混合物的组成Composition of Mixtures

这瓶盐有多纯？

实验室里的试剂瓶上常印着纯度，比如“NaCl 含量 ≥ 99.5%”。这个数是怎么来的？如果有人往里面混进了别的东西，用什么办法发现？

U1.3 说，纯净物的组成是固定的。这节课利用这一点：测出样品中某种元素的质量分数，和纯净物的理论值比一比，就能判断样品纯不纯、混进了什么、混进了多少。

纯净物与混合物：从粒子到数据

1.2.5 节从粒子的角度区分过两者：

• 纯净物只含一种粒子（一种分子，或一种化学式单元），组成固定，符合它的化学式。
• 混合物含有两种或更多种粒子，各成分的比例可以改变。

从数据的角度看：同一种纯净物的不同样品，各元素的质量分数都相同，并且等于由化学式算出的值；混合物的不同样品，数据往往互不相同，也对不上任何一种物质的理论值。

下表是食盐和低钠盐（NaCl 中混入了 KCl）各三份样品中 Cl 的质量分数：

食盐的数据彼此一致，又等于 NaCl 的理论值，和纯净物相符。低钠盐的数据彼此不同，又都低于 60.66%，说明它是混合物，而且混进的成分中 Cl 的质量分数比 NaCl 低（KCl 是 47.55%）。

混合物中元素的质量分数是加权平均

设混合物由 A、B 两种成分组成，它们的质量分数（占混合物质量的比例）分别是 $x_A$、$x_B$，$x_A + x_B = 1$。那么混合物中 Cl 的质量分数是：

这和 U1.2 求平均原子质量是同一种算法：加权平均。结果一定落在两种纯净物的值之间，并且靠近含量大的那一种。由此可以判断方向：

• 杂质中该元素的质量分数比主成分高，测得的结果就偏高；
• 杂质中该元素的质量分数比主成分低（包括根本不含这种元素），结果就偏低。

用元素分析求纯度

样品中主成分的质量分数叫做纯度purity。测定样品中各元素含量的方法统称元素分析elemental analysis。

• 杂质不含被测元素时，被测元素全部来自主成分，纯度就是“测得值 ÷ 理论值”： $$\text{纯度} = \frac{\omega(\text{测得})}{\omega(\text{纯净物})} \times 100\%$$
• 杂质也含被测元素时，用上面的加权平均式列方程，解出 $x$（例题 2）。

选一种杂质，拖动滑块，看粒子图和刻度条怎么变；再到“找杂质”里试几份样品：

例题 1：沉淀法测 NaCl 的纯度

1.000 g 混有 $\ce{NaNO3}$ 的 NaCl 样品溶于水，加入足量 $\ce{AgNO3}$ 溶液，Cl 全部转化为 AgCl 沉淀，干燥后称得 2.150 g。求样品中 NaCl 的质量分数。

例题 2：杂质也含 Cl

一份 NaCl 样品中混有 KCl，测得 Cl 的质量分数为 58.04%。求样品中 KCl 的质量分数。

例题 3：用沉淀法认出未知的盐

0.500 g 某种碱金属氯化物 MCl 溶于水，加入足量 $\ce{AgNO3}$ 溶液，得到 0.961 g AgCl。M 是哪种元素？

沉淀法的实验要点

例题 1 和例题 3 用的都是沉淀法gravimetric analysis：让被测离子全部变成沉淀，称出沉淀的质量。结果准不准，取决于下面几步：

• 只让被测离子沉淀。 用 $\ce{AgNO3}$ 测 $\ce{Cl-}$ 时，样品里不能有 $\ce{Br-}$、$\ce{I-}$，它们也会生成沉淀，算出的 Cl 会偏高。
• 沉淀剂要过量，让被测离子沉淀完全；多出来的沉淀剂留在溶液里，洗掉就行，不影响结果。
• 称量前去皮（或者分别称出容器的质量），只算样品或沉淀本身的质量。
• 洗涤沉淀，洗掉表面沾着的可溶性物质（如 $\ce{NaNO3}$），否则沉淀偏重。
• 烘干到恒重：连续两次加热、冷却、称量，质量基本不再变化，才说明水已经除尽。测水合物时，加热后要放在干燥器里冷却，否则会重新吸水。

还有一类方法不称沉淀，而是测一个和含量成正比的信号（比如溶液颜色的深浅，U3.13）。先用几份已知质量分数的标准样品测出读数，画出标准曲线calibration curve，再从曲线上读出未知样品的质量分数。

常见误区

即时小测

AP 自由作答题

小结

• 纯净物只含一种粒子，组成固定、等于由化学式算出的值；混合物含两种或更多种粒子，组成可以变化。
• 混合物中某元素的质量分数是各成分的加权平均，一定落在各成分的值之间。
• 杂质不含被测元素时，纯度 = 测得值 ÷ 理论值；杂质也含这种元素时，列加权平均方程求解。
• 杂质中该元素的质量分数比主成分高，结果偏高；比主成分低（或不含），结果偏低。
• 沉淀法：只让被测离子沉淀、沉淀剂过量、去皮、洗涤、烘干到恒重；由沉淀的物质的量还能求出未知盐的摩尔质量。