下: 水解
R-X+NaOH—→R-OH+NaX Ar-X+2NaOH—→Ar-ONa+NaX+H2O 式中R、Ar、X分別表示烷基、芳基、鹵素。脂鏈上的鹵素壹般比較活潑,可在較溫和的條件下水解,如從氯芐制苯甲醇;芳環上的鹵素被鄰位或對位硝基活化時,水解較易進行,如從對硝基氯苯制對硝基酚鈉。 ②芳磺酸鹽的水解 通常不易進行,須先經堿熔,即以熔融的氫氧化鈉在高溫下與芳磺酸鈉作用生成酚鈉,後者可通過加酸水解生成酚。如萘-2-磺酸鈉在300~340℃常壓堿熔後水解而得2-萘酚。某些芳磺酸鹽還需用氫氧化鈉和氫氧化鉀的混合堿作為堿熔的反應劑。芳磺酸鹽較活潑時可用氫氧化鈉水溶液在較低溫度下進行堿熔。 ③胺的水解 脂胺和芳胺壹般不易水解。芳伯胺通常要先在稀硫酸中重氮化生成重氮鹽,再加熱使重氮鹽水解。反應通式如下: Ar-NH2+NaNO2+2H2SO4—→Ar-N娚HSO嬄+NaHSO4+2H2O Ar-N娚HSO嬄+H2O—→ArOH+H2SO4+N2 如從鄰氨基苯甲醚制鄰羥基苯甲醚(愈創木酚)。芳環上的氨基直接水解,主要用於制備1-萘酚衍生物,因它們有時不易用其他合成路線制得。根據芳伯胺的結構可用加堿水解、加酸水解或亞硫酸氫鈉水溶液水解。如從1-萘胺-5-磺酸制1-萘酚-5-磺酸便是用亞硫酸氫鈉水解。 ④酯的水解 油脂經加堿水解可得高碳脂肪酸鈉(肥皂)和甘油;制脂肪酸要用加酸乳化水解。低碳烯烴與濃硫酸作用所得烷基硫酸酯,經加酸水解可得低碳醇。
編輯本段正鹽
正鹽分四類: 壹、強酸強堿鹽不發生水解,因為它們電離出來的陰、陽離 水解
子不能破壞水的電離平衡,所以呈中性。 二、強酸弱堿鹽,我們把弱堿部分叫弱陽,弱堿離子能把持著從水中電離出來的氫氧根離子,破壞了水的電離平衡,使得水的電離正向移動,結果溶液中的氫離子濃度大於氫氧根離子濃度,使水溶液呈酸性。 三、強堿弱酸鹽,我們把弱酸部分叫弱陰,同理弱陰把持著從水中電離出來的氫離子,使得溶液中氫氧根離子濃度大於氫離子濃度,使溶液呈堿性。 四、弱酸弱堿鹽,弱酸部分把持氫,弱堿部分把持氫氧根,生成兩種弱電解質,再比較它們的電離常數Ka、Kb值的大小(而不是水解度的大小),在壹溫度下,弱電解質的電離常數(又叫電離平衡常數)是壹個定值,這壹比較就可得出此鹽呈什麽性了,誰強呈誰性,電離常數是以10為底的負對數,誰負得少誰就大。總之壹句話,鹽溶液中的陰、陽離子把持著從水中電離出來的氫離子或氫氧根離子能生成弱電解質的反應叫鹽類的水解。還有有機物類中的水解,例如酯類的水解,是酯和水反應(在無機酸或堿的條件下)生成對應羧酸和醇的反應叫酯的水解,還有鹵代烴的堿性水解,溴乙烷和氫氧化鈉水溶液反應生成乙醇和溴化鈉叫鹵烷的水解,還有蛋白質的水解,最終產物為氨基酸等等。
編輯本段用例
水解反應
(1)含弱酸陰離子、弱堿陽離子的鹽的水解,例如:Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H+,CO32-+H2O=HCO3-+OH- (2)金屬氮化物的水解,例如:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3 (3)金屬硫化物的水解,例如:Al2S3+6H2O=2Al(OH)3+3H2S (4)金屬碳化物的水解,例如:CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2 (5)非金屬鹵化物的水解,例如:PCl3+3H2O=H3PO3+3HCl 此類反應多為水分子攻擊鹵原子,但也有例外,如NCl3水解: NCl3+3H2O=NH3+3HClO 該反應為水分子攻擊氮原子
取代反應
(水解反應)(有機反應) 1.鹵代烴在強堿水溶液中水解,例如:CH3CH2-Cl+H-OH—△→NaOH CH3CH2OH+HCl 2.醇鈉的水解,例如:CH3CH2ONa+H2O=CH3CH2OH+NaOH 3.酯在酸、堿水溶液中水解,例如: CH3COOCH2CH3+H2O—△H→CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+NaOH=△ H2O=CH3COONa+CH3CH2OH 4.二糖、多糖的水解,例如澱粉的水解:(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖) 5.二肽、多肽的水解,例如H2NCH2CONHCH2COOH+H2O→2H2NCH2COOH 6.亞胺的水解 ArCH=N-Ph—H20 H+ →ArCHO+PhNH2 註意:上述反應中“=”均為可逆符號(除脂在堿中水解的反應),水解產物量很小,不必標明沈澱或氣體。
編輯本段堿液水解
自從人類首次行走在地球上,人類遺體通常是埋葬或火化。不過,現在有壹種創新辦法正在引起人們的興趣――用堿液來水解屍體,使其變成褐色的糖漿物,沖入下水道就行了。 此過程叫堿水解,美國16年前就開發出了此技術,主要用於處理動物屍體。通過把壹個巨大的像高壓鍋似的不銹鋼筒裏的堿液加熱到300度,再升壓到每平方英寸60磅的壓力之下,就可以水解屍體了。目前只有美國醫療中心用它來處理人類屍體 ――全是用於研究的捐贈者的遺體。 由於此辦法具有環保優勢,壹些殯儀館表示它有壹天會勝過埋葬和火化。不過,讓公眾接受此辦法可能面臨最大挑戰,這會讓壹些人感到可怕。因為心理變態者和獨裁者用酸或堿來折磨或殺害他們的受害人。因此,這壹辦法的興起就引起美國社會的很大爭論,其中美國有些地方在法律上禁止此辦法的應用。 然而,在美國明尼蘇達州和新罕布什爾州,堿水解是合法的,有些喪葬承辦人正在急切地推銷這壹辦法。據報道,這種水解後的咖啡色液體具有機油壹般的稠密度,還帶有地壹股強烈的氨水氣味。但支持者表示這是消過毒的,如果操作按要求進行的話,是可以安全進入下水道的。而且,堿水解不會占用埋葬和火化那麽多的空間,還能減少火葬場最關心的廢物排放問題――包括二氧化碳和水銀的排放。 美國佛羅裏達大學的二處校址分別從2005年和20世紀90年代中期開始用堿水解來消溶動物屍體。美國生物安全公司負責生產這種鋼筒,他們估計大約有40-50家醫院用他們的設備來處理醫療廢物和動物屍體。使用者包括獸醫學院、大學、制藥公司和美國政府機構。