2024年高考化学一轮复习讲练测（全国通用）专题讲座（三） 热重分析中的物质成分的判断（讲）-（解析

专题讲座（三）热重分析中的物质成分的判断目录第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆第三部分：典型例题剖析高频考点1考查热重曲线中物质组成的判断高频考点2考查热重曲线中方程式的书写正文第一部分：网络构建（总览全局）第二部分：知识点精准记忆1.结晶水合盐受热分解步骤加热结晶水合盐反应可分三步进行：第一步是脱去部分水，第二步是生成羟基盐或含水盐，第三步是生成金属氧化物；如果热重实验的气氛为空气，则加热过程中可能被氧化，反应将变得更复杂一些。2.热重曲线试题分类（1）从失重的方式来分，热重曲线类试题可分为两类：第一类，试样发生分解反应，以脱水、分解等方式失重，气氛物质不参加反应；第二类，试样发生氧化、还原等反应，以氧化、还原等方式失重。当然也有试题形式上是两者的结合，但本质上可以分步处理，故仍属于上述类型。（2）根据热重实验所选试样是否已知，热重曲线类试题可分为两类：第一类以已知试样确定产物组成的目标思维法试题；第二类以未知试样需要确定组成的逆向思维法试题。3.热重曲线图的分析方法坐标曲线题解题时可以拆分为识图、析图、用图三个步骤。其中识图是基础，析图是关键，用图是目的。(1)识图。识图的关键是三看：一看轴即横、纵坐标所表示的化学含义(自变量X轴和函数Y轴表示的意义)，寻找X、Y轴之间的关系，因为这是理解题意和进行正确思维的前提；二看点即曲线中的特殊点(顶点、始点、终点、拐点、交叉点)；三看线即曲线的走势(变化趋势是上升、下降、波动、正态、偏态等变化)。(2)析图。分析图中为什么会出现这些特殊点，曲线为什么有这样的变化趋势和走向，分析曲线变化的因果关系；通过联想，把课本内的有关化学概念、原理、规律等与图中的曲线和相关点建立联系。(3)用图。将相关的化学知识与图中曲线紧密结合，在头脑中构建新的曲线——知识体系，然后运用新的曲线——知识体系揭示问题的实质，解决实际问题。4.解题的方法思路(1)设晶体为1mol，其质量为m。(2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。(3)计算每步固体剩余的质量(m余)m余m×100%=固体残留率。(4)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。(5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属QUOTE∶n氧，即可求出失重后物质的化学式。(6)根据失重后物质的化学式，写出相应的化学方程式。第三部分：典型例题剖析高频考点1考查热重曲线中物质组成的判断例1.正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。但钴的资源匮乏限制了其进一步发展。Co(OH)2在空气中加热时，固体残留率随温度的变化曲线如图所示。已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1000℃时，剩余固体成分为________(填化学式，下同)；在350～400℃范围内，剩余固体成分为________。Co(OH)2的热重曲线【解析】Co(OH)2的摩尔质量为93g/mol，设Co(OH)2的物质的量为1mol，则C点1000℃时失重的质量为1mol×93g/mol×(1－80.65%)＝18g，即1molH2O，根据质量守恒定律，化学反应方程式为Co(OH)2CoO＋H2O。1000℃时剩余固体的成分为CoO。B点500℃时失重的质量为1mol×93g/mol×(1－86.38%)＝12.7g。已知290℃时Co(OH)2已完全脱水，1molCo(OH)2脱水成CoO时应失重的质量为18g，因为500℃时失重的质量不到18g，所以一定有氧气进入，使钴元素的化合价发生了变化。进入氧元素的物质的量为n(O)＝eq\f(18g－12.7g,16g/mol)＝eq\f(1,3)mol，即可表述为CoO·Oeq\f(1,3)，整理得化学式为Co3O4。同理，A点290℃时失重的质量为1mol×93g/mol×(1－89.25%)＝10g，进入氧元素的物质的量为n(O)＝eq\f(18g－10g,16g/mol)＝0.5mol，即可表述为CoO·O0.5，整理得化学式为Co2O3。所以在350～400℃范围剩余固体是Co3O4和Co2O3的混合物。【答案】CoO Co3O4和Co2O3【名师点睛】本题是固体试样以氧化、还原等方式失重的热重曲线试题考查某温度时物质组成的判断，分析时要注意空气中的氧气参与反应，不完全是分解反应的结果。例2.随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。经过热重分析测得：NH4VO3在焙烧过程中，固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如图所示。则NH4VO3在分解过程中________。A．先分解失去H2O，再分解失去NH3B．先分解失去NH3，再分解失去H2OC．同时分解失去H2O和NH3D．同时分解失去H2、N2和H2O【解析】[NH4VO3的摩尔质量为117g/mol，设NH4VO3物质的物质的量为1mol，则210℃时失重的质量为1mol×117g/mol×(1－85.47%)＝17g。NH3的摩尔质量为17g/mol，所以先分解失去NH3。根据质量守恒定律，化学方程式为NH4VO3eq\o(=====,\s\up7(210℃))HVO3＋NH3↑。即可确定选B。380℃时失重的质量为1mol×117g/mol×(1－77.78%)＝26g。在第一次失重的基础上，第二次又失去的质量为26g－17g＝9g。H2O的摩尔质量为18g/mol，所以再分解失去0.5molH2O。根据质量定律守恒，化学方程式为2HVO3eq\o(=====,\s\up7(380℃))V2O5＋H2O↑。确定B选项正确。【答案】B【名师点睛】本题是固体试样以脱水、分解等方式失重的热重曲线试题考查某温度时分解产物组成的判断，分析时要注意空气中的氧气并未参与反应，完全是分解反应的结果。例3.MnCO3可用作电讯器材元件材料，还可用作瓷釉、颜料及制造锰盐的原料。它在空气中加热易转化为不同价态锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化，如图所示。则300℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为________；图中C点对应固体的成分为________(填化学式)。MnCO3的热重曲线【解析】MnCO3的摩尔质量为115g/mol，设MnCO3的物质的量为1mol，则A点300℃时失重的质量为1mol×115g/mol×(1－75.65%)＝28g。已知CO的摩尔质量是28g/mol，根据质量守恒定律，分解化学方程式为MnCO3MnO2＋CO↑。所以A点300℃时固体成分的化学式为MnO2。则n(Mn)∶n(O)为1∶2。B点770℃时失重的质量为1mol×115g/mol×(1－66.38%)＝38.7g。由于300℃时固体的成分为MnO2，再加热造成失重的原因只能是氧元素以O2的形式逸散失去，随着氧元素的失去，锰的化合价也发生了变化。因此失去氧元素的物质的量为n(O)＝eq\f(38.7g－28g,16g/mol)＝eq\f(2,3)mol，可表示为MnO(2－eq\f(2,3))，整理得化学式为Mn3O4。D点900℃时失重的质量为1mol×115g/mol×(1－61.74%)＝44g。失去的n(O)＝eq\f(44g－28g,16g/mol)＝1mol，可表示为MnO(2－1)，整理得化学式为MnO。所以C点时固体物质正从Mn3O4转化为MnO，此时为Mn3O4与MnO的混合物。【答案】1∶2 Mn3O4与MnO【名师点睛】本题是固体试样先以脱水、分解等方式失重后，又以氧化、还原等方式失重的热重曲线试题考查某温度时分解产物组成的判断，分析时要注意分析以分解方式失重与氧化、还原等方式失重的区别，采用不同方法进行分析解决问题。【变式训练】为研究一水草酸钙(CaC2O4·H2O)的热分解性质，进行如下实验：准确称取36.50g样品加热，样品的固体残留率(固体样品的剩余质量固体样品的起始质量×100%)随温度的变化如图所示。(1)300℃时残留固体的成分为__________，900℃时残留固体的成分为__________。 (2)通过计算求出500℃时固体的成分及质量(写出计算过程)。【解析】(1)n(CaC2O4·H2O)=36.50g146g·mol-1=0.25mol，含有m(H2O)=0.25mol×18g·mol-1=4.50g，在300℃时，m(剩余)m(起始)×100%=87.67%，m(剩余)=36.50g×87.67%≈32g，减少的质量为36.50g-32g=4.50g，故此时失去全部的结晶水，残留固体为CaC2O4；在900℃时，m(剩余)m(起始)×100%=38.36%，m(剩余)=36.50g×38.36%≈14g，其中Ca的质量没有损失，含m(Ca)=0.25mol×40g·mol-1=10g，另外还含有m(O)=14g-10g=4g，n(O)=4g16g·mol-1=0.25mol，则n(Ca)∶n(O)=1∶1，化学式为CaO。(2)在600℃时，m(剩余)m(起始)×100%=68.49%，m(剩余)=36.50g×68.49%≈25g，从300℃至600℃时，失去的总质量为32g-25g=7g，失去物质的摩尔质量为7g÷0.25mol=28g·mol-1，所以600℃时残留固体成分为CaCO3，则500℃时残留固体的成分为CaC2O4和CaCO3的混合物，样品中CaC2O4·H2O的物质的量n(CaC2O4·H2O)=36.50g146g·mol-1=0.25mol，设混合物中CaC2O4和CaCO3的物质的量分别为xmol和ymol，根据500℃时固体总质量可得128x+100y=36.50g×76.16%，根据钙元素守恒可得x+y=0.25，解得x≈0.10，y≈0.15，m(CaC2O4)=0.10mol×128g·mol-1=12.80g，m(CaCO3)=0.15mol×100g·mol-1=15.0g，500℃时固体的成分为12.8gCaC2O4和15.0gCaCO3。答案：(1)CaC2O4 CaO(2)12.8gCaC2O4和15.0gCaCO3。高频考点2考查热重曲线中方程式的书写例4.在空气中加热10.98g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表。温度范围/℃固体质量/g150～2108.82290～3204.82890～9204.50(1)加热到210℃时，固体物质的化学式为__________。 (2)经测定，加热到210～320℃过程中的生成物只有CO2和钴的氧化物，此过程发生反应的化学方程式为____ _______________________。 【解析】(1)CoC2O4·2H2O失去全部结晶水的质量为10.98×147183g=8.82g，即加热到210℃时，固体物质是CoC2O4。(2)根据元素守恒，n(CO2)=(8.82147×2)mol=0.12mol，质量为0.12mol×44g·mol-1=5.28g，固体质量减少(8.82-4.82)g=4.00g，说明有气体参加反应，即氧气参加，氧气的质量为(5.28-4.00)g=1.28g，其物质的量为1.2832mol=0.04mol，n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)=8.82147∶0.04∶0.12=0.06∶0.04∶0.12=3∶2∶6，依据原子守恒，3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。【答案】(1)CoC2O4(2)3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2【名师点睛】本题是固体试样先以脱水、分解等方式失重后，又以氧化、还原等方式失重的热重曲线试题考查某温度时分解产物组成的判断，分析时要注意分析以分解方式失重与氧化方式失重的区别，采用不同方法进行分析解决问题。150～210℃为脱水失重，得到的固体产物为CoC2O4；290～320℃为氧化、分解失重，得到的固体产物为Co