2026届一轮复习人教版第三章微专题13热重分析判断物质成分学案

一、学习目标1.理解热重分析（TGA）的基本原理及其在物质成分分析中的应用。2.掌握根据热重曲线（TG曲线）的失重数据推断物质组成及分解过程的一般方法。3.能够结合化学方程式，通过计算确定热分解反应的产物及各阶段失重的原因。4.提升综合运用元素化合物知识、化学计算解决实际问题的能力。二、知识回顾与梳理热重分析是在程序控制温度下，测量物质的质量随温度（或时间）变化的关系。所得曲线称为热重曲线（TG曲线）。通过分析TG曲线的特征，如失重台阶的数量、失重温度范围、失重量等，可以推断物质在加热过程中的分解反应、脱水、脱气、氧化、还原等变化，进而确定物质的组成。核心思想：质量的变化源于物质发生了化学反应（分解、氧化等），每一个明显的失重台阶通常对应一个特定的化学反应。通过计算失重百分比，并结合可能发生的化学反应，可以反推物质的成分及分解产物。三、分析方法与步骤1.明确失重阶段：观察TG曲线，识别出有明显质量变化的温度区间，即失重台阶。每个台阶对应一个（或一组）化学反应。2.计算各阶段失重量：根据TG曲线读取每一阶段起始和结束时的质量（或剩余质量百分比），计算该阶段的失重质量（或失重百分比）。*失重百分比=[(起始质量-终止质量)/起始质量]×100%3.结合化学式与反应原理推断：*假设起始物质的化学式（或已知部分组成）。*根据可能发生的分解反应（如失去结晶水、分解产生气体如CO₂、H₂O、O₂、NH₃等），写出可能的反应方程式。*根据反应方程式计算理论失重量（或剩余质量百分比），并与实验数据进行对比验证。4.确定化学式或产物：通过理论计算与实验数据的吻合程度，确定最可能的物质组成及分解产物。四、典型例题解析例题：一种结晶水合物X·nH₂O，受热时逐步失去结晶水，其热重曲线如图所示（设样品起始质量为m₀）。已知在温度T₁～T₂区间内，样品质量减少了Δm₁，在T₂～T₃区间内，质量又减少了Δm₂，最终得到无水盐。试根据图示数据推断n的值及各阶段分解产物。分析步骤：1.设起始物质的量：设X·nH₂O的物质的量为1mol，则其摩尔质量为M(X)+18ng/mol，起始质量m₀=(M(X)+18n)g(此处为方便计算，假设取1mol样品，实际计算时可用质量百分比)。2.分析最终产物：最终产物为无水盐X，其质量为m终=M(X)g。则总的失重百分比为[(m₀-m终)/m₀]×100%=[18n/(M(X)+18n)]×100%。若已知X的摩尔质量M(X)，可直接求出n；若未知，则需结合中间阶段失重分析。3.分析中间阶段失重（以第一阶段为例）：*若第一阶段失重Δm₁对应失去k个结晶水，则Δm₁=18kg(对于1mol样品)。*失重百分比为(18k/(M(X)+18n))×100%，与实验测得的第一阶段失重百分比对比，可求出k与n的关系，或在已知n时求出k。4.验证与确认：将推断出的n值代入各阶段失重计算，看是否与TG曲线数据吻合。关键：明确每一步失去的组分是什么（H₂O、CO₂等），其摩尔质量是多少，然后根据质量守恒进行计算。五、常见物质热分解类型及失重规律1.结晶水合物脱水：如CuSO₄·5H₂O、CaC₂O₄·H₂O等。失重对应失去H₂O的质量。*例如：CuSO₄·5H₂O→CuSO₄·3H₂O→CuSO₄·H₂O→CuSO₄，可能出现多个失重台阶，每个台阶对应失去不同数量的结晶水。2.碳酸盐分解：如CaCO₃、MgCO₃、ZnCO₃等，分解产生CO₂。*例如：CaCO₃→CaO+CO₂↑，失重为CO₂的质量。3.碳酸氢盐分解：如NaHCO₃、Ca(HCO₃)₂等，分解产生CO₂和H₂O（或仅CO₂，视阳离子而定）。*例如：2NaHCO₃→Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O↑，失重为CO₂和H₂O的总质量。4.氢氧化物分解：如Al(OH)₃、Fe(OH)₃等，分解产生H₂O。*例如：2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O↑。5.铵盐分解：如NH₄Cl、(NH₄)₂CO₃等，分解产生NH₃、H₂O、CO₂等。6.草酸盐分解：如CaC₂O₄，可能分解为碳酸盐和CO，或进一步分解为氧化物、CO₂和CO。*例如：CaC₂O₄→CaCO₃+CO↑，CaCO₃→CaO+CO₂↑(更高温度下)。六、实战演练练习1：取某含铁的结晶水合物A，进行热重分析，样品质量随温度变化的曲线如下图所示（样品起始质量为m₀，在T₁℃时质量变为m₁，T₂℃时变为m₂）。已知A在T₁℃时失去全部结晶水，得到无水盐B，继续加热至T₂℃，B分解得到金属氧化物C。（1）若m₀:m₁:m₂=5.1:3.1:1.6，推断A的化学式（假设铁的氧化物为Fe₂O₃）。（2）写出A到B，B到C的化学方程式。练习2：一种由镁和铝组成的碱式碳酸盐，化学式可表示为MgₐAlᵦ(OH)ₙ(CO₃)ₘ·xH₂O。取一定量该样品进行热重分析，在不同温度下发生分解反应，失重主要来自于失去结晶水、羟基脱水以及碳酸盐分解产生的CO₂。若已知各阶段失重数据，如何推断该碱式碳酸盐的化学式？（提示：可设样品的物质的量为1mol，结合各阶段失重量及对应产物的摩尔质量进行计算）七、总结与反思热重分析判断物质成分的关键在于：1.精准读取数据：准确识别TG曲线上各失重台阶的温度范围和失重量。2.合理假设与推演：根据物质的性质（如是否含结晶水、易分解的酸根等），假设可能的分解反应和产物。3.定量计算验证：通过计算理论失重量与实验失重量的吻合度来验证假设，这是判断的核心依据。4.注意细节：如是否有多个失重阶段、是否存在氧化增重（而非失重）的情