基于贝采尼乌斯“电化二元论”认知盐类水解

基于贝采尼乌斯“电化二元论”认知盐类水解

学生在高中阶段学习了“盐类水解”的知识理论，而高考题中经常考查跟盐类水解“类似”的水解反应及水解方程式书写。很多学生遇到这类问题总是想用教材中的“盐类水解”理论去解决高考中的“类似”的水解的相关问题，发现自己频频受挫。基于以上问题背景，笔者撰写本篇文章，试图帮助学生厘清“狭义水解”和“广义水解”的概念，借助瑞典化学家贝采尼乌斯（JönsJakob Berzelius）的“电化二元论”来认知与理解水解反应的规律。

瑞典化学家贝采尼乌斯（Jöns Jakob Berzelius）

狭义水解专指盐类与水的复分解反应，也是高中化学教材主要介绍的水解理论。而广义水解指水被任何一种化学物质分解的一切反应,其中有的是氧化还原反应，有的是复分解反应。

例如：

P 6HO ══PH 3HPO

CaO HO ═ Ca(OH)

2K 2HO ═ 2KOH H↑

均属于广义水解反应。

2. 狭义水解即盐类水解“概念的界定”

人教版选修4《化学反应原理》第56页原文：综上所述，强酸弱碱盐和强碱弱酸盐溶于水时，电离产生的阳离子、阴离子可分别与水电离产生的OH或H生产弱电解质——弱碱或弱酸，使得溶液中c(OH)≠c(H),因而这两类盐溶液呈现酸性或碱性。盐与水发生的这种作用叫做盐类水解。

抓住盐类水解概念中关键词：

①该盐含有“弱离子”——弱碱阳离子或弱酸根；

②该盐能“溶于水”

③盐类水解的“本质”是——“弱离子”与水电离出的OH或H生产弱电解质

④盐类水解的“结果”——产生“弱酸或弱碱”。

盐类水解模型：

B HO B(OH) H;

A HO HA OH。

电离与水解勿混淆：

是不是反应物中有水，就是“盐类水解”呢？

人教版选修4《化学反应原理》第45页原文：HO HOHO OH

学生说，这一看就知道是水的电离。进一步往深处思考，再看一道高考题。

2016年全国卷II26题：

（4）联氨（又称联肼，NH，无色液体）为二元弱碱，在水中的电离方程式与氨相似，联氨第一步电离反应的平衡常数值为_________(已知：NH HNH的K=8.7×10；K=1.0×10)。

解析：先写成联氨第一步电离：NH HONH OH进而求出K

这令很多学生困惑，这个怎么能叫电离呢？明明是水解嘛？

我们不妨先看看联氨称为二元弱碱的实质：

NH中存在两对孤单子对，其电子式为：

NH中存在一对孤电子对，其电子式为：

联氨NH中每个N原子存在一对孤电子，能与水电离出的氢离子结合形成配位键，故，

联氨第一步电离为：NH HONH OH K

联氨第二步电离为：NH HONH OH K

而联氨对应的弱碱阳离子NH水解为：

第一步水解：NH （水） NH H （水）

(实质是，弱碱阳离子NH结合水中OH，形成NH和水，前后水抵消，留下H)

第二步水解：NH （水）NH H （水）

(实质是，弱碱阳离子NH结合水中OH，形成NH和水，前后水抵消，留下H)

电离与水解的辨析：

弱电解质电离：弱电解质在水中生成对应弱酸阴离子或弱碱阳离子的过程；

盐类水解：盐类中弱离子在水中生成对于“弱酸或弱碱”的过程。

注：二者反应物的“对象”不同，产物的物质种类也不同；

由上述高考真题可知，高考中很重视对于教材中化学概念的考查，教师在教学过程和高考备考过程一定要引导学生重视化学学科概念的认知与理解。

2. 广义水解的“概念及电化二元论的应用”

人教版选修4《化学反应原理》第59页课后习题第9题可以帮助我们认知广义水解的内涵。

SOCl是一种液态化合物，沸点为77℃。向盛有10mL水的锥形瓶中，小心滴加8~10滴SOCl，可观察到剧烈反应，液面上有雾形成，并带有刺激性气味的气体逸出，该气体中含有可使品红溶液褪色的SO。轻轻震荡锥形瓶，待白雾消失后，往溶液中滴加AgNO溶液，有不溶于HNO的白色沉淀析出。

液面上的雾是HCl与水形成的盐酸小液滴

SOCl HO SO↑ 2HCl↑

与之类似的COCl HO2HCl CO

SOClCOCl很显然不属于盐类，也不存在“弱离子”，但上述反应仍然属于水解，称为广义的水解。

广义的水解观认为：无论是盐的水解还是非盐的水解，其最终结果是反应中各物质和水分别解离成两部分，然后两两重新组合成新的物质。很显然，盐类水解是广义水解中的一种特殊例子。

对于广义水解认知与理解，吴文中等提出用“电性效应”来认知广义水解的规律。笔者认为可借助瑞典化学家贝采尼乌斯（JönsJakobBerzelius）的“电化二元论”来认知与理解。电化二元论认为：化合物都是由两种电性质不同(即带正电荷和负电荷)的组分构成的，在水解反应时，显正价的与水中OH形成对应物质;显负价的与水中H结合形成对应物质。

为了学生更好的掌握广义水解的反应规律，笔者提出书写广义水解的模型。假设化合物AB中（A,B均代表原子或原子团）A显正电性，B显负电性，则AB水解的模型为：AB HOAOH HB

即显正电性的A与HO电离出的OH结合形成AOH；显负电性的B与HO电离出的H结合形成HB。

例如，2006年江苏卷中考查了卤素互化物BrCl与水发生的水解反应方程式，

BrCl HO═HCl HBrO 。

类似的还有IBr,ICl等与水发生的水解反应。

广义水解理论在无机反应中的应用主要有以下几种类型：

（1）含弱酸阴离子、弱碱阳离子的盐的水解。例：Fe 3HOFe(OH) 3H

（2）金属氮化物的水解，例如：MgN 6HO═3Mg(OH) 2NH↑

（3）金属硫化物的水解，例如：AlS 6HO═2Al(OH) 3HS

（4）金属碳化物的水解，例如：CaC 2HO═Ca(OH) CH↑

（5）金属过氧化物的水解，例如CaO 2HO═Ca(OH) HO

2HO═2HO O↑

NaO、BaO与水反应均属于该类型。实验室常用过氧化钡（BaO）与稀硫酸反应来制备HO便是广义水解的知识规律的应用。

2. 非金属卤化物的水解，例如：SiCl 4HO═HSiO 4HCl

类似的还有PCl 4HO═HPO 5HCl。烟幕弹中SiCl产生烟幕的原理便是广义水解的知识规律的应用。

人教版选修4《化学反应原理》第58页还介绍了利用水解原理制备纳米材料。溶液浓度较低,可以利用水解反应来获得纳米材料,此时氢氧化物可变为氧化物.如果水解程度很大,还可用于无机化合物的制备,如制纳米TiO：

TiCl (x 2)HO══TiO.xHO 4HCl

TiO•xHO ═ TiO xH2O

“电化二元论”不仅能帮助学生理解无机化学反应中的很多非盐水解反应，还能帮助学生理解很多有机物的水解反应。

（1）酯类的在酸性环境下水解：

RCOOR HORCOOH ROH

在酯中,与C原子以单键相连的O电负性大于C，该O原子附近的电子密度更大，显负电性，而酯基的C显正电性。在水解反应过程中，醇羟基氧原子结合水中H形成醇ROH，而羧基碳原子结合OH形成RCOOH。

（2）酯类的在碱性环境下水解：

RCOOR HORCOOH ROH

RCOOH NaOH═RCOONa HO

（3）氯代烃的水解：

RCl HOROH HCl

在卤代烃中Cl显示负电性，与水电离出的H 结合生成HCl,而R-与水电离出来的OH形成ROH。同理，这种处理方式不代表氯代烃水解本质。

（4）醇钠的水解：

例如乙醇钠的水解：CHCHONa HOCHCHOH NaOH

在乙醇钠中，Na显正电性与水电离出OH结合生成NaOH,而CHCHO与水电离出H结合生成CHCHOH。

其他的如二糖及多糖、多肽及蛋白质的水解反应均可借助“电化二元论”进行理解。

必须要说明的是，借助瑞典化学家贝采尼乌斯（JönsJakobBerzelius）的“电化二元论”书写广义水解反应方程式是一种在高中阶段解决问题的方法，不能认为它就是有机物水解反应的机理或本质。

三、广义水解在高考真题中的考查

广义水解的在高考题中出现的频次比较多,不妨分析几个经典例子引导学生知识能力的迁移。

1.（2009，海南,15题）Li﹣SOCl电池可用于心脏起搏器．该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl﹣SOCl．电池的总反应可表示为：4Li 2SOCl═4LiCl S SO．

请回答下列问题：

（3）SOCl易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl，有NaSO和NaCl生成．如果把少量水滴到SOCl中，实验现象是　　　　　　，反应的化学方程式为　　　　　　；

解析：本题考查非盐物质SOCl的水解：SOCl HO═SO↑ 2HCl↑，生成气体具有刺激性并形成酸雾．

故答案为：出现白雾，有刺激性气体生成；SOCl HO═SO↑ 2HCl↑。

2.（2010•广东,31题）硼酸（HBO）在食品、医药领域应用广泛．

（1）请完成BH气体与水反应的化学方程式：BH 6HO═2HBO 　　　　。

解析：BH中B显正电性与水电离出的OH生成HBO则BH中H应该显负电性与水电离出的H生成H。

故答案：BH 6HO═2HBO 6H↑　

3．（2011•海南，14题）镁化合物具有广泛用途，请回答有关镁的下列问题：

（2）CHMgCl是一种重要的有机合成剂，其中镁的化合价是　　　　　　，该化合物水解的化学方程式为　　　　　　；

解析：（2）CHMgCl中，Cl元素的化合价是﹣1价，H元素的化合价是 1价，C元素的化合价是﹣4价，所以镁元素的化合价是 2价，CHMgCl水解生成氢氧化镁、氯化氢和甲烷，水解方程式为：CHMgCl 2HO═Mg(OH) CH↑ HCl，

故答案为： 2；CHMgCl 2HO═Mg(OH) CH↑ HCl；

4.（2012•江苏,20题）铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛．

②AlC是反应过程中的中间产物．AlC与盐酸反应（产物之一是含氢量最高的烃）的化学方程式为　　　　　　．

解析：AlC中Al元素的化合价是 3价，C元素的化合价是-4价。AlC水解生成Al(OH)和CH，AlC水解方程式为：AlC 12HO═4Al(OH) 3CH↑,

Al(OH)继续与HCl反应：Al(OH) 3HCl═AlCl 3HO。

故该反应方程式为：AlC 12HCl═4AlCl 3CH↑

故答案为：AlC 12HCl═4AlCl 3CH↑

6.（2013•海南，14题）溴及其化合物广泛应用于医药、农药、纤维、塑料组燃剂等，回答下列问题：

（2）溴与氯能以共价键结合形成BrCl．BrCl分子中，　　　显正电性．BrCl与水发生反应的化学方程式为　　　　　　；

解析：溴与氯能以共价键结合形成BrCl中Br元素的化合价是 1价，Cl元素的化合价是-1价,故Br显正电性。BrCl与水反应的方程式为：BrCl HO═HCl HBrO。

故答案为：BrCl分子中，　Br显正电性．BrCl与水发生反应的化学方程式为　BrCl HO═HCl HBrO。

7.（2013•大纲卷，28题）制备氮化镁：

请用化学方法确定是否有氮化镁生成，并检验是否含有未反应的镁，写出实验操作及现象 。

解析：MgN中Mg元素的化合价是 2价，N元素的化合价是-3价,故MgN与水反应的方程式为：MgN 6HO═3Mg(OH) 2NH↑。

故答案为：取少量产物于试管中，加入少量蒸馏水，试管底部有沉淀生成，可闻到刺激性氨味（把湿润的红色石蕊试纸放在管口，试纸变蓝），证明产物中含有氮化镁；弃去上清液，加入盐酸，若观察到有气泡产生，则证明产物中含有未反应的镁。

8.（2014•安徽,28题）LiPF是锂离子电池中广泛应用的电解质，某工厂用LiF、PCl为原料、低温反应制备LiPF，其流程如下：

已知：HCl的沸点是﹣85.0℃，HF的沸点是19.5℃．

2. 该流程需在无水条件下进行，第③步反应中PF极易水解，其产物为两种酸，写出PF水解的化学方程式：　　　　　　．

解析：PF中P元素的化合价是 5价，F元素的化合价是-1价,故PF与水反应的方程式为：PF 4HO═HPO 5HF。

故答案：　PF 4HO═HPO 5HF　

9.（2015•浙江,27题）Ⅱ．化合物甲和NaAlH都是重要的还原剂．一定条件下金属钠和H反应生成甲．甲与水反应可产生H，甲与AlCl反应可得到NaAlH．将4.80g甲加热至完全分解，得到金属钠和2.24L（已折算成标准状况）的H。

请推测并回答：

（3）NaAlH与水发生氧化还原反应的化学方程式　　　　　　　　　　　　。

解析：NaAlH中Na元素的化合价是 1价，Al元素的化合价是 3价,H元素的化合价是-1价,故NaAlH与水反应的过程可认为是：

NaAlH 4HO═ NaOH Al(OH) 4H↑; NaOH Al(OH) ═ NaAlO 2HO。

故总反应为：NaAlH 2HO=NaAlO 4H↑

故答案：NaAlH 2HO=NaAlO 4H↑

10.（2016•天津,7题）下表为元素周期表的一部分。

回答下列问题

（5）碳与镁形成的1mol化合物Q与水反应，生成2molMg（OH）和1mol烃，该烃分子中碳氢质量比为9:1。Q与水反应的化学方程式为__________。

解析：根据MgC中Mg元素的化合价是 2价，C元素的化合价均价是-4/3价。MgC水解方程式为：MgC 4HO= 2Mg(OH) CH↑

故答案： MgC 4HO= 2Mg(OH) CH↑

11.（2018•卷III,28题）

三氯氢硅（SiHCl）是制备硅烷、多晶硅的重要原料。回答下列问题：

（1）SiHCl在常温常压下为易挥发的无色透明液体，遇潮气时发烟生成(HSiO)O等，写出该反应的化学方程式__________。

解析：根据三氯氢硅（SiHCl）中Cl元素的化合价是-1价，生成物之一为(HSiO)O，可推测另一种生成物为HCl。因此，SiHCl水解方程式为：

2SiHCl 3HO(HSiO)O 6HCl

故答案为：2SiHCl 3HO(HSiO)O 6HCl

12.（2019•天津卷,化学卷第7题）

（4）SbCl能发生较强烈的水解，生成难溶的SbOCl，写出该反应的化学方程式___________________。

解析：根据SbCl中Cl元素的化合价是-1价，生成物之一为SbOCl，可推测另一种生成物为HCl。因此，SbCl水解方程式为：SbCl HOSbOCl 2HCl

故答案为：SbCl HOSbOCl 2HCl

13.(2020年1月浙江省普通高校招生选考科目考试，26题）

(1)比较给出H能力的相对强弱：HO________CHOH(填“)”、“＜”或“＝”)；用一个化学方程式说明OH和CHO结合H能力的相对强弱________。

解析：因为HO是弱电解质，能发生电离：HOH OH;而CHOH为非电解质，因此给出H能力HO＞CHOH。因为乙醇钠能发生广义水解反应生成更难电离的CHOH，方程式为：CHONa＋HONaOH＋CHOH，因此CHO结合H能力的更强。

故答案为：＞ CHONa＋HONaOH＋CHOH

2（2020年天津市学业水平等级考适应性测试）

（3）CHCl与SiHCl空间构型相似，但性质不同：前者不易与水反应，但后者与水剧烈反应，生成两种酸和一种气体，写出该反应的化学方程式：___________________。

解析：根据三氯氢硅（SiHCl）中H、Cl元素的化合价均是-1价，Si元素的化合价是 4价，题干中提示生成物为两种酸和一种气体。因此，SiHCl水解方程式为：

SiHCl 3 HOHSiO↓ 3HCl H↑

故答案为：SiHCl 3 HOHSiO↓ 3HCl H↑

综上所述，盐类水解是广义水解的重要部分之一，而广义水解是高考的考查“热点”。学生在学习盐类水解的知识时，不应局限于掌握盐类水解的知识规律，而应拓展视野巧借瑞典化学家贝采尼乌斯（JönsJakobBerzelius）的“电化二元论”的化学思想进一步深入理解并掌握广义水解的知识规律。同时，必须要跟学生说明“电化二元论”的化学思想只是一种在高中阶段解决广义水解反应一类问题的处理方法，不能直接认为它就是广义水解反应的机理或本质。

参考文献

[1][4]R.B.赫斯洛普等，《高等无机化学》下册，人民教育出版社，1981

[2]冯长君.水解反应机理[J].大学化学，1991，（5）：31~34.

[3]宋心琦主编，《普通高中课程标准实验教科书化学 选修4化学反应原理》，人民教育出版社，2007

[5]吴文中，何淼，陈越峰，解读“广义水解”增强学生“电性效应”的运用能力[J].化学教学，2016第2期