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……它们看起来都是“物质”，但仔细想想，有些是单一的东西，有些却是多种成分混在一起的。化学要研究物质，就必须先学会把它们分门别类，才能更清楚地认识每种物质的特点和规律。

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。

判断标准只有一个：这种物质是由一种成分组成，还是由多种成分混合而成？

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

纯净物在自然界中并不常见，往往需要经过提纯处理才能得到。实验室中使用的“蒸馏水”就是去除了各种杂质后的纯净水，而普通自来水并不是纯净物。

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：

由多种物质混合而成，各成分保持原有的化学性质
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）
不能用一个化学式来表示
各组成成分可以通过物理方法分离

混合物中各成分之间没有发生化学反应，它们只是物理性地“混在一起”，各自保持原来的化学性质。食盐溶于水变成盐水，食盐没有变成别的物质，只是分散在水中，所以盐水是混合物。

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：

区分纯净物和混合物的关键在于：这种物质是由“一种”成分组成，还是由“多种”成分组成？而不是看它外观是否均匀。盐水看起来均匀透明，但它仍然是混合物。

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。

纯净物的进一步分类：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。

区分标准：这种纯净物是由一种元素组成，还是由两种或以上的元素组成？

单质是由同一种元素组成的纯净物。

化合物是由两种或两种以上元素组成的纯净物。

\text{纯净物} \begin{cases} \text{单质：由一种元素组成} & \text{例：} \text{O}_2,\ \text{Fe},\ \text{Cu},\ \text{N}_2 \\ \text{化合物：由多种元素组成} & \text{例：} \text{H}_2\text{O},\ \text{NaCl},\ \text{CO}_2 \end{cases}

需要特别注意：单质是由同种元素组成，但并不是说同种元素只能形成一种单质。例如，碳元素就可以形成金刚石、石墨等不同的单质，它们都是碳的单质，但性质差异很大。

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：

\text{物质} \begin{cases} \text{纯净物} \begin{cases} \text{单质（一种元素）} & \text{如：} \text{Fe},\ \text{O}_2,\ \text{Cu} \\ \text{化合物（多种元素）} & \text{如：} \text{H}_2\text{O},\ \text{CO}_2,\ \text{NaCl} \end{cases} \\ \text{混合物（多种物质混合）} & \text{如：空气、盐水、合金} \end{cases}

记住这个分类框架，以后遇到任何物质，都可以按照“先判断是否纯净物，再判断是单质还是化合物”的顺序来归类。

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：

\text{某成分质量分数} = \frac{\text{该成分的质量}}{\text{混合物总质量}} \times 100\%

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。

\text{食盐质量分数} = \frac{5\ \text{g}}{5\ \text{g} + 95\ \text{g}} \times 100\% = \frac{5}{100} \times 100\% = 5\%

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

我们身边接触到的物质，绝大多数都是混合物，真正意义上的纯净物其实并不多见。

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

答案：B

冰水混合物中，冰和水都是 $\text{H}_2\text{O}$ ，只含一种物质，属于纯净物。盐酸含有氯化氢和水，属于混合物；河水含有水以及溶解的盐类、泥沙等，属于混合物；钢铁是铁和碳等元素构成的合金，属于混合物。

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（ $\text{O}_3$ ）

答案：B

氯化钠（ $\text{NaCl}$ ）由钠和氯两种元素组成，是纯净物，属于化合物。氮气（ $\text{N}_2$ ）只含氮元素，是单质；铜（ $\text{Cu}$ ）只含铜元素，是单质；臭氧（ $\text{O}_3$ ）只含氧元素，也是单质（氧元素的另一种单质形式）。

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

答案：C

A 错误：混合物和纯净物都可以是固体、液体或气体，例如空气是气态混合物，铁是固态纯净物。

B 错误：纯净物中含一种物质，但不一定只有一种元素。例如水（ $\text{H}_2\text{O}$ ）含有氢和氧两种元素，但仍是纯净物。

C 正确：由两种元素组成的纯净物，既是纯净物，又由多种元素组成，符合化合物的定义。

D 错误：混合物中各成分只是物理性地混合在一起，彼此保持原有的化学性质，没有发生化学变化。

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

答案：C

医用酒精是酒精（乙醇）与水按一定比例混合而成的，含有两种物质，属于混合物。

A 错误：蒸馏水只含 $\text{H}_2\text{O}$ ，是纯净物。

B 错误：不锈钢是铁、铬、镍等多种金属的合金，属于混合物。

D 错误：液态氧只含 $\text{O}_2$ 一种物质，是纯净物。

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？

（1）根据质量分数公式：

\text{氯化钠质量分数} = \frac{\text{氯化钠质量}}{\text{盐水总质量}} \times 100\% = \frac{18\ \text{g}}{200\ \text{g}} \times 100\% = 9\%

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？

（1）氧化铁的质量分数：

\text{氧化铁质量分数} = \frac{48\ \text{g}}{80\ \text{g}} \times 100\% = 60\%

（2）石英砂的质量分数：

\text{石英砂质量分数} = 100\% - 60\% = 40\%

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