3.3 水的俗名叫作氫氧化氫

水是高中最弱的弱電解質，常溫純水因電離程度過于微弱常被誤認為不能夠導電。但正是這樣的微弱電離，卻讓水在參與化學反應時變得撲朔迷離，學生學習時也覺得苦不堪言。

除了水之外其他的弱電解質還包括弱酸（除掉硫酸、鹽酸、硝酸、氫溴酸、氫碘酸、高氯酸外的其他酸）、弱堿（除去氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鋇外的堿及一水合氨）。弱電解質定義是在水溶液中不能夠完全電離的電解質，從另一個更具有實用價值的角度解讀就是那些在溶液中分子與離子必須共存的電解質。

3.3.1 水與金屬單質、非金屬單質及某些化合物的反應

水的俗名是氫氧化氫，盡管沒有酸、堿之名，但可以當作最廣義的酸或堿看。水與金屬單質的反應可以從另外一個角度解讀為置換反應：

盡管反應中生成物氫氣的系數為分數并不符合規范的化學方程式書寫，但這樣的寫法體現了得失電子的守恒關系，且能推導出其余金屬與水反應的通式：

盡管隨著金屬活動順序減弱，反應條件越來越困難，生成的氫氧化物穩定性下降，從金屬鐵開始表面上這個通式不再適用（鐵與水生成氧化物和氫氣，在本章第一部分提過）。但這樣的通式用于金屬單質與一般氧化性酸的置換及訓練守恒思想還是很有必要的。

前面已經提到只有活潑金屬的氧化物可以與水反應。在這一節中，可以通過水的俗名叫作氫氧化氫這一思想進一步探究方程式的書寫：

反應物與生成物中的水最終在總方程式中會被約去，最終成為：

這種導向復分解的過程更可以解決掉過氧化鈉與水反應中存在的疑問。

生成的雙氧水不穩定，長時間放置或受熱分解生成氧氣。

合并得出總方程式為：

總方程式掩蓋了太多的事實，只看總方程式就無法解釋過氧化鈉與水反應不再產生氣泡后加入二氧化錳繼續產生大量氣泡的原因，更無法探究反應后溶液滴入酚酞溶液不會呈現紅色的原因。

再強調一次前文提到的知識點：氧化鈉是堿性氧化物，過氧化鈉不是堿性氧化物。堿性氧化物的定義是能夠與酸反應只生成鹽和水的氧化物。從氧化鈉、過氧化鈉分別與水的反應方程式也可以學到一個新的技巧：讓金屬氧化物理論與水反應得到產物僅能生成堿的就是堿性氧化物。

除了金屬氧化物，一些特殊的金屬化合物如：CaC2、NaH、CaS、Al4C3、Mg3N2等都可以與水發生化學反應。

氯氣按1：2溶于水，溶于水的部分氯氣可以與水反應，生成鹽酸與次氯酸。因為是部分進行的反應，所以方程式中需要用可逆號進行連接。這個反應屬于歧化反應，也叫作自身氧化還原反應。從水的角度進行分析可以得出：

這個反應提示，鹵素可以通過自身氧化還原反應與水結合生成對應產物，于是可以寫出溴單質與水的反應方程式：

類鹵素通常是指由不同鹵族元素組成的化合物，如IBr、ICl等，或有兩個及兩個以上電負性較大的元素的原子組成的原子團，因其化學性質與鹵素單質相似，故稱擬鹵素，又稱類鹵素。而由不同鹵族元素組成的化合物，也叫鹵素互化物。

目前已分離出的擬鹵素有氰（CN）2、硫氰（SCN）2等。

參照氯氣與水的反應方程式，這一類物質與水的反應也可以得出：

需要注意鹵素互化物與水的反應不屬于自身氧化還原反應。

結合以上反應特點，將水拆分為氫離子和氫氧根的方法非常有助于推知陌生反應方程式。

如命題中曾經見過的四氯化碳與高溫水蒸氣的反應。

先分析四氯化碳的化合價，根據“前正后負”的原則，可知碳為+4價氯為-1價。結合物理學中同種電荷相排斥，異種電荷相吸引的原理，可以推知四氯化碳與水的反應為：

CCl4+4H2O(H+/OH-)→4HCl+C(OH)4

非金屬是成酸元素，因此將產物可以寫成H4CO4，這個物質并沒有見過，可以將產物進行脫水，直至生成你所認識的酸，這樣就得到了H2CO3這個非常熟悉的酸。再結合題干中所提到的高溫條件，可知最終生成的碳酸還會繼續分解生成二氧化碳。

類似的反應還有高中教材中提到的一個耐高溫、耐磨、耐腐蝕的新型材料氮化硅。命題中也曾出現氮化硅與水的反應方程式。根據上面得到的結論，可以將該方程式寫作：

實際反應過程遠比高中教材中所給出的反應方程式更復雜。因此提到的水拆分為氫離子與氫氧根的方法不僅對方程式記憶很有幫助，而且十分利于對陌生方程式進行推導。但不要忽略反應過程的復雜性，就如前面提到的二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中一樣，因二氧化碳通入量的不同產物也不同。如上面提到的四氯化碳與水的反應方程式，如果反應不充分，可以生成光氣這種產物。

現在將生成光氣的反應方程式，表述如下：

因此前面也提到了學與考在高中階段關系非常微妙。利用上面提到的方法去解決實際問題時，還要注意閱讀題干信息，結合題干要求。

無機化學是離子層面的反應，因此可以將水改為氫離子與氫氧根。有機化學是原子層面的反應，有水參與的有機化學反應，可以將水拆分為氫原子與羥基。有機化學中，酯的水解、鹵代烴的水解，以及化學與生物結合部分的肽鍵或蛋白質的水解都可以利用將水拆為氫原子與羥基的形式進行分析。

無機化學中水參與反應不能拆為氫離子與氫氧根離子的一個特例反應為：

這個反應因氟單質的氧化性過于強，所以與水直接發生氧化還原反應為主。

艾氏學習法強調的是抓住核心問題，重視分析過程而不是簡單的結果記憶。

利用水的俗名——氫氧化氫，這種方式不僅可以解決金屬單質、非金屬單質及部分化合物與水的直接反應，而且可以將這個知識點繼續拓展下去。

如氯氣與氫氧化鈉溶液的反應方程式就可以將過程拆分為氯氣先與水反應生成的兩種酸，酸再與氫氧化鈉進行中和反應，最終合并方程式就可以得到制取漂白液的反應方程式：

過氧化鈉加入氯化亞鐵溶液。先是過氧化鈉與水生成氫氧化鈉與雙氧水，之后雙氧水不穩定分解生成水與氧氣，氫氧化鈉與氯化亞鐵復分解生成氫氧化亞鐵沉淀，生成的氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成氫氧化鐵。有了這樣的過程，分析過氧化鈉與氯化亞鐵的反應方程式，就可以自行組合。

對于最后這個反應方程式，之所以沒有給出最終的答案還是秉承重分析過程而不是簡單的結果記憶。這個反應方程式最終可以寫出過氧化鈉與氯化亞鐵1：2或等量反應這兩個主流方程式。

水參與的能夠進行到底或大部分能夠進行的反應可以利用拆分的方式進行分析。溶液中那些因生成弱電解質而發生的微弱水解過程，是否也可以利用這種方式進行分析？在下一節中提到。

3.3.2 鹽類水解與雙水解

首先明確一點：高中階段接觸的鹽除非特殊說明都是強電解質（高中階段最典型的弱電解質鹽有醋酸鉛、氯化亞汞等），在溶液中完全以離子形式存在。

但并非所有的鹽溶液都是中性溶液。常見的如碳酸鈉溶液、醋酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液等都屬于堿性溶液，常見的如氯化銨溶液、氯化鐵溶液等都屬于酸性溶液。鹽本身無所謂酸性或者堿性，這里著重強調的是：鹽形成的溶液并非中性。稍稍細心的讀者就會從文字中發現，鹽溶液呈現酸、堿性與水的存在相關。

碳酸鈉俗名純堿，如前所述不是因為碳酸鈉本身有堿性，而是其水溶液（溶液由溶質和溶劑水共同構成）呈現堿性：

溶質碳酸鈉完全電離生成的碳酸根與溶劑水電離的氫離子結合可以生成弱電解質碳酸，因此有：

水解過程消耗了溶液中的氫離子，使溶液中氫氧根離子多于氫離子而呈現堿性。水解的逆過程是中和反應，中和是高中階段最容易、最完全、最強的反應，可以推知鹽類水解的程度都很微弱（1%左右）。生成的碳酸很少，不能分解生成二氧化碳離開溶液，因此寫作碳酸的分子形式。

初學化學中對這種微弱的反應是不研究的。化學知識推進到對于水的研究這一階段時，結合弱電解質的另外一種定義解釋：在溶液中分子與離子必須同時存在的電解質，鹽類的微弱水解，而使溶液呈現酸性或堿性的原因就有了理論支撐。

同樣的分析過程，可以推知氯化銨與氯化鎂的溶液都會呈現酸性：

鹽類水解的程度微弱，產物中的一水合氨不分解、氫氧化鎂不寫沉淀符號。同時需要注意多元弱酸根離子的水解分步寫，多元弱堿的水解不用分步寫。

對上面知識進行一次歸納總結：鹽電離出的陰離子或陽離子與水微弱電離出的氫離子或氫氧根離子結合，能夠生成弱電解質的過程就叫作鹽類的水解。水解方程式書寫時遵循“沉不沉，氣不氣，中間用可逆”，也就是該是沉淀的物質，不要寫沉淀符號，該是氣體的也不要寫氣體符號，中間必須用可逆號連接表示反應微弱進行，無法形成沉淀和氣體。

三價鐵、三價鋁這樣的離子水解時盡管程度仍然不大，但比一般的離子水解程度大很多，因生成的氫氧化鐵/氫氧化鋁顆粒增大形成膠體用于凈水。

鋁鹽[KAl（SO4）2·12H2O等]凈水的原理。

鹽電離出的陰、陽離子同時發生水解稱作雙水解過程：

陰、陽離子同時進行的水解叫作雙水解，這兩個水解過程可以相互促進，也稱作互促水解。但這種促進作用十分有限，仍然無法抗衡中和反應的影響，因此還是微弱的過程，甚至連凈水級別的水解程度都無法達到。

上述反應因為最終銨根離子和醋酸根離子的水解程度過于接近，再去討論溶液酸、堿性已經失去意義了，因此認為醋酸銨溶液呈現中性，兩個水解過程也可以合并在一起去寫：

按照水解的程度進行一次簡單的排序：普通的鹽類水解，其程度極其微弱，一般可認為約為1%；雙水解也叫作互促水解，其水解程度稍微增強，可以計為2%；能夠起到凈水作用的三價鐵與三價鋁的水解程度可計為10%，以作為區分。這里面所說的水解程度以百分比計量，并不是實際的水解程度，而是進行程度劃分的需要。

鹽類的水解在抗衡中和反應中屢屢落敗，那么會不會有翻盤的機會呢？當凈水級別的鋁離子或三價鐵與某些陰離子相遇，相互的強烈互促可以使這種雙水解幾乎進行完全，足以對抗中和反應：

當陰、陽離子互促水解開始，鋁離子的水解程度增大，生成的氫氧化鋁突破了膠體級別直接沉淀。這種沉淀的結果必將是原有水解平衡的打破，促使更多的三價鋁水解，同時提供更多的氫離子去促進碳酸根的水解。這種出格的互促使得碳酸也不再安分，直接分解為二氧化碳脫離溶液體系。二氧化碳的離開又開啟了新一輪的水解平衡移動，使更多的碳酸根水解提供更多的氫氧根離子去促進氫氧化鋁的沉淀……

這樣一個無盡循環的最終結果就是溶液中的絕大部分鋁離子和碳酸根通過沉淀和氣體的形式離開溶液，最終無視了中和反應的存在而使雙水解“進行到底”。

陰、陽離子水解程度都接近了百分百，寫在一個方程式中并且標注出沉淀氣體符號就是雙水解到底的特權。

雙水解到底要求陰離子要具備能夠結合氫離子形成氣體或難溶物離開溶液的能力。這樣的離子主要有碳酸根離子、碳酸氫根離子、亞硫酸根離子、亞硫酸氫根離子、偏鋁酸根離子、硅酸根離子、硫離子、硫氫根離子等。其中鋁離子與碳酸氫根離子的雙水解到底也是生活中泡沫滅火器的反應原理。

不能達到凈水級別的陽離子也可以雙水解到底，但需要加熱條件。

加熱條件，因HCl具有揮發性，加熱增強其揮發性，揮發過程減少了溶液的H+，促使鎂離子的水解程度增大，遠遠超過前面提到的1%級別，鎂離子水解程度增大最終形成沉淀促使鎂離子的水解過程正向移動，進而產生更多的氫離子，而這些氫離子又會因HCl的揮發被帶離溶液……最終氯化鎂完全消失，水解程度完成，總方程式表示為：

如氯化鎂溶液加熱條件下都可以雙水解到底。

因此加熱蒸干氯化鎂溶液并不能得到氯化鎂晶體，而得到氫氧化鎂。如果想得到氯化鎂晶體，需要將氯化鎂溶液加熱蒸干，得到氯化鎂的結晶水合物，也就是不要將水完全蒸干，之后將氯化鎂的結晶水合物在干燥的氯化氫氣流中脫水以防止鎂離子水解，最終得到氯化鎂固體。

同樣利用鹽類水解的知識，實驗室中保存硫酸亞鐵溶液，需要在溶液中添加少量硫酸，以抑制二價鐵的水解。同時為了防止二價鐵被空氣中氧氣氧化，生成三價鐵雜質，還需要加入少量還原鐵粉。

鹽類水解的知識在生活和化學考題當中應用廣泛，如用熱的碳酸鈉溶液清洗油污、用氯化銨溶液清除鐵銹、明礬凈水、氫氧化鐵膠體制備等都是鹽類水解的應用。