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电性规则在水解反应教学中的应用

范文

韩万中

摘要：为提升教学效果，以几个典型的水解反应为例，介绍用阴阳配伍为核心的电性规则解读水解反应的方法，该方法有利于将无机盐类、酯和卤代烃的水解整合在一起去把握水解反应的内涵。电性规则可以作为一种通用法则，能预测水解反应的产物，也能迁移应用到物质的氨解、醇解及酸解等反应中。

关键词：水解反应; 电性规则; 阴阳配伍; 化学教学

文章编号： 1005-6629（2019）5-0085-04 ? ? ? ? ? ?中图分类号： G633.8 ? ? ? ? ? ?文献标识码： B

1 ?问题的背景

人教版高中化学必修2教材中涉及二糖、多糖、蛋白质的水解，在选修4重点介绍各种盐类的水解以及应用，选修5又出现酯、溴乙烷的水解。另外，选修5还出现了CaC2+2H2O→Ca（OH）2+HCCH↑等反应。至此，在学生的头脑中形成了几类物质在不同情境下能够发生水解反应的印象。对于这几种典型的水解反应的教学，教师一般都是“单独处理”，没有运用一种共性的思想方法将它们统摄在一起，学生对水解知识仅停留在死记硬背和碎片化的层级，这是当前有关水解反应教学的现状。

更为现实的问题是在一些模拟甚至高考试题中并不拘泥于教材，而是泛出许多“另类”的水解（见表1），学生感觉很乱、没有抓手：这个也叫水解吗，水解反应有规律吗？……此时此刻，教师应当对水解原理重新定位思考：既然是水解，那么，物质是靠什么力量“解”开的，水起什么作用？

表

人教版对于“盐类的水解”是这样定义的：强酸弱碱盐和强碱弱酸盐溶于水时，电离产生的阳离子、阴离子分别与水电离产生的OH-或H+生成弱电解质。联系义务阶段学过的复分解反应中酸、碱或盐“交换离子”的已有知识，教师只需将盐类的水解的定义从离子的电性角度出发，就能启发学生悟出带电粒子间的阴阳配伍是盐类水解反应的共性和灵魂;也可以发现有机物的水解等与熟悉的盐类水解原理都是相通的。这有利于提高学生的知识迁移和变通能力，更有利于提升学生模型认知的素养水平。

2 ?问题的分析

观察以下5个水解反应：

水是最常见的溶剂，本身也是一种电解质，可发生极微弱的电离： H2OH++OH-;或者说，由于成键原子的电负性不同，成键电子云发生偏移，使得H2O分子中的OH原子团带部分负电荷，H原子带部分正电荷，H2O分子可以异裂为正负两个基团参与反应。

对于反应①和②，CH3COONa、 NH4Cl均为离子化合物，其电离出的阴、阳离子分别与水分子电离出的H+、OH-两部分结合;对于反应③，溴乙烷为共价化合物，分子中由于溴的电负性大于碳，所以C原子上的电子云密度较低，Br的电子云密度较高，在水溶液中存在水解平衡，CH3CH2Br+HOH ? ?δ+ ? ?δ- ? ?δ+ ? ?δ- ? ?△CH3CH2OH+HBr， NaOH的存在使水解平衡向右移动;反应④存在水解与酯化的平衡状态： CH3CO ? ? ?δ+Oδ-CH2CH3+Hδ+OHδ-

H+△CH3COOH+HOCH2CH3 ?;反应⑤中CaC2是离子化合物，电子式为Ca2+[∶CC∶]2-，其中的C2-2和Ca2+分别与水的正、负两个基团结合成两种新的物质。

上述5个反应中，①②是盐的水解，③④是有机物的水解，⑤则是二元化合物的水解，无论是哪一个它们都遵循电性规则，也就是说带相反电性的粒子“喜欢”结合在一起，通俗地说，这是自然界中一条最实在、最朴素的道理：阴阳配伍。

其实，一些物质水解机理是较复杂的，阴阳配伍只能看作一种“结果”。比如溴乙烷的水解，由于α碳原子上电子云密度较低，容易接受亲核试剂带有孤电子对的OH-进攻，α碳原子便与OH-中氧上的一对电子形成一个微弱的键（以虚线表示），与此同时，C—Br键被削弱，负电荷分散于亲核试剂与离去基团上，这时体系能量最高，达到过渡态。当OH-与α碳原子进一步接近，最终形成一个稳定的C—O键时，C—Br键便彻底断裂，Br原子带着一对共用电子对离开分子。这是溴乙烷水解的主要历程[1]，如图1所示。非常明显，亲核反应恰恰也是“遵守”电性规则的。

对比上述反应机理，用电性规则解释水解反应，有利于中学生的理解和接受，比较符合他们的认知水平。电性规则同氧化还原反应原理、离子反应原理、平衡移动原理、平衡常数思想、守恒思想、结构决定性质思想、条件控制思想一样都是我们中学化学坚持的基本观念[2]。

3 ?问题的落实

电性规则能预测水解反应的产物，可以帮助学生克服死记硬背化学方程式的现象，提高学生分析化学反应的能力。

理解以阴阳配伍为核心的电性规则并不困难，但形成自觉运用和思考相关化学反应的意识和能力不是一蹴而就的，而是一个从物质结构出发拓展应用并不断强化认识和内化的过程。

在高三总复习时，教师可从课本素材和学习的时间维度帮助学生建立电性规则。在义务教育阶段出现的复分解反应，运用阴阳配伍原理理解，简单易懂，可视为化学电性意识培养的起点;高一阶段最早接触到的金属钠是由金属阳离子和自由电子构成的金属晶体，所以钠和水反应的“原动力”可视为阴阳配伍： 2Na++2Hδ+—Oδ-H2NaOH+H2↑;Na2O2與水的反应，分为两步： Na2O2+2H2O2NaOH+H2O2， H2O2H2O+12O2↑，在第一步中Na2O2中的Na+和H2O电离出的OH-结合，O2-2与H2O电离出的H+结合形成H2O2， Na2O2投入水中不再产生气泡后，再加入少量MnO2又有O2生成，证明H2O2的存在，从而说明了上述分析的合理性;氯气和水反应，由于电子的高速运动，Cl2中也存在瞬时偶极Clδ-Clδ+，遂发生Clδ+Clδ-+Hδ+OHδ- ? ?HCl+HClO;进入高二，盐类的水解、酯和卤素原子的水解，前文已述;在原电池中，负极失去电子电势升高，盐桥中的阴离子向负极定向移动，正极得到电子，电势降低，盐桥中的阳离子向正极定向移动，也是电性规则的一种体现，电解原理也同样离不开电性规则的“控制”，常说的“阴极吸引阳离子、阳极吸引阴离子”就是这个道理。

4 ?问题的补充

电性规则只是一种规则，但不是问题的全部。有的物质表面看起来符合电性规则，但基于物质的微观结构，可能并不支持水解反应的进行。所以，教师在教学过程中不能将一个原理，或者一个规则绝对化、教条化。比如，军事上常用的烟雾剂SiCl4正是由于其发生水解反应生成HCl和H4SiO4的缘故，但与Si位于同一主族的C的化合物CCl4，既不溶于水，常温下也不和水反应。从热力学计算表明，标准状态下CCl4（l）+2H2O（l）CO2（g）+4HCl（aq） ?ΔrGθm=-377kJ·mol-1，似乎CCl4水解将会更彻底;但实际上，从动力学的观点来看CCl4的水解是禁止的，这是因为C原子属于第二周期，价电子层没有d轨道。Si处于第三周期，在SiCl4中尽管Si的化合价已饱和了，但它由于有空的3d轨道可接纳H2O中O原子上的孤电子对（最高配位数可达到6），同时“失去”HCl，反应历程如图2所示[3]。

5 ?思维的进阶

若把水看成是含H+、 OH-的物质，则含质子的溶剂，如H—OC2H5、 H—NH2，以及含羟基的溶剂，如HO—NO2等，均能发生类似于水解的反应，分别称作醇解、氨解和酸解等[4]。

例如，光气在常温下为无色气体，化学性质不稳定，能发生如下反应：

在不同的溶剂中的反应，有许多共同性，也有许多特殊性，从非水溶液体系中可以制得许多在水溶液中很难得到或根本得不到的化合物。

参考文献：

[1]汪小兰. 有机化学（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2005： 102.

[2]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，（2）： 74～78.

[3][4]严宣申. 化学原理选讲[M]. 北京：北京大学出版社， 2012： 203.

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