知识背景
浙江省博物馆的库房里有几十万件文物。如果不分类,找一件东西要翻遍整座库房;分成青铜器、瓷器、书画、玉器之后,只要走对一个房间就够了。分类不是为了整齐好看,而是为了能找得到、说得清、推得出。
化学面对的困难比博物馆大得多——已知物质有几千万种,还在不断增加。如果一种一种去背性质,一辈子也学不完。但如果按组成把它们归成大类,事情立刻变简单:所有的酸都能使石蕊变红,所有的活泼金属都能与酸反应放出氢气。只要判断出一种物质属于哪一类,它的大半性质就已经知道了。
这一节要做的,就是把此前学过的名词排进一张分类树里:混合物与纯净物,单质与化合物,氧化物、酸、碱、盐。这张树不仅是概念题的答案,更是后面「物质的转化」一节的地图——不知道两种物质各属哪一类,就无从判断它们能不能反应。
知识讲解
混合物与纯净物
纯净物:只由一种物质组成,有固定的组成和性质,可以用一个化学式表示。如氧气、水、氯化钠。
混合物:由两种或多种物质混合而成,各成分保持原有性质,没有固定的组成,不能用一个化学式表示。如空气、自来水、合金、溶液、矿石。
判断关键:看有几种物质,而不是看有几种元素。 含两种元素,却是纯净物;氧气与臭氧混合只含一种元素,却是混合物。绝对纯净的物质并不存在,化学上说「纯净」只是指杂质少到可以忽略。
单质与化合物
纯净物按元素种类再分成两类:
- 单质:由同种元素组成的纯净物。又分为金属单质(铁、铜)、非金属单质(氧气、硫、碳)和稀有气体(氦、氖、氩)。
- 化合物:由两种或多种元素组成的纯净物,如水、二氧化碳、硫酸、氢氧化钠、氯化钠。
易混提醒:金刚石与石墨都是碳的单质,但它们是两种不同的物质,混在一起就是混合物。
化合物的分类:氧化物、酸、碱、盐
| 类别 | 定义 | 举例 |
|---|---|---|
| 氧化物 | 由两种元素组成,其中一种是氧的化合物 | 、、、 |
| 酸 | 电离时生成的阳离子全部是 的化合物 | 、、 |
| 碱 | 电离时生成的阴离子全部是 的化合物 | 、、 |
| 盐 | 由金属离子(或铵根离子)和酸根离子构成的化合物 | 、、 |
氧化物还可按性质细分:能与酸反应生成盐和水的多是金属氧化物(如 、);能与碱反应生成盐和水的多是非金属氧化物(如 、)。
四类物质里最容易被漏掉的两点:① 氧化物必须只含两种元素,所以 含氧却不是氧化物;② 含氧的酸叫含氧酸(如硫酸、硝酸),不含氧的叫无氧酸(如盐酸),但它们都是酸。
- 纯净物与「一种元素」:纯净物看物质种数, 是纯净物;氧气与臭氧混合只有氧元素,却是混合物。
- 含氧化合物与氧化物:氧化物一定含氧且只含两种元素;硫酸、氢氧化钠、碳酸钙都含氧,但都不是氧化物。
- 碱与碱性物质:碳酸钠溶液显碱性,但它是盐不是碱,因为它电离出的阴离子不全是 。
- 纯净物与混合物的实例陷阱:冰水共存物是纯净物(只有水一种物质);空气、合金、稀盐酸、石灰水、矿石都是混合物。
实验与探究
给出十种物质:氧气、铁、空气、水、二氧化碳、稀盐酸、氢氧化钙、碳酸钠、冰水共存物、不锈钢。请逐级分类。
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第一级 · 分混合物与纯净物:混合物是空气、稀盐酸、不锈钢(分别是气体混合物、溶液、合金);其余七种是纯净物。注意冰水共存物只有水一种物质,属于纯净物。
第二级 · 把纯净物分成单质与化合物:单质是氧气(非金属单质)、铁(金属单质);化合物是水、二氧化碳、氢氧化钙、碳酸钠、冰水共存物。
第三级 · 把化合物分成四类:氧化物是水、二氧化碳、冰水共存物(都只含两种元素且含氧);碱是氢氧化钙;盐是碳酸钠;本组中没有属于纯净物的酸——稀盐酸是氯化氢的水溶液,属于混合物,只有氯化氢本身才是酸。易错点归纳:① 稀盐酸、石灰水这些「稀」「水」字样的都是溶液,即混合物;② 不锈钢是合金,也是混合物;③ 同一物质在不同层级有不同名称,水既是纯净物、化合物,也是氧化物,这不矛盾,只是分类的粗细不同。
一瓶失去标签的白色固体,可能是氢氧化钠、碳酸钠、氯化钠或氧化钙中的一种。请设计检验流程。
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第一步 · 取样溶于水并触摸容器外壁:若明显放热且溶液显碱性,可能是氧化钙(生成氢氧化钙)或氢氧化钠;若无明显放热,则是碳酸钠或氯化钠。第二步 · 测 pH 或滴酚酞:溶液显碱性的排除氯化钠,至此氯化钠可用「不放热且溶液中性」两条同时确认。
第三步 · 加足量稀盐酸看有无气泡:有气泡的是碳酸钠(生成二氧化碳),无气泡的是氢氧化钠或氧化钙的产物。第四步 · 区分氧化钙与氢氧化钠:向溶液中通入二氧化碳或加碳酸钠溶液,出现白色沉淀的原样品是氧化钙(溶液中有钙离子),无沉淀的是氢氧化钠。
流程小结:先用物理现象(放热)粗分,再用酸碱性分层,最后用特征离子定性。这正是分类思想的实战价值——只要判断出它属于哪一类,就知道该用哪种试剂去试。
经典例题
化肥硝酸铵的化学式为 。求:(1)它的相对分子质量;(2)氮元素的质量分数;(3) 千克硝酸铵中含氮元素多少千克。( 为 14, 为 1, 为 16)
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第一步 · 先归类,明确它是什么:硝酸铵由铵根离子与硝酸根离子构成,属于盐(铵盐),也是常用的氮肥。第二步 · 算相对分子质量,按化学式把各原子的相对原子质量累加: 有 2 个、 有 4 个、 有 3 个,所以 。
第三步 · 算氮元素的质量分数,按定义用「该元素的相对原子质量总和除以相对分子质量」:
第四步 · 算 千克中的含氮量:。第五步 · 检验单位与合理性:质量分数在 到 之间,含氮量小于化肥总质量,都合理;再自查一遍数氮原子个数——铵根里 1 个、硝酸根里 1 个,共 2 个,容易只数成 1 个而算成 。答:相对分子质量为 80,氮元素质量分数为 , 千克中含氮 千克。
难点与易错点
- 把「只含一种元素」当作纯净物的标准:判断纯净物要看物质种数。氧气与臭氧混合、金刚石与石墨混合,都只含一种元素却是混合物。
- 把含氧化合物都叫氧化物:氧化物必须只由两种元素组成且含氧,硫酸、氢氧化钠、碳酸钙都不是氧化物。
- 把稀盐酸、石灰水当纯净物:带「稀」「水溶液」字样的都是溶液,属于混合物;作为酸和碱的是氯化氢和氢氧化钙本身。
- 把碳酸钠当成碱:它显碱性但属于盐,判断酸碱盐要看组成,不能看溶液的酸碱性。
- 认为冰水共存物是混合物:冰和水都是同一种物质 ,所以是纯净物。
- 算元素质量分数时数错原子个数: 中有 2 个氮、 中有 2 个氧和 2 个氢,括号外的下标要乘进括号内每一种原子。
生活中的应用
- 身边的混合物比纯净物多得多:空气、自来水、西湖水、牛奶、豆浆、不锈钢、玻璃、汽油,全是混合物;真正的纯净物往往要靠提纯才能得到。
- 食品标签是一张分类表:碳酸饮料里的「碳酸氢钠」是盐,「柠檬酸」是酸,「二氧化碳」是氧化物,看懂标签其实就是在做分类题。
- 化肥按元素分类:含氮的叫氮肥(尿素、硝酸铵、碳酸氢铵),含磷的叫磷肥,含钾的叫钾肥,同时含两种以上的叫复合肥。龙井茶园春季追施氮肥促发新芽,就是按这个分类来选肥的。
- 药品与试剂的存放:实验室按酸、碱、盐、氧化物分区存放,既方便取用,又能避免酸碱混放意外反应。
生活应用题 1 · 给茶园挑一种更划算的氮肥
某农资店有两种氮肥:尿素 ,每千克 元;碳酸氢铵 ,每千克 元。若只考虑氮元素的价格,哪种更划算?( 为 12, 为 14, 为 1, 为 16)
分步解:
- 算尿素的含氮量:,氮有 2 个,。
- 算碳酸氢铵的含氮量:,氮有 1 个,。
- 算每千克氮的价格:尿素为 元;碳酸氢铵为 元。
- 检验与答:尿素单价高但含氮量近三倍,折算后反而略便宜,结论合理。按氮价计算尿素更划算。实际提醒:农民选肥还要看施用方式与土壤,碳酸氢铵易分解、需深施覆土,否则氮会白白跑掉。
生活应用题 2 · 给超市的六样商品做分类
小杭在超市记下六样东西的主要成分:食盐(氯化钠)、小苏打(碳酸氢钠)、白醋(醋酸的水溶液)、生石灰干燥剂(氧化钙)、纯净水、铝箔。请按混合物与纯净物、再按单质化合物、再按氧化物酸碱盐分类。
分步解:
- 分混合物与纯净物:混合物是白醋(溶液)和市售纯净水(仍含微量溶解物,严格说是混合物);纯净物是氯化钠、碳酸氢钠、氧化钙、铝箔(铝)。
- 分单质与化合物:单质是铝箔;化合物是氯化钠、碳酸氢钠、氧化钙。
- 给化合物定四类:盐是氯化钠、碳酸氢钠;氧化物是氧化钙;白醋中的醋酸属于酸,但白醋本身是混合物。
- 答:见上。一句体会:分类要先定层级再下判断,把「白醋是混合物」和「醋酸是酸」这两句话分清楚,就不会自相矛盾。
考点
- 选择题·必考:判断给定物质是纯净物还是混合物,重点是冰水共存物、稀盐酸、合金
- 选择题·必考:判断物质属于单质、氧化物、酸、碱还是盐,重点是「含氧化合物不等于氧化物」
- 填空题·高频:按要求从一组物质中各挑出一种,并写出化学式
- 概念辨析·高频:碳酸钠是盐不是碱,纯净物看物质种数不看元素种数
- 填空题:氧化物按金属与非金属氧化物细分,及各自与酸或碱的反应
- 计算题·高频:由化学式求相对分子质量、元素质量分数与某元素的质量;应用题常考化肥的分类与含氮量比较、食品标签中物质的归类
中考真题
下列物质中,属于氧化物的是( )A. B. C. D.
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逐项分析:A 错,氧气只由氧元素组成,是单质,不是化合物。B 错,硫酸含氢、硫、氧三种元素,是酸。C 对,只含铁和氧两种元素且含氧,是氧化物。D 错,氢氧化钠含三种元素,是碱。
答案:C。判断口诀:氧化物是「两种元素、其中有氧」,两个条件缺一不可,先数元素种类比什么都快。
碳酸氢铵()是一种常用氮肥。(1)它属于酸、碱、盐还是氧化物?(2)求它的相对分子质量。(3)计算其中氮元素的质量分数(结果保留到 )。(4) 千克这种化肥含氮多少千克?( 为 14, 为 1, 为 12, 为 16)
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(1) 它由铵根离子和碳酸氢根离子构成,属于盐(铵盐)。
(2)分步计算:。
(3) 氮原子只有 1 个,。(4) 。检验:含氮量远小于化肥总质量,且与尿素约 相比明显偏低,符合碳酸氢铵是低浓度氮肥的事实。答:属于盐;相对分子质量 79;含氮约 ; 千克含氮约 千克。