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
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。
差量反推
CaCO₃CaO+CO₂↑
① 逸出的 CO₂ 质量
② 原样品中 CaCO₃ 质量
③ 原样品中 CaO 质量
④ 质量分数(CaCO₃ / CaO)
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。