皂化把脂肪或油(一种酯)与浓氢氧化钠一起煮沸,制出肥皂和甘油,例如 (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH → 3C17H35COONa + C3H5(OH)3。随后加盐把肥皂沉淀出来。
肥皂是通过皂化制成的,皂化就是脂肪或油的碱性水解。脂肪和油是甘油(丙-1,2,3-三醇)与长链脂肪酸形成的酯,把它们与氢氧化钠一起煮沸,会打断酯键,生成脂肪酸的钠盐,也就是肥皂,并伴随甘油。
这个反应是中五消费者与工业化学一章里肥皂部分的核心,考试会考方程式、条件和盐析这一步。
配平方程式
以典型脂肪甘油三硬脂酸酯与氢氧化钠反应为例:
(C17H35COO)3C3H5(l) + 3NaOH(aq) → 3C17H35COONa(aq) + C3H5(OH)3(aq)
这里 (C17H35COO)3C3H5 是脂肪(甘油的一种酯),C17H35COONa 是硬脂酸钠,即肥皂,C3H5(OH)3 是甘油。摩尔比是关键:一个脂肪分子与三个氢氧化钠反应,因为脂肪有三个酯键,生成三个肥皂分子和一个甘油。
一般地说:
脂肪或油 + 3NaOH → 3 肥皂 + 甘油
在不要求完整化学式的地方可以用文字方程式,但脂肪与碱 1 : 3 的比例必须写对。
所需条件
- 浓氢氧化钠溶液是试剂。
- 混合物要加热(煮沸),常在回流下进行,以水解酯。
- 结束时加入饱和氯化钠溶液(盐水)把肥皂沉淀出来。
现象
- 脂肪与碱一起煮沸时,随着肥皂生成,混合物变成浓稠、浑浊的糊状。
- 加入饱和盐溶液后,固体肥皂分离并浮到上层,这就是盐析,可被过滤取走。
- 下层含有甘油和溶液中任何过量的碱。
肥皂在浓盐溶液中的溶解度比在水中小得多,这正是加盐水能把它逼出为固体的原因。
皂化是酯化的逆反应
皂化是酯的碱性水解,所以它本质上是酯化的逆反应:酯化把酸和醇结合成酯和水,皂化则用碱把酯(脂肪)拆回羧酸盐和甘油。把这两个反应当成一对来看,能帮你同时记住两者,这也是考试有时会看重的联系。
一句话说明肥皂如何起作用
肥皂分子有一条溶于油脂的、长长的非极性烃尾,和一个溶于水的离子性 -COO− Na+ 头。这种双重性质让肥皂能把油脂从布上举起、并以乳浊液的形式把它留在水里,这正是同一章在皂化之后接着讲去污作用的原因。
懂得肥皂离子的结构,就把制皂和它如何去污连了起来。
常见错误
用脂肪与氢氧化钠 1 : 3 的比例,非常常见的错误是写成 1 : 1。记住有两个产物,肥皂和甘油;不要漏掉甘油。
把盐命名为脂肪酸的钠盐(肥皂),并说明是把浓氢氧化钠与脂肪一起煮沸。不要把盐析用的氯化钠与作试剂的氢氧化钠混淆。
在 SPM 考试中的出现方式
在 试卷二 (4541/2) 里,你可能要写出皂化方程式、命名两个产物、说出条件,并解释盐析这一步。在 试卷一 (4541/1) 里,客观题会考试剂、产物和加盐的目的。
在 试卷三 (4541/3) 里,把油与氢氧化钠一起煮沸制皂再盐析,是一项经典操作。把答案锚定在脂肪 + 碱 → 肥皂 + 甘油上,整道制皂题就迎刃而解了。
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