1、素养提升突破系列(四)热重分析判断物质成分核核心心素素养养证据推证据推理与理与模型认模型认知知建立结论和证据之间的逻辑关系建立结论和证据之间的逻辑关系,会运会运用守恒原理用守恒原理,计算分析物质在不同温度计算分析物质在不同温度下的分解产物。下的分解产物。能识别失重曲线能识别失重曲线,能将失重曲线和化学能将失重曲线和化学反应之间进行关联并进行计算。反应之间进行关联并进行计算。【真题真题体验素养体验素养】1.(20141.(2014全国卷全国卷节选节选)PbO)PbO2 2在加热过程发生分解的在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示失重曲线如下图所示,已知失重曲线上的已知失重曲线上的a a点为样品失
2、点为样品失重重4.0%(4.0%(即即 100%)100%)的残留固的残留固体。若体。若a a点固体组成表示为点固体组成表示为PbOPbOx x或或mPbOmPbO2 2 nPbO,nPbO,列式列式计算计算x x值和值和 mn mn 值值_。a样品起始质量点固体质量样品起始质量【解析解析】样品失重的原因是生成了氧气样品失重的原因是生成了氧气,根据根据PbOPbO2 2 PbO PbOx x+O+O2 2,有有 32=23932=2394.0%,x=2-=1.4,4.0%,x=2-=1.4,根据根据mPbOmPbO2 2nPbO,=1.4,nPbO,=1.4,=2x22x2239 4.0%16
3、2mnmnm0.42n0.63。答案答案:根据根据PbOPbO2 2 PbO PbOx x+O+O2 2,有有 32=23932=2394.0%,x=2-=1.4,4.0%,x=2-=1.4,根据根据mPbOmPbO2 2nPbO,nPbO,=1.4,=1.4,=2x22x2239 4.0%162mnmnm0.42n0.63。2.(20112.(2011全国卷节选全国卷节选)0.80 g CuSO)0.80 g CuSO4 45H5H2 2O O样品受热样品受热脱水过程的热重曲线脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线样品质量随温度变化的曲线)如如下图所示。下图所示。请回答下列问题请回答下
4、列问题:(1)(1)试确定试确定200 200 时固体物质的化学式时固体物质的化学式_(_(要求写出推断过程要求写出推断过程););(2)(2)取取270 270 所得样品所得样品,于于570 570 灼烧得到的主要产物灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体是黑色粉末和一种氧化性气体,该反应的化学方程式为该反应的化学方程式为_。把该黑色粉末溶解于稀硫酸中。把该黑色粉末溶解于稀硫酸中,经浓缩、经浓缩、冷却冷却,有晶体析出有晶体析出,该晶体的化学式为该晶体的化学式为_,_,其存在的最高温度是其存在的最高温度是_。【解析解析】(1)CuSO(1)CuSO4 45H5H2 2O CuSOO Cu
5、SO4 4(5-n)H(5-n)H2 2O+n HO+n H2 2O O 250 250 18n18n 0.80 g 0.80 g 0.80 g-0.57 g=0.23 g0.80 g-0.57 g=0.23 g解得解得n=4,n=4,所以所以200 200 时该固体物质的化学式为时该固体物质的化学式为CuSOCuSO4 4HH2 2O O。=(2)(2)高于高于258 258 时时,固体由固体由0.80 g0.80 g变为变为0.51 g,0.51 g,根据根据(1)(1)中的计算方法中的计算方法,可知剩余固体为可知剩余固体为CuSOCuSO4 4,CuSO,CuSO4 4加热分解加热分解得
6、到的黑色物质为得到的黑色物质为CuO,CuO,氧化性气体只能是氧化性气体只能是SOSO3 3,CuO,CuO溶于溶于稀硫酸后浓缩、冷却稀硫酸后浓缩、冷却,得到的晶体为得到的晶体为CuSOCuSO4 45H5H2 2O,O,根据根据图示图示,CuSO,CuSO4 45H5H2 2O O高于高于102 102 就开始分解就开始分解,所以其存在所以其存在的最高温度是的最高温度是102 102。答案答案:(1)CuSO(1)CuSO4 45H5H2 2O CuSOO CuSO4 4(5-n)H(5-n)H2 2O+nHO+nH2 2O O 250 250 18n 18n 0.80 g 0.80 g 0
7、.80g-0.57g=0.23g0.80g-0.57g=0.23g解得解得n=4,n=4,所以所以200 200 时该固体物质的化学时该固体物质的化学式为式为CuSOCuSO4 4HH2 2O O=(2)CuSO(2)CuSO4 4 CuO+SO CuO+SO3 3CuSOCuSO4 45H5H2 2O O102102【揭秘揭秘解码素养解码素养】1.1.测定固体物质组成的热重法测定固体物质组成的热重法只要物质受热时发生质量变化只要物质受热时发生质量变化,都可以用热重法来研究都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下物质的组成。热重法是在控制温度的条件下,测量物质测量物质的质量与
8、温度关系的方法。通过分析热重曲线的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线,我们可我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。2.2.热重曲线的分析方法热重曲线的分析方法坐标曲线题解题时可以拆分为识图、析图、用图三个坐标曲线题解题时可以拆分为识图、析图、用图三个步骤。其中识图是基础步骤。其中识图是基础,析图是关键析图是关键,用图是目的。用图是目的。识图。识图的关键是三看识图。识图的关键是三看:一看轴即横、纵坐标所表一看轴即横、纵坐标所表示的化学含义示的
9、化学含义(自变量自变量X X轴和函数轴和函数Y Y轴表示的意义轴表示的意义),),寻找寻找X X、Y Y轴之间的关系轴之间的关系,因为这是理解题意和进行正确思维因为这是理解题意和进行正确思维的前提的前提;二看点即曲线中的特殊点二看点即曲线中的特殊点(顶点、始点、终顶点、始点、终点、拐点、交叉点点、拐点、交叉点););三看线即曲线的走势三看线即曲线的走势(变化趋势是变化趋势是上升、下降、波动、正态、偏态等变化上升、下降、波动、正态、偏态等变化)。析图。分析图中为什么会出现这些特殊点析图。分析图中为什么会出现这些特殊点,曲线为什曲线为什么有这样的变化趋势和走向么有这样的变化趋势和走向,分析曲线变化
10、的因果关系分析曲线变化的因果关系;通过联想通过联想,把课本内的有关化学概念、原理、规律等与把课本内的有关化学概念、原理、规律等与图象曲线中的图形与相关点建立联系。图象曲线中的图形与相关点建立联系。用图。将相关的化学知识与图象曲线紧密结合用图。将相关的化学知识与图象曲线紧密结合,在头在头脑中构建新的曲线脑中构建新的曲线知识体系知识体系,然后运用新的曲线然后运用新的曲线知识体系揭示问题的实质知识体系揭示问题的实质,解决实际问题。解决实际问题。【训练训练提升素养提升素养】1.(1.(计算分析产物的化学式计算分析产物的化学式)2.76 g CaO)2.76 g CaO2 28H8H2 2O O样品受样
11、品受热脱水过程的热重曲线热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲样品质量随温度变化的曲线线,140,140 时完全脱水时完全脱水,杂质受热不分解杂质受热不分解)如图所示。如图所示。(1)(1)试确定试确定60 60 时时CaOCaO2 2xHxH2 2O O中中x=_x=_。(2)(2)该样品中该样品中CaOCaO2 2的质量分数为的质量分数为_。【解析解析】140 140 后结晶水全部失去后结晶水全部失去,m(H,m(H2 2O)2.76 g-O)2.76 g-1.32 g=1.44 g,1.32 g=1.44 g,物质的量为物质的量为0.08 mol,0.08 mol,则则CaOCaO
12、2 28H8H2 2O O的的物质的量为物质的量为0.01 mol,0.01 mol,由由CaOCaO2 28H8H2 2O O样品受热脱水过程样品受热脱水过程的热重曲线可以看出的热重曲线可以看出6060140 140 失去的结晶水的质量失去的结晶水的质量为为1.68 g-1.32 g=0.36 g,1.68 g-1.32 g=0.36 g,物质的量为物质的量为0.02 mol,0.02 mol,则则n(CaOn(CaO2 2)n(H)n(H2 2O)=0.010.02=1x,x=2O)=0.010.02=1x,x=2。CaOCaO2 2质量为质量为72 gmol72 gmol-1-10.01
13、 mol=0.72 g,0.01 mol=0.72 g,则该样品中则该样品中CaOCaO2 2的质的质量分数量分数=100%=26.09%100%=26.09%。0.72 g2.76 g答案答案:(1)2(1)2(2)26.09%(2)26.09%2.(2.(计算分析加热过程中的反应方程式计算分析加热过程中的反应方程式)加热加热MgCMgC2 2O O4 4nHnH2 2O O至至700 700 分解时分解时,所得固体产物的质量所得固体产物的质量(m)(m)随温度随温度(t)(t)变化的关系曲线。变化的关系曲线。(已知该晶体已知该晶体100 100 以上以上才会逐渐失去结晶水才会逐渐失去结晶水
14、,并大约在并大约在230 230 时完全失去结晶时完全失去结晶水水)试回答下列问题试回答下列问题:(1)MgC(1)MgC2 2O O4 4nHnH2 2O O中中n=_n=_。(2)(2)通过计算确定通过计算确定C C点固体物质的化学式点固体物质的化学式:_:_。(3)(3)通过计算确定从通过计算确定从E E点到点到F F点过程中的化学方程式点过程中的化学方程式_。【解析解析】(1)MgC(1)MgC2 2O O4 4nHnH2 2O MgCO MgC2 2O O4 4+nH+nH2 2O O112+18n112+18n 18n18n1.00 g1.00 g (1.00-0.76)g (1.
15、00-0.76)g n=2 n=2。112 18n1.00 g18n(1.00 0.76)g，=(2)MgC(2)MgC2 2O O4 42H2H2 2O MgCO MgC2 2O O4 4xHxH2 2O+(2-x)HO+(2-x)H2 2O O 148 1481818(2-x)(2-x)1.00 g1.00 g (1.00-0.88)g (1.00-0.88)g x=1 x=1。C C点固体的化学式为点固体的化学式为MgCMgC2 2O O4 4HH2 2O O。=1481.00 g182x1.000.88 g，（）(3)(3)设镁元素与其他元素组成的化合物为设镁元素与其他元素组成的化合物
16、为X,X,利用镁原利用镁原子守恒。子守恒。n(MgCn(MgC2 2O O4 4)n(X)=1n(X)=11,M(X)=401,M(X)=40。可推测出可推测出X X即为即为MgO,MgO,故化学方程式为故化学方程式为MgCMgC2 2O O4 4 MgO+CO+CO MgO+CO+CO2 2。10.76 g0.27 g112 g molXM答案答案:(1)2(1)2(2)MgC(2)MgC2 2O O4 4HH2 2O O(3)MgC(3)MgC2 2O O4 4 MgO+CO+CO MgO+CO+CO2 2【加固训练加固训练】1.8.34 g FeSO1.8.34 g FeSO4 47H7
17、H2 2O O样品在隔绝空气条件下受热脱样品在隔绝空气条件下受热脱水过程的热重曲线水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线样品质量随温度变化的曲线)如图如图所示。下列说法中正确的是所示。下列说法中正确的是()A.A.温度为温度为78 78 时固体物质时固体物质M M的化学式为的化学式为FeSOFeSO4 45H5H2 2O OB.B.温度为温度为159 159 时固体物质时固体物质N N的化学式为的化学式为FeSOFeSO4 43H3H2 2O OC.C.在隔绝空气条件下由在隔绝空气条件下由N N得到得到P P的化学方程式为的化学方程式为FeSOFeSO4 4 FeO+SO FeO+SO3
18、3D.D.取适量取适量380 380 时所得的样品时所得的样品P,P,隔绝空气加热至隔绝空气加热至650,650,得到一种固体物质得到一种固体物质Q,Q,同时有两种无色气体生同时有两种无色气体生成成,Q,Q的化学式为的化学式为FeFe2 2O O3 3=【解析解析】选选D D。A A项项,FeSO,FeSO4 47H7H2 2O O的物质的量为的物质的量为 molmol=0.03 mol,=0.03 mol,生成生成M M时质量减小时质量减小:8.34 g-6.72 g=1.62 g,:8.34 g-6.72 g=1.62 g,故故n(Hn(H2 2O)=0.09 mol,O)=0.09 mo
19、l,所以所以M M的分子式为的分子式为FeSOFeSO4 44H4H2 2O;BO;B项项,生成生成N N时时,n(H,n(H2 2O)=mol=0.18 mol,O)=mol=0.18 mol,所以所以N N的分的分子式为子式为FeSOFeSO4 4HH2 2O;CO;C项项,生成生成P P时时,n(H,n(H2 2O)=mol=O)=mol=0.21 mol,0.21 mol,所以所以P P的分子式为的分子式为FeSOFeSO4 4,化学方程式为化学方程式为FeSOFeSO4 4HH2 2O FeSOO FeSO4 4+H+H2 2O;DO;D项项,生成生成P P后继续加热为后继续加热为8
20、.342788.345.1188.344.5618=FeSOFeSO4 4的分解反应的分解反应:2FeSO:2FeSO4 4 Fe Fe2 2O O3 3+SO+SO2 2+SO+SO3 3。=2.2.如图为如图为Cu(NOCu(NO3 3)2 2样品高温过程的样品高温过程的热重曲线热重曲线(样品质量分数样品质量分数W%W%随温度随温度变化的曲线变化的曲线),Cu(NO),Cu(NO3 3)2 2受热分解有受热分解有NONO2 2与与O O2 2生成。生成。Cu(NOCu(NO3 3)2 2 加热到加热到200200的化学方程式为的化学方程式为 ,继续高温至继续高温至10001000生成生成_
21、(_(填化学式填化学式)固体。固体。【解析解析】设硝酸铜为设硝酸铜为1 mol,1 mol,质量为质量为188 g,188 g,其中铜的质其中铜的质量为量为64 g,64 g,根据图象根据图象,加热到加热到200 200 时固体质量为时固体质量为188 g188 g42.6%=80 g,42.6%=80 g,表明固体中含有表明固体中含有16 g16 g氧元素氧元素,固固体中铜元素和氧元素的物质的量之比为体中铜元素和氧元素的物质的量之比为11,11,化学式为化学式为CuO,CuO,由于还生成由于还生成NONO2 2和和 O O2 2,反应的方程式为反应的方程式为2Cu(NO2Cu(NO3 3)2
22、 2 2CuO+4NO 2CuO+4NO2 2+O+O2 2。加热到。加热到1 0001 000时时,固体固体的质量为的质量为188 g188 g38.3%=72 g,38.3%=72 g,表明固体中含有表明固体中含有8 g8 g氧氧=元素元素,固体中铜元素和氧元素的物质的量之比为固体中铜元素和氧元素的物质的量之比为21,21,化学式为化学式为CuCu2 2O O。答案答案:2 Cu(NO2 Cu(NO3 3)2 2 2CuO+4NO 2CuO+4NO2 2+O+O2 2CuCu2 2O O=3.PbO3.PbO2 2受热会随温度升高逐步分解。称取受热会随温度升高逐步分解。称取23.9 g P
23、bO23.9 g PbO2 2,将其加热分解将其加热分解,受热分解过程中固体质量随温度的变化受热分解过程中固体质量随温度的变化如下图所示。如下图所示。A A点与点与C C点对应物质的化学式分别为点对应物质的化学式分别为_、_。【解析解析】二氧化铅是二氧化铅是0.1 mol,0.1 mol,其中氧原子是其中氧原子是0.2 mol0.2 mol。A A点点,固体减少固体减少0.8 g,0.8 g,则剩余氧原子的物质的量是则剩余氧原子的物质的量是0.15 mol,0.15 mol,此时剩余的铅和氧原子的个数之比是此时剩余的铅和氧原子的个数之比是23,23,A A点对应的物质是点对应的物质是PbPb2
24、 2O O3 3。同理可得出。同理可得出C C点对应物质是点对应物质是PbOPbO。答案答案:PbPb2 2O O3 3PbOPbO4.(4.(热重曲线综合分析热重曲线综合分析)热重分析法是程序控制温度下热重分析法是程序控制温度下,测量物质的质量与温度的关系的一种实验技术。现有测量物质的质量与温度的关系的一种实验技术。现有一一CaCCaC2 2O O4 4nHnH2 2O O试样试样,分别在氮气气氛、氧气气氛中进分别在氮气气氛、氧气气氛中进行热重分析行热重分析,得到如下热重得到如下热重(TG)(TG)曲线。曲线。(1)(1)图中曲线上有三个失重台阶图中曲线上有三个失重台阶,分别表示加热过程中分
25、别表示加热过程中依次发生了三个反应。根据第依次发生了三个反应。根据第1 1步反应的失重数据计算步反应的失重数据计算试样试样CaCCaC2 2O O4 4nHnH2 2O O中的中的n n值值(精确到整数精确到整数)为为_。(2)(2)根据第根据第2 2步反应的失重数据推测第步反应的失重数据推测第2 2步反应的化学方步反应的化学方程式为程式为_;_;观察曲线说明氧气存在观察曲线说明氧气存在时有利于第时有利于第2 2步反应进行步反应进行,原因是原因是_。(3)(3)第第3 3步反应中释放的气体产物是步反应中释放的气体产物是_。观察曲线可判断出。观察曲线可判断出,氧气存在时不利于第氧气存在时不利于第
26、3 3步反应进行步反应进行,可能原因是可能原因是_。【解析解析】(1)(1)根据图象可知根据图象可知,第一个台阶为脱水过程第一个台阶为脱水过程,即质量的减少值为分子中水的质量。即即质量的减少值为分子中水的质量。即 n=1n=1。(2)(2)由由(1)(1)计算可知计算可知CaCCaC2 2O O4 4的物质的量为的物质的量为0.1 mol,0.1 mol,第二第二个台阶后质量为个台阶后质量为10 g,10 g,说明生成的固体的摩尔质量为说明生成的固体的摩尔质量为100 gmol100 gmol-1-1,因此确定为因此确定为CaCOCaCO3 3,根据质量守恒得另一根据质量守恒得另一种生成物为种
27、生成物为COCO。14.6 g 12.8 g18ng12.8 128，(3)(3)第三个台阶生成的固体的摩尔质量为第三个台阶生成的固体的摩尔质量为56 gmol56 gmol-1-1,所以确定为所以确定为CaO,CaO,则分解反应为则分解反应为CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2。=答案答案:(1)1(1)1(2)CaC(2)CaC2 2O O4 4 CaCO CaCO3 3+CO+CO氧气可与氧气可与COCO反应反应,促使草酸钙分解正向进行促使草酸钙分解正向进行(3)CO(3)CO2 2氧气存在时第二步反应产生的氧气存在时第二步反应产生的COCO2 2会抑制会抑制CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2进行进行=
