化学式里藏着“配方”
1.5.6 节算过尿素中氮的质量分数：46.7%，和化肥袋上的“含氮量 ≥ 46%”对得上。把化合物中每一种元素的质量分数都列出来，就像一份按质量写的配方。反过来，化学家分析一种未知物质，最先得到的往往也是这份配方，再由它推出化学式（下一节）。
百分组成
化合物中各元素的质量分数合在一起，叫做这种化合物的百分组成percent composition。有了摩尔质量，可以按 1 mol 化合物来算：
式中 w 是该元素的质量分数，M 是化合物的摩尔质量；1 mol 化合物中某元素的质量 = 该元素的摩尔质量 × 化学式中的原子个数。这和 1.5.6 节的“相对原子质量 × 原子个数 ÷ 相对分子质量”数值相同，只是现在每个数都带上了 g/mol 的含义。
- 各元素的质量分数加起来是 100%（计算误差会让它差零点几）。最后一种元素也可以用 100% 减去其他元素来算，但最好分别算出再加起来检查。
- 百分组成只由化学式决定，和样品多少无关：一滴水和一湖水，氢的质量分数都是 11.1%。
- 水合物的结晶水也可以当作一个整体来算质量分数，2.5.5 节算过 CuSO₄·5H₂O 中结晶水占 36%。
由实验数据求百分组成
不知道化学式时，可以用实验测出的质量直接算：
把实验值和几种可能的化学式算出的理论值比一比，就能判断样品是哪种化合物。中文课本一般只说“元素的质量分数”；“百分组成”是美国课本的 percent composition，指的是一张包含所有元素的清单。
本节用高中课本常给的相对原子质量：H 1、C 12、N 14、O 16、Na 23、Mg 24、Al 27、Si 28、S 32、Cl 35.5、Ca 40、Fe 56、Cu 64。
选一种物质，或者输入一个化学式，看它的百分组成；下面再比一比几种氮肥：
比一比：哪种氮肥含氮最多？（按化学式算氮元素的质量分数）
这是纯净物的理论值。实际化肥含有杂质，包装上标的含氮量会略低一些。
例题 1：葡萄糖的百分组成
求葡萄糖 C₆H₁₂O₆ 的百分组成。
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先算各元素在一个分子中的总质量。
相对分子质量 M = 72 + 12 + 96 = 180。
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各元素的质量分数。 某元素的总质量 ÷ 相对分子质量 × 100%：
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检查。 40.0% + 6.67% + 53.3% = 99.97% ≈ 100%，差的 0.03% 来自修约。
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常见错误。 用一个原子的相对原子质量（如碳的 12）去除，忘了乘原子个数。
例题 2：这是哪种铁的氧化物？
铁有三种常见的氧化物：FeO（黑色）、Fe₂O₃（红棕色）和 Fe₃O₄（黑色，有磁性）。取 3.20 g 某种铁的氧化物，用一氧化碳完全还原，得到 2.24 g 铁。它是哪一种？
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思路。 由实验求出铁的质量分数，再和三种氧化物的理论值比较。
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实验值。
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三种氧化物的理论值。
氧化物 M（g/mol） w(Fe) FeO 72 77.8% Fe₂O₃ 160 70.0% Fe₃O₄ 232 72.4% 例如 Fe₂O₃：w(Fe) = 2 × 56 ÷ 160 × 100% = 70.0%。
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结论。 实验值 70.0% 和 Fe₂O₃ 吻合，样品是氧化铁（铁锈的主要成分）。
- H₂O
16 ÷ 18 × 100% ≈ 88.9%。
- CO₂
32 ÷ 44 × 100% ≈ 72.7%。
- MgO
16 ÷ 40 × 100% = 40%。
- Fe₂O₃
48 ÷ 160 × 100% = 30%。注意 O 有 3 个：3 × 16 = 48。
- SiO₂
32 ÷ 60 × 100% ≈ 53.3%。
- Al₂O₃
48 ÷ 102 × 100% ≈ 47.1%。
- SO₃
48 ÷ 80 × 100% = 60%。
- C₆H₁₂O₆
96 ÷ 180 × 100% ≈ 53.3%，和 SiO₂ 几乎一样。百分组成相同或相近，不代表是同一种物质。
常见误区
误区 1：“水中氢占三分之二。” 每个水分子的 3 个原子中有 2 个是氢，按原子个数氢占 2/3；但氢原子很轻，按质量只占 2 ÷ 18 ≈ 11.1%。百分组成说的是质量分数。
误区 2：“Al₂O₃ 中铝的质量分数是 27 ÷ 102。” 化学式中有 2 个铝原子，铝的质量是 2 × 27 = 54，w(Al) = 54 ÷ 102 × 100% = 52.9%。算之前先数清每种原子的个数，括号和结晶水外面的数字也要乘进去。
误区 3：“样品越多，某元素的质量分数越大。” 样品多了，元素的质量变大，但样品的总质量也按同样的比例变大，比值不变。质量分数只和化学式有关。
即时小测
50.0 g CuO 中含铜多少克？
w(Cu) = 64 ÷ 80 = 80.0%，m(Cu) = 50.0 g × 80.0% = 40.0 g。10.0 g 是氧的质量。
下列物质中，氧元素的质量分数最大的是？
H₂O₂：32 ÷ 34 ≈ 94.1%；H₂O：88.9%；CO₂：72.7%；CO：57.1%。
小结
- 百分组成是化合物中每种元素的质量分数，w = 1 mol 中该元素的质量 ÷ 摩尔质量 × 100%，各项加起来约为 100%。
- 也可以由实验测得的质量算出：w = m(元素) ÷ m(样品) × 100%，再和理论值比较，判断是哪种化合物。
- 百分组成按质量算，不是按原子个数；它只和化学式有关，和样品多少无关。
通往 AP（以后再看）
AP 化学第 1 单元用 percent composition 来判断一种物质是不是纯净物：纯净物的百分组成固定，混合物的百分组成随各成分的比例变化。AP 还会给出元素分析的数据，让你先算百分组成，再求经验式（下一节）。AP 计算用周期表上两位小数的原子量，例如 Fe₂O₃ 中铁的质量分数是 69.94%，不是 70.0%。