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水解

水有分解和融合材料的双重特性,水解是一种分解技术。水解是一种化工单元过程,是利用水将物质分解形成新的物质的过程。水解是盐电离出的离子结合了水电离出的氢离子和氢氧根离子生成弱电解质分子的反应。水解是物质与水发生的导致物质发生分解的反应(不一定是复分解反应)也可以说是物质与水中的氢离子或者是氢氧根离子发生反应。

水解是一种化工单元过程,是利用水将物质分解形成新的物质的过程。通常是指盐类的水解平衡。

盐类的水解就是指盐中的弱碱阳离子或者酸根离子与水电离产生的氢离子或者氢氧根离子结合,生成弱电解质的过程。

水解反应就是盐在溶液中和水作用而改变溶液酸度的反应需要在一定温度条件下进行。

水与另一化合物反应,该化合物分解为两部分,水中氢离子加到其中的一部分,而羟基加到另一部分,因而得到两种或两种以上新的化合物的反应过程,满足这些条件的叫做水解。工业上应用较多的是有机物的水解,主要生产醇和酚。水解反应是中和或酯化反应的逆反应。大多数有机化合物的水解,仅用水是很难顺利进行的。根据被水解物的性质水解剂可以用氢氧化钠水溶液、稀酸或浓酸,有时还可用氢氧化钾、氢氧化钙、亚硫酸氢钠等的水溶液。这就是所谓的加碱水解和加酸水解。水解可以采用间歇或连续式操作,前者常在塔式反应器中进行,后者则多用釜式反应器。典型的水解有五种类型。

典型的水解有五种类型 [1]

①卤化物的水解

通常用氢氧化钠水溶液作水解剂,反应通式如下:

R-X+NaOH─→R-OH+NaX

Ar-X+2NaOH─→Ar-ONa+NaX+H2O

式中R、Ar、X分别表示烷基、芳基、卤素。脂链上的卤素一般比较活泼,可在较温和的条件下水解,如从氯苄制苯甲醇;芳环上的卤素被邻位或对位硝基活化时,水解较易进行,如从对硝基氯苯制对硝基酚钠。


  

②芳磺酸盐的水解

通常不易进行,须先经碱熔,即以熔融的氢氧化钠在高温下与芳磺酸钠作用生成酚钠,后者可通过加酸水解生成酚。如萘-2-磺酸钠在300~340℃常压碱熔后水解而得2-萘酚。某些芳磺酸盐还需用氢氧化钠和氢氧化钾的混合碱作为碱熔的反应剂。芳磺酸盐较活泼时可用氢氧化钠水溶液在较低温度下进行碱熔。


  

③胺的水解

脂胺和芳胺一般不易水解。芳伯胺通常要先在稀硫酸中重氮化生成重氮盐,再加热使重氮盐水解。反应通式如下:

Ar-NH2+NaNO2+2H2SO4─→Ar-N2HSO4+NaHSO4+2H2O

Ar-N2HSO4+H2O─→ArOH+H2SO4+N2

如从邻氨基苯甲醚制邻羟基苯甲醚(愈创木酚)。芳环上的氨基直接水解,主要用于制备1-萘酚衍生物,因它们有时不易用其他合成路线制得。根据芳伯胺的结构可用加碱水解、加酸水解或亚硫酸氢钠水溶液水解。如从1-萘胺-5-磺酸制1-萘酚-5-磺酸便是用亚硫酸氢钠水解。


  

④酯的水解

油脂经加碱水解可得高碳脂肪酸钠(肥皂)和甘油;制脂肪酸要用加酸乳化水解。低碳烯烃与浓硫酸作用所得烷基硫酸酯,经加酸水解可得低碳醇。


  ⑤蛋白质的水解

蛋白质在酶的作用下,水解位点特定,用于一级结构,分析肽普。蛋白质在酸的作用下,色氨酸破坏,天冬酰胺和谷氨酰胺脱酰胺基。

分四类:

一、强酸强碱盐不发生水解,因为它们电离出来的阴、阳离子不能破坏水的电离平衡,所以呈中性。

二、强酸弱碱盐,我们把弱碱部分叫弱阳,弱碱离子结合从水中电离出来的氢氧根离子,破坏了水的电离平衡,使得水的电离正向移动,结果溶液中的氢离子浓度大于氢氧根离子浓度,使水溶液呈酸性。

三、强碱弱酸盐,我们把弱酸部分叫弱阴,同理弱阴结合从水中电离出来的氢离子,使得溶液中氢氧根离子浓度大于氢离子浓度,使溶液呈碱性。

四、弱酸弱碱盐,弱酸部分结合氢,弱碱部分结合氢氧根,生成两种弱电解质,再比较它们的电离常数Ka、Kb值的大小(而不是水解度的大小),在一温度下,弱电解质的电离常数(又叫电离平衡常数)是一个定值,这一比较就可得出此盐呈什么性了,谁强呈谁性,电离常数是以10为底的负对数,谁负得少谁就大。总之一句话,盐溶液中的阴、阳离子结合着从水中电离出来的氢离子或氢氧根离子能生成弱电解质的反应叫盐类的水解。

1、盐浓度:盐的浓度越小,它的水解度越大。

2、温度:在分析化学中和无机制备中常采用升高温度使水解完全以达到分离和合成的目的。

3、酸度:根据平衡方程原理,可通过控制酸度来控制水解平衡。

(1)含弱酸阴离子、弱碱阳离子的盐的水解,例如:Fe3++3H2O=Fe(OH)3+3H+,CO32-+H2O=HCO3-+OH-

(2)金属氮化物的水解,例如:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3

(3)金属硫化物的水解,例如:Al2S3+6H2O=2Al(OH)3+3H2S

(4)金属碳化物的水解,例如:CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

(5)非金属卤化物的水解,例如:PCl3+3H2O=H3PO3+3HCl

此类反应多为水分子攻击卤原子,但也有例外,如NCl3水解:

NCl3+3H2O=NH3+3HClO

该反应为水分子攻击氮原子。

水解反应)(有机反应)

1.卤代烃在强碱水溶液中水解,例如:CH3CH2-Cl+H-OH△NaOH

CH3CH2OH+HCl→CH3CH2Cl+H2O

2.醇钠的水解,例如:CH3CH2ONa+H2O=CH3CH2OH+NaOH

3.酯在酸、碱水溶液中水解,例如:

CH3COOCH2CH3+H2OH△→CH3COOH+CH3CH2OH

CH3COOCH2CH3+NaOH+ H2O=CH3COONa+CH3CH2OH

4.二糖、多糖的水解,例如淀粉的水解:(C6H10O5)n+nH2O→nC6H12O6(葡萄糖)

5.二肽、多肽的水解,例如H2NCH2CONHCH2COOH+H2O→2H2NCH2COOH

6.亚胺的水解ArCH=N-PhH20 H+ →ArCHO+PhNH2

注意:上述反应中“=”均为可逆符号(除酯在碱中水解的反应),水解产物量很小,不必标明沉淀或气体。

自从人类首次行走在地球上,人类遗体通常是埋葬或火化。不过,有一种创新办法正在引起人们的兴趣——用碱液来水解尸体,使其变成褐色的糖浆物,冲入下水道就行了。

此过程叫碱水解,美国16年前就开发出了此技术,主要用于处理动物尸体。通过把一个巨大的像高压锅似的不锈钢筒里的碱液加热到300度,再升压到每平方英寸60磅的压力之下,就可以水解尸体了。到2013年,全世界只有美国医疗中心用它来处理人类尸体 ——全是用于研究的捐赠者的遗体。

由于此办法具有环保优势,一些殡仪馆表示它有一天会胜过埋葬和火化。不过,让公众接受此办法可能面临最大挑战,这会让一些人感到可怕。因为心理变态者和独裁者用酸或碱来折磨或杀害他们的受害人。因此,这一办法的兴起就引起美国社会的很大争论,其中美国有些地方在法律上禁止此办法的应用。

然而,在美国明尼苏达州和新罕布什尔州,碱水解是合法的,有些丧葬承办人正在急切地推销这一办法。据报道,这种水解后的咖啡色液体具有机油一般的稠密度,还带有一股强烈的氨水气味。但支持者表示这是消过毒的,如果操作按要求进行的话,是可以安全进入下水道的。而且,碱水解不会占用埋葬和火化那么多的空间,还能减少火葬场最关心的废物排放问题——包括二氧化碳和水银的排放。

美国佛罗里达大学的二处校址分别从2005年和20世纪90年代中期开始用碱水解来消溶动物尸体。美国生物安全公司负责生产这种钢筒,他们估计大约有40-50家医院用他们的设备来处理医疗废物和动物尸体。使用者包括兽医学院、大学、制药公司和美国政府机构。

双水解反应(The double hydrolysis reaction)是指弱酸阴离子和弱碱阳离子相互促进水解,如Al3+和HCO3-,直至完全的反应。但是实际上铝离子与碳酸氢根并不一定发生完全双水解,只要稍加控制反应条件,铝离子与碳酸氢根就可以发生反应形成碱式碳酸铝盐。双水解反应发生的条件之一是水解产物是容易脱离反应体系的溶解度非常小物质,如Al(OH)3、Fe(OH)3或H2、O2等极难溶的气体。当然,若互相促进水解程度非常大水解反应也可以认为完全进行。


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