2023届新高考新教材化学鲁科版一轮专项提能特训一　建热重分析模型　巧判物质成分

专项提能特训一建热重分析模型巧判物质成分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)eq\f(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∶n氧，即可求出失重后物质的化学式。(一)加热的物质都有固定的化学式1．固体试样以脱水、分解等方式失重[典例1]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℃),\s\do5())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℃),\s\do5())V2O5＋H2O↑。确定B选项正确。[答案]B2．固体试样以氧化、还原等方式失重[典例2]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)2eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())CoO＋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]CoOCo3O4和Co2O33．固体试样先后以两种不同的方式失重[典例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MnCO3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())MnO2＋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MnOeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(2－\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∶2Mn3O4与MnO(二)加热的物质没有固定的化学式[典例4](经典高考题节选)碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：①准确称取3.390g样品与足量稀盐酸充分反应，生成0.560LCO2(已换算成标准状况下)。②另取一定量样品在空气中加热，样品的固体残留率eq\b\lc\((\a\vs4\al\co1(,))eq\f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1(,))随温度的变化如图所示(样品在270℃时已完全失去结晶水，600℃以上残留固体为金属氧化物的混合物)。根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(COeq\o\al(2－,3))＝。[解析]碱式碳酸铝镁的化学式不确定，题中只表示为MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O，无法求得摩尔质量。试题中以3.390g样品为研究对象，不妨暂定3.390g样品为1mol。3.390g样品与足量的稀盐酸充分反应，生成CO2体积为0.560L(标准状况)。n(CO2)＝eq\f(0.560L,22.4L/mol)＝0.025mol，根据C守恒，即可确定d为0.025。270℃时已完全失去结晶水，失去结晶水的质量为3.390g×(1－73.45%)＝0.9g,600℃以上残留固体为金属氧化物的混合物，说明又失去了除结晶水外的氢元素。失去的氢元素只能再结合样品中的氧元素生成水。600℃时失重的质量为3.390g×(1－37.02%)＝2.135g，失去氢元素再生成水的质量为2.135g－(0.025mol×44g/mol)－0.9g＝0.135g。n(H)＝eq\f(0.135g,18g/mol)＝0.015mol，根据氢元素守恒，c＝0.015。故碱式碳酸铝镁样品中的n(OH－)∶n(COeq\o\al(2－,3))＝0.015∶0.025＝3∶5。通过上述例题分析发现，解决热重曲线问题，应以1mol物质为研究对象，抓住失重时减少的质量，结合摩尔质量，即可快速求解，化繁为简。[答案]3∶51．PbO2受热会随温度升高逐步分解。称取23.9gPbO2，将其加热分解，受热分解过程中固体质量随温度的变化如图所示。A点与C点对应物质的化学式分别为。答案：Pb2O3、PbO2．将Ce(SO4)2·4H2O(摩尔质量为404g·mol－1)在空气中加热，样品的固体残留率eq\f(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。当固体残留率为70.3%时，所得固体可能为(填字母)。A．Ce(SO4)2B．Ce2(SO4)3C．CeOSO4解析：B404×70.3%≈284，A的相对分子质量为332，B的相对分子质量为568，C的相对分子质量为252，根据质量守恒808×70.3%≈568，应选B。3．将草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如图所示，300～460℃范围内，发生反应的化学方程式为。答案：ZnC2O4eq\o(=,\s\up7(△))ZnO＋CO↑＋CO2↑4．CoC2O4是制备钴的氧化物的重要原料。如图为二水合草酸钴(CoC2O4·2H2O)在空气中受热的质量变化曲线，曲线中300℃及以上所得固体均为钴氧化物。通过计算确定C点剩余固体的化学成分为(填化学式)。写出B点对应的物质与O2在225～300℃发生反应的化学方程式：。解析：CoC2O4·2H2O→CoC2O4→CoxOy，C点应为钴的氧化物，18.3g晶体中钴的物质的量为0.1mol，质量为5.9g,8.03gCoxOy中氧的物质的量为eq\f(8.03g－5.9g,16g·mol－1)≈0.133mol，所以eq\f(x,y)＝eq\f(0.1mol,0.133mol)≈eq\f(3,4)，其化学式为Co3O4。答案：Co3O4(写成CoO·Co2O3亦可)3CoC2O4＋2O2eq\o(=,\s\up7(225～300℃))Co3O4＋6CO25．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eq\b\lc\((\a\vs4\al\co1(,))eq\f(固体样品的剩余质量,固体样品的起始质量)×100%eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1(,))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)。答案：(1)CaC2O4CaO(2)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)＝eq\f(36.50g,146g