水合物

蓝色的晶体，加热后为什么变白？

蓝色的硫酸铜晶体放在试管里加热，管口出现水珠，晶体慢慢变成白色粉末；冷却后滴几滴水，白色粉末又变回蓝色。原来，蓝色晶体里含有水分子，它的化学式是 CuSO₄·5H₂O。白色的无水硫酸铜遇水变蓝，实验室常用它来检验水的存在。

含有一定数目水分子的晶体叫做水合物hydrate（结晶水合物），其中的水叫做结晶水water of hydration；失去全部结晶水后的物质叫做无水物anhydrous compound。

\ce{CuSO4*5H2O ->[\Delta] CuSO4 + 5H2O}

英文名： 离子化合物的名称 + 表示水分子个数的前缀（和 2.5.3 节的前缀相同）+ hydrate。失去结晶水的叫 anhydrous（无水的）。中文名： 数字 + “水合” + 盐的名称，也常省掉“合”字。

化学式	英文名	中文名	俗名
CuSO₄·5H₂O	copper(II) sulfate pentahydrate	五水合硫酸铜	胆矾、蓝矾
CoCl₂·6H₂O	cobalt(II) chloride hexahydrate	六水合氯化钴
MgSO₄·7H₂O	magnesium sulfate heptahydrate	七水合硫酸镁	泻盐（Epsom salt）
Na₂CO₃·10H₂O	sodium carbonate decahydrate	十水合碳酸钠	洗涤碱（washing soda）
CaSO₄·2H₂O	calcium sulfate dihydrate	二水合硫酸钙	石膏（gypsum）
CuSO₄	anhydrous copper(II) sulfate	无水硫酸铜

结晶水也可以不是整数：石膏加热到 150 °C 左右，失去一部分结晶水，变成 CaSO₄·½H₂O（也写作 2CaSO₄·H₂O），英文名 calcium sulfate hemihydrate，俗称熟石膏（plaster of Paris），加水后又会变硬，用来做石膏模型。

把一定质量的水合物加热，直到连续两次称量的质量不再变化（这叫恒重constant mass），减少的质量就是结晶水的质量。再用 1.5.6 节的思路：质量 = 个数 × 相对质量，所以每个盐的化学式单元结合的水分子个数是

x = \frac{m(\text{水}) \div 18}{m(\text{盐}) \div M_r(\text{盐})}

2.6 节学了物质的量以后，会知道这正是两者物质的量之比。本节的计算用高中课本常给的相对原子质量（H 1、O 16、S 32、Cl 35.5、Cu 64、Ba 137 等）。

选一种水合物，加热到恒重，再由表中的质量求出 x：

动手试试：把水合物加热到恒重，求出结晶水的个数 x

写出 Na₂CO₃·10H₂O 的英文名和中文名，并求其中结晶水的质量分数。

分步解析

名称。 盐是 sodium carbonate，10 个水分子用前缀 deca-：sodium carbonate decahydrate，中文名十水合碳酸钠。
算相对分子质量。 结晶水的质量要算进整个晶体：
$\begin{aligned} \ce{Na2CO3}: \ & 2 \times 23 + 12 + 3 \times 16 \\ & = 106 \\ \ce{10H2O}: \ & 10 \times 18 = 180 \\ \text{合计}: \ & 106 + 180 = 286 \end{aligned}$
结晶水的质量分数。
$w(\ce{H2O}) = \frac{180}{286} \times 100\% \approx \boxed{62.9\%}$
检查。 结晶水的质量超过了晶体的一半，所以这种晶体放久了失去结晶水，质量会明显减小。常见错误是只用 18（1 个水分子）去算。

2.50 g 水合氯化钡 BaCl₂·xH₂O 加热到恒重，剩下 2.13 g 无水 BaCl₂。求 x，并写出它的英文名。

分步解析

思路。 x 是每个 BaCl₂ 配几个水分子，等于两者的物质的量之比。先由质量差求出失去的水。
结晶水的质量。 加热到恒重说明水已经全部失去：
$m(\ce{H2O}) = 2.50 - 2.13 = 0.37\ \text{g}$
分别求物质的量（mol）。 M(BaCl₂) = 137 + 2 × 35.5 = 208 g/mol，M(H₂O) = 18 g/mol：
$\begin{aligned} n(\ce{H2O}) &= 0.37 / 18 \\ &= 0.0206 \\ n(\ce{BaCl2}) &= 2.13 / 208 \\ &= 0.0102 \end{aligned}$
求比值。
$\begin{aligned} x &= \frac{0.0206}{0.0102} \approx 2.0 \quad \Rightarrow \quad x \\ &= \boxed{2} \end{aligned}$
名称。 BaCl₂·2H₂O，英文名 barium chloride dihydrate，中文名二水合氯化钡。
常见错误。 直接用质量之比 0.37 : 2.13 当个数比。个数比要用物质的量之比。

练一练：这种水合物的每个化学式单元里有几个水分子？

误区 1：“CuSO₄·5H₂O 中的点是乘号。” 点表示硫酸铜和水结合在一起。算相对分子质量时要把两部分加起来：160 + 5 × 18 = 250，而不是相乘。

误区 2：“胆矾是硫酸铜和水的混合物。” 胆矾中每个 CuSO₄ 都结合着 5 个水分子，组成固定，是纯净物。它失去结晶水生成了新物质，是化学变化，不是简单的蒸发。

误区 3：“加热一次就可以称量了。” 如果结晶水没有失去完全，减少的质量偏小，求出的 x 也偏小。必须加热到恒重：连续两次称量的质量相同，才说明水已经全部失去。

Na₂SO₄·10H₂O 的英文名是？

CuSO₄·5H₂O 中结晶水的质量分数约为（Cu 64、S 32、O 16、H 1）？

含有一定数目水分子的晶体叫水合物，其中的水叫结晶水，失去全部结晶水的叫无水物。化学式中的“·”表示结合，水合物是纯净物。
英文名：盐的名称 + 前缀 + hydrate（copper(II) sulfate pentahydrate）；中文名：数字 + 水合 + 盐名（五水合硫酸铜）。
加热到恒重，减少的质量是结晶水；水和盐的个数比 = (m水 ÷ 18) : (m盐 ÷ Mr盐)。

通往 AP（以后再看）

“测定水合物的化学式”是 AP 化学的常见实验。AP 版本用物质的量计算（2.6 节），还会讨论实验误差：没有加热到恒重、样品溅出、坩埚没有冷却就称量，分别会让 x 偏大还是偏小。英文实验报告里常用 percent water by mass、anhydrous salt 这些说法。