物质的分类：纯净物与混合物

走进超市，货架上摆满了各种商品：矿泉水、食盐、白糖、酱油、蜂蜜、牛奶、橙汁、饮料、饼干、洗衣粉……这些琳琅满目的商品，对于我们来说，似乎都是“物质”，但实际上它们可以有不同的组成和性质。比如说，食盐里只有一种成分——氯化钠，而矿泉水中除了水分子外，还有一些矿物质；蜂蜜、酱油甚至包含更多成分。我们仔细想想，有些物质是单一成分构成的，有些则是多种成分混合而成的。

那么，化学家在研究这些物质时，就不能“混为一谈”，必须把它们进行有规律的分类，才能更科学地了解各种物质各自的特点及其变化规律。正是通过分类，化学家能够判断如何提纯物质、调配混合物，甚至制备新材料。物质的分类，是学习和研究化学的第一步，也是理解我们生活中各种材料本质属性的基础。

为什么要对物质分类

生活中的物质成千上万，如果每一种都单独去记忆，既费力又容易混乱。就像整理衣柜，按照衣服的种类分区放置，找东西就方便多了。化学中对物质的分类，也是同样的道理——通过分类，可以把性质相似的物质归在一起，找到它们的共同规律。

化学中最基本的一种分类方法，就是把物质分为纯净物和混合物两大类。

纯净物

纯净物是指由同一种物质组成的物体，其中只含有一种化学成分。

纯净物有以下几个特点：

• 只由一种物质构成，成分固定不变
• 有固定的熔点、沸点和密度等物理性质
• 有固定的化学性质
• 可以用一个化学式来表示

• 例题

下列物质中，属于纯净物的是哪些？

混合物

混合物是由两种或两种以上的物质混合在一起形成的，其中各组成成分保持各自的化学性质，彼此之间没有发生化学变化。

混合物有以下几个特点：

1. 由多种物质混合而成，各成分保持原有的化学性质
2. 没有固定的熔点、沸点和密度（这些性质会随各成分比例变化而变化）
3. 不能用一个化学式来表示
4. 各组成成分可以通过物理方法分离

• 例题

食盐溶于水形成盐水，请分析盐水属于纯净物还是混合物。

盐水中同时含有水（$\text{H}_2\text{O}$）和氯化钠（$\text{NaCl}$）两种物质，它们各自保持原有的化学性质，没有生成新物质。因此，盐水是混合物。

食盐溶于水的过程是物理变化，蒸发盐水可以重新得到食盐，也说明各成分没有发生化学变化。

纯净物与混合物的对比

把纯净物和混合物放在一起比较，可以更清楚地看出两者的区别：

• 例题

空气和氧气都是气体，为什么氧气是纯净物，而空气是混合物？

氧气只含有一种物质——$\text{O}_2$，成分单一，化学式固定，有确定的沸点（$-183°C$）和密度，因此是纯净物。

空气则由多种气体组成：

空气没有固定的化学式，各成分保持各自的化学性质，因此是混合物。

单质与化合物

纯净物还可以继续细分为两类：单质和化合物。

那么，判断标准是什么？——这种纯净物是由一种元素构成，还是由两种或以上的元素构成？

单质是指由同一种元素构成的纯净物，所有微粒（分子、原子）都只含有一种元素。例如氧气（$\text{O}_2$），铁（$\text{Fe}$），铜（$\text{Cu}$），氮气（$\text{N}_2$）等。它们的分子中只包含同一种类型的原子。

化合物则是由两种或两种以上不同元素组成的纯净物，微粒（分子或离子）中至少包含两种不同元素。例如水（$\text{H}_2\text{O}$），食盐（$\text{NaCl}$），二氧化碳（$\text{CO}_2$）等。各元素以固定比例化学结合在一起，因而化合物具有独特的性质，与组成它的元素常常大不相同。

因此，单质和化合物都属于纯净物，但它们的本质区别在于构成微粒中是否只含有一种元素。

• 例题

下面这些物质，请判断哪些是单质，哪些是化合物：氧气（$\text{O}_2$）、水（$\text{H}_2\text{O}$）、金（$\text{Au}$）、氯化氢（$\text{HCl}$）、氮气（$\text{N}_2$）、酒精（）

物质分类的完整图示

学到这里，我们可以把物质的分类整理成一张清晰的图：

混合物中各成分的质量关系

混合物由多种成分组成，通常用质量分数来描述某种成分在混合物中所占的比例：

这个公式非常实用，例如：生理盐水是医疗中常用的混合物，它的氯化钠质量分数约为 $0.9\%$，意思是每 $100\ \text{g}$ 生理盐水中含有 $0.9\ \text{g}$ 的氯化钠。

• 例题

将 $5\ \text{g}$ 食盐溶于 $95\ \text{g}$ 水中，配成盐水溶液。求盐水中食盐的质量分数。

这杯盐水中，食盐的质量分数为 $5\%$，即每 $100\ \text{g}$ 盐水中含有 $5\ \text{g}$ 食盐。

生活中的纯净物与混合物

我们日常生活中接触到的各种物质，大部分其实都是混合物，比如空气、河水、饮料、泥土等，其中通常都含有多种不同的成分。而真正意义上只含有一种物质的纯净物，在自然界中其实非常少见。像氧气、纯金、蒸馏水等纯净物，往往需要经过专门的提纯手段才能得到。在现实生活中我们常说的“纯净物”，指的是其中杂质非常少，可以忽略不计，但要得到绝对纯净的物质却非常不容易。

在实际生活中，“纯净”是相对的概念。通常我们说某种物质是“纯净物”，是指它的纯度足够高，杂质含量极少，可以忽略不计。绝对意义上的纯净物在自然界中极少存在，通常需要人工提纯才能得到。

练习题

• 选择题

• 第1题　【纯净物与混合物的判断】

下列物质中，属于纯净物的是：

A. 盐酸（氯化氢气体溶于水）　　B. 冰水混合物　　C. 河水　　D. 钢铁

• 第2题　【单质与化合物的区分】

下列物质中，属于化合物的是：

A. 氮气（$\text{N}_2$）　　B. 氯化钠（$\text{NaCl}$）　　C. 铜（$\text{Cu}$）　　D. 臭氧（$\text{O}_3$）

• 第3题　【物质分类综合判断】

下列说法中，正确的是：

A. 混合物一定是液体，纯净物一定是固体

B. 纯净物一定只含一种元素

C. 由两种元素组成的纯净物一定是化合物

D. 混合物中各成分发生了化学反应

• 第4题　【生活中的物质分类】

下列对生活中常见物质的分类，正确的是：

A. 蒸馏水——混合物　　B. 不锈钢——纯净物　　C. 医用酒精——混合物　　D. 液态氧——混合物

• 计算题

• 第5题　【混合物的质量分数计算】

某同学在做实验时，将 $18\ \text{g}$ 氯化钠（食盐）溶于水中，配成 $200\ \text{g}$ 的盐水溶液。

（1）求该盐水中氯化钠的质量分数。

（2）若要配制氯化钠质量分数为 $5\%$ 的盐水 $500\ \text{g}$，需要取氯化钠多少克？水多少克？

• 第6题　【混合物的组成分析】

某矿石样品中含有氧化铁（$\text{Fe}_2\text{O}_3$）和石英砂（$\text{SiO}_2$）两种成分，取样品共 $80\ \text{g}$。经过化学分析，测得其中氧化铁的质量为 。

（1）计算该样品中氧化铁的质量分数。

（2）计算样品中石英砂的质量分数。

（3）若要从 $1000\ \text{g}$ 该矿石中提取氧化铁，理论上可以得到多少克氧化铁？

该盐水中氯化钠的质量分数为 $9\%$。

（2）设需要取氯化钠 $m$ 克：

所需水的质量为：

配制 $500\ \text{g}$ 质量分数为 $5\%$ 的盐水，需要取 $25\ \text{g}$ 氯化钠溶于 $475\ \text{g}$ 水中。

或者直接计算：

（3）从 $1000\ \text{g}$ 矿石中可提取氧化铁的质量：

理论上可以得到 $600\ \text{g}$ 氧化铁。