专题3 核心素养提升(3) 热重分析判断物质成分-【优化探究】2024高考化学一轮复习高考总复习配套教参（苏教版 新教材 新高考）

　　　　　　　　　　　　核心素养　专项提能 核心素养提升(三)　热重分析判断物质成分 授课提示：对应学生用书第91页 一、热重曲线试题的类型 这类试题大多依据结晶水合盐试样热重法实验图像而编制。一般认为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。热重曲线试题可分为两类：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，气氛物质可参加反应，如氧气氧化等。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。 二、热重曲线试题的解题模型 (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NH3 B．先分解失去NH3，再分解失去H2O C．同时分解失去H2O和NH3 D．同时分解失去H2、N2和H2O [解析]　NH4VO3的摩尔质量为117 g·mol－1，设NH4VO3物质的量为1 mol，则210 ℃时失重的质量为1 mol×117 g·mol－1×(1－85.47%)≈17 g。NH3的摩尔质量为17 g/mol，所以先分解失去NH3。根据质量守恒定律，化学方程式为NH4VO3HVO3＋NH3↑。380 ℃时失重的质量为1 mol×117 g·mol－1×(1－77.78%)≈26 g。 在第一次失重的基础上，第二次又失去的质量为26 g－17 g＝9 g。 H2O的摩尔质量为18 g·mol－1，所以再分解失去0.5 mol H2O。根据质量定律守恒，化学方程式为2HVO3V2O5＋H2O↑。确定B选项正确。 [答案]　B 2．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1 000 ℃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________。 [解析]　Co(OH)2的摩尔质量为93 g·mol－1，设Co(OH)2的物质的量为1 mol，则C点1 000 ℃时失重的质量为1 mol×93 g·mol－1×(1－80.65%)≈18 g，即1 mol H2O，根据质量守恒定律，化学反应方程式为Co(OH)2CoO＋H2O。1 000 ℃时剩余固体的成分为CoO。B点500 ℃时失重的质量为1 mol×93 g·mol－1×(1－86.38%)≈12.7 g。已知290 ℃时，Co(OH)2已完全脱水，1 mol Co(OH)2脱水成CoO时应失重的质量为18 g，因为500 ℃时失重的质量不到18 g，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)＝≈ mol，即可表述为CoO·O，整理得化学式为Co3O4。 同理，A点290 ℃时失重的质量为1 mol×93 g·mol－1×(1－89.25%)≈10 g，进入氧元素的物质的量为n(O)＝＝0.5 mol，即可表述为CoO·O0.5，整理得化学式为Co2O3。所以在350～400 ℃范围内剩余固体是Co3O4和Co2O3的混合物。 [答案]　CoO　Co3O4和Co2O3 3．固体试样先后以两种不同的方式失重 [典例3]　MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化如图所示。则 (1)300 ℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为______________。 (2)图中点D对应固体的成分为____________(填化学式)。 [解析]　设MnCO3的物质的量为1 mol，即质量为115 g。 (1)A点剩余固体质量为115 g×75.65%≈87 g。 减少的质量为115 g－87 g＝28 g， 可知MnCO3失去的组成为“CO”， 故剩余固体的成分为MnO2，n(Mn)∶n(0)＝1∶2。 (2)C点剩余固体质量为115 g×61.74%≈71 g， 据锰元素守恒知m(Mn)＝55 g， 则m(O)＝71 g－55 g＝16 g， 则n(Mn)∶n(O)＝∶＝1∶1， 故剩余固体的成分为MnO； 同理，B点剩余固体质量为11