很多同学在学到盐类水解的时候都会遇到一个结论:加水稀释,能促进水解。乍一听有点反直觉,水不就是水解的原料吗?多加点水,反应确实应该更顺利,但为什么要用“稀释”这个词来解释呢?这篇文章就用大白话把这个道理讲清楚,看完你就能彻底明白为什么加水会促进水解。
先要明确一点,水解不是一次性完成的反应,而是一个可逆反应。比如氯化铁溶于水,铁离子会和水反应生成氢氧化铁和氢离子,同时氢氧化铁和氢离子又会反过来反应变回铁离子。正反应和逆反应同时进行,最后达到一个平衡状态,这时候溶液里既有没水解的铁离子,也有水解出来的产物。
既然是平衡,就遵循化学平衡的规律。平衡不是死的,外界条件一变,它就会移动。加水促进水解,本质上就是加水让这个平衡朝着水解的方向移动了。
我们用勒夏特列原理来分析。加水之后,溶液体积变大,溶液里各种离子的浓度都按同样的倍数变小了。这时候问题来了:浓度变小之后,浓度商和平衡常数之间的大小关系就变了。
关键在于,水解方程式两边粒子的数目不一样。水解这边的粒子数更多。比如铁离子加水生成氢氧化铁和氢离子,左边是一个铁离子,右边是一个氢氧化铁分子加一个氢离子,两个粒子。统一乘上水的浓度后,你会发现稀释时右边浓度下降得更厉害,也就是浓度商小于平衡常数了。体系为了恢复平衡,只能让反应往粒子数多的方向进行,也就是往水解的方向进行。
打一个通俗的比方:水解就相当于把一个大粒子拆成几个小粒子。加水稀释就像把房间变大,小粒子越多越“舒坦”,所以平衡愿意往产生更多粒子的方向走,水解就被促进了。
拿碳酸钠溶液来说,碳酸根离子水解生成碳酸氢根和氢氧根,溶液显碱性。往里面加水,碳酸根、碳酸氢根、氢氧根的浓度都下降,但由于水解产物这一边粒子更多,稀释后平衡向右移动,水解程度增大了。同样的道理,氯化铁溶液稀释后,铁离子的水解程度也增大,溶液酸性虽然变弱,但水解得更充分了。
这里要特别注意一个容易混淆的地方。
加水促进水解,说的是水解的比例变大了,也就是原本一百个铁离子可能只有几个发生了水解,稀释后这个比例会提高。但是别忘了,加水同时把整个溶液冲淡了。所以稀释之后,虽然水解程度增大,溶液里氢离子或者氢氧根的实际浓度反而下降。一句话总结:加水稀释,水解程度增大,但水解产物的浓度减小。这两个结论经常在选择题里一起出现,千万别搞混。
在有机化学里,比如乙酸乙酯的水解,水本身就是反应物。方程式里水写在反应物这一边,按照勒夏特列原理,增加反应物的浓度,平衡自然往生成物方向移动,所以加水也能促进酯的水解。这个和盐类水解的“稀释效应”逻辑上略有区别,但结论一致:水多了,水解更彻底。生活中炖肉、煮豆子的时候加够水,蛋白质和淀粉更容易水解变软,也是类似的道理。
理解加水促进水解,在实际中很有用。比如配制氯化铁溶液时要先把固体溶在浓盐酸里再稀释,就是为了抑制水解,防止出现浑浊。反过来,如果想除掉溶液里的铁离子,可以加热加水促进它水解成氢氧化铁过滤掉。答题的时候记住三步:先指出水解是可逆反应存在平衡,再说加水稀释使两边浓度都降低但生成物一边粒子多浓度商小于平衡常数,最后得出平衡向水解方向移动、水解程度增大的结论。