高中化学微专题-专题六 热重曲线图像(讲)

专题六 热重曲线图象 热重法是在程序控温下测量易分解物质的质量随温度(或时间)的变化关系。热重曲线是以试样质量或残留率为纵坐标，温度或时间为横坐标绘成的定量曲线图。利用物质热重法分析的推断题，既需要定性分析又需要定量计算热重曲线是指在热分析过程中通过热天平而得到的试样在加热过程中质量随温度变化的曲线。近年来“热重曲线”类试题均以试样热重实验曲线为依据编制。试题以试样质量(剩余固体质量占原试样质量的百分比)随温度变化的曲线为载体，以图象和文字组合的形式呈现，考查内容以书写方程式、判断某温度时物质组成为重点，考查方式以填空、计算等形式较为常见，综合考查学生获取信息的能力、处理据的能力和元素守恒的化学思想等，促使学生对中学化学知识内涵的再次理解和体会，题型旨在考查学生“接受、吸收、整合化学信息的能力”从而培养学生分析、变形、转换的能力。 1.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，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测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。 2.热重曲线模型：由热重分析记录的质量变化对温度的关系曲线称热重曲线，曲线的横轴为温度，纵轴为质量。如固体物质A热分解反应：A(固体)B(固体)+C(气体)的典型热重曲线如图所示。图中T1为固体A开始分解的温度，T2为质量变化达到最大值时的终止温度。若试样初始质量为W0，失重后试样质量为W1，则失重百分数为。 3.热重分析的一般方法和规律 (1)设晶体为1 mol。 (2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。 (3)计算每步的剩余固体质量，×100%=固体残留率。 (4)晶体中金属质量不减少，仍在m(剩余)中。 (5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m(O)，由n(金属)∶n(O)即可求出失重后物质的化学式。 4.热重曲线的分析 (1)定性推测：对热重图象中的易分解物质发生的分解反应原理进行分析判断，是失水过程，还是分解过程，甚至是在空气中灼烧生成不同价态氧化物的过程(有O2参与反应)等情况，初步确定产物的可能化学式。 (2)定量验证：质量变化的过程中，某些元素的物质的量(或质量)是守恒的。故可以采用元素守恒、质量守恒、差量法等对热重图象中的有关数据进行计算，实现定量计算过程。 【例题1】 1．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)。 【举一反三】 2．PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x值和m∶n值。 【例题2】 3．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 【举一反三】 4．在加热固体NH4Al(SO4)2·l2H2O时，固体质量随温度的变化曲线如图所示： 已知A点物质为NH4Al(SO4)2，B点物质为Al2(SO4)3，下列判断正确的是 A．O℃~T℃的过程变化是物理变化 B．C点物质是工业上冶炼铝的原料 C．A→B反应中生成物只有Al2(SO4)3和NH3两种 D．Al2(SO4)3能够净水，可用离子方程式表示为：Al3++3OH-=A1(OH)3 【例题3】 5．过硼酸钠晶体(NaBO3·4H2O)可用作洗衣业的无氯漂白剂、清洗材料和牙齿增白剂，在70 ℃以上加热会逐步失去结晶水。实验测得过硼酸钠晶体的质量随温度变化的情况如下图所示，则T2℃时所得晶体的化学式为 。 【举一反三】 6．黄铵铁矾 [化学式可表示为(NH4)xFey(SO4)z(OH)w，摩尔质量为480 g·mol-1]。Min Ristic等曾对黄铵铁矾进行热分解实验，其结果可用下图热重曲线表示(已知：黄铵铁矾在300 ℃前分解释放的物质为H2O，300～575 ℃之间只有NH3和H2O放出，此时残留固体只存在Fe、O、S三种元素，670 ℃以上得到的是纯净的红棕色粉末)。 根据以上实验及图中数据确定黄铵铁矾的化学式为 。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1．(1)1∶2 (2)Mn3O4和MnO 【详解】（1）设MnCO3的物质的量为1mol，即质量为115g。A点剩余固体质量为115g×75.65%≈87g。减少的质量为115g-87g=28g，可知MnCO3失去的组成为“CO”，故剩余固体的成分为MnO2。 （2）C点剩余固体质量为115g×61.74%≈71g，据锰元素守恒知m(Mn)=55g，则m(O)=71g-55g=16g，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115g×66.38%≈76g，因m(Mn)=55g，则m(O)=76g-55g=21g，则n(Mn)∶n(O)=∶≈3∶4，故剩余固体的成分为Mn3O4，因D点介于B、C之间，故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物。 2．2∶3 【详解】由题意可得二氧化铅分解的化学方程式为PbO2PbOx＋O2↑，由失重曲线上的a点为样品失重4.0%可得：×32=239×4.0%，解得x=2-≈1.4，由PbOx和mPbO2·nPbO的铅原子和氧原子个数比相同可得：=1.4，解得，故答案为：2∶3。 3．B 【详解】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； 380℃时共损失的质量为1mol×117g/mol×(1－77.78%)＝26g，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；对照各选项，答案选B。 【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。 4．B 【详解】A.因为A点物质为NH4Al(SO4)2，则O℃~T℃的过程变化是失去结晶水生成NH4Al(SO4)2是化学变化，A错误； B. B点物质为硫酸铝，升温在加热分解则在C点生成氧化铝，所以C点物质是工业上冶炼铝的原料，B正确； C.A→B发生的反应为硫酸铝铵分解生成硫酸铝、氨气和硫酸，C错误； D.硫酸铝能够净水，其原理是铝离子水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体具有吸附性可以吸附水中的悬浮的杂质，D错误； 答案选B。 5．NaBO3·3H2O 【详解】过硼酸钠晶体(NaBO3·4H2O)的物质的量=，T2℃质量变为27.20 g，质量差为30.8 g-27.20 g=3.6 g，减少水的物质的量=，则1 mol NaBO3·4H2O失去1mol水，则T2℃时所得晶体的化学式为NaBO3·3H2O。 6．NH4Fe3(SO4)2(OH)6 【详解】设有480 g物质分解，670 ℃以上为红棕色纯净物Fe2O3，则其物质的量为n(Fe2O3)= =1.5 mol，即y=3；在固体质量400 g→240 g时，分析可知，该产物为SO3和Fe2O3，则n(SO3)= =2 mol，即z=2；化合物中各元素化合价代数和为0，则x+3×(+3)+ 2×(-2)+w×(-1)=0，17x+3×56+2×96+17w=480，解得x=1、w=6，所以该物质的化学式为NH4Fe3(SO4)2(OH)6。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$