混合物组成分析 · 守恒与差量法

差量证据判别器

灼烧 CaCO₃ 与 CaO 的二元固体混合物时,逸出系统边界的只有 CO₂。称量前后固体的质量差,就是反推碳酸钙质量的那条证据。

称量情境:同一只坩埚,前后都已扣除坩埚质量 系统边界:坩埚内固体样品
加热坩埚时二氧化碳逸出,天平显示固体质量差 黑色坩埚中的碳酸钙与氧化钙混合物受热,二氧化碳沿虚线离开系统边界;右侧是前后称量的天平读数。 称量系统边界:坩埚内固体 CaCO₃ + CaO CO₂ 离开 这部分造成质量差 Δm
天平差量读数
2.20 g
加热前固体10.00 g
加热后固体7.80 g

读数含义:固体少掉的质量,不是“凭空消失”,而是越过边界的 CO₂。

录入称量证据

质量单位统一用 g;保留的小数位不影响判别逻辑。

选择第二条质量证据的输入方式
灼烧前,CaCO₃ 与 CaO 的总质量
g
请输入大于零的原样品总质量,单位克。
冷却到室温后,坩埚中剩余固体的质量
g

差量反推

CaCO₃CaO+CO₂↑
① 逸出的 CO₂ 质量2.20 g
② 原样品中 CaCO₃ 质量5.00 g
③ 原样品中 CaO 质量5.00 g
④ 质量分数(CaCO₃ / CaO)50.0% / 50.0%
质量差:Δm = m₀ − m₁ = 10.00 − 7.80 = 2.20 g = m(CO₂) m(CaCO₃) = 2.20 × 100 / 44 = 5.00 g m(CaO,原样品) = 10.00 − 5.00 = 5.00 g
合理性检查通过:0 ≤ 2.20 g ≤ 0.44 × 10.00 g;两种成分质量相加为 10.00 g。

三项合理性检查

差量有没有物理意义?

加热后质量不能大于加热前;因此 Δm ≥ 0。

差量会不会过大?

即使原样品全是 CaCO₃,最多也只失去其质量的 44%,所以 Δm ≤ 0.44m₀。

反推能否合账?

必须满足 m(CaCO₃)+m(CaO)=m₀,且两项均不为负。

这条差量证据何时失效?

只有同时满足以下边界,才能把质量减少量等同于 CO₂:仅有 CO₂ 逸出、没有飞溅或样品损失、冷却称量时不吸湿且没有其他挥发物,并且 CaCO₃ 已完全分解。任一条件不满足,差量就不是“纯 CO₂ 证据”。

为什么是 100 : 44?

每 1 mol CaCO₃ 分解,失去 1 mol CO₂。相对式量给出同一反应进度下的质量对应:

CaCO₃ : CO₂ = 100 : 44

所以先用差量锁定 CO₂,再沿着 100 / 44 反推原来参加分解的 CaCO₃。这个“先找唯一逸出物,再回推”的顺序,正是差量法的核心。