2020届高考化学二轮复习热重分析计算学案

2020届高考化学二轮复习热重分析计算学案

‎(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m剩余，×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。‎ ‎1．[2019·全国卷Ⅰ，27(5)]采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为__________________。‎ 答案　NH4Fe(SO4)2·12H2O 解析　失重5.6%是质量分数，设结晶水合物的化学式为NH4Fe(SO4)2·xH2O，由题意知＝，解得x≈12。‎ ‎2．[2014·新课标全国卷Ⅱ，27(4)]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。‎ 答案　根据PbO2PbOx＋O2↑，有×32＝239×4.0%，解得x＝2－≈1.4，根据mPbO2·nPbO，有＝1.4，得＝＝。‎ ‎1．25.35 g MnSO4·H2O样品受热分解过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如下图所示：‎ ‎(1)300 ℃时，所得固体的化学式为________。‎ ‎(2)1 150 ℃时，反应的化学方程式为_______________________________________________。‎ 答案　(1)MnSO4　(2)3MnO2Mn3O4＋O2↑‎ 解析　(1)25.35 g MnSO4·H2O样品中n(Mn)＝n(MnSO4·H2O)＝0.15 mol，其中n(H2O)＝‎ ‎0.15 mol，m(H2O)＝2.7 g,300 ℃时，所得固体质量为22.65 g，减少的质量为2.7 g，则说明该段失去结晶水，此时固体为MnSO4。‎ ‎(2)温度继续升高，固体MnSO4受热分解生成锰的氧化物和硫的氧化物0.15 mol,850 ℃时，固体质量由22.65 g减少到13.05 g，减少的质量为9.6 g，则硫的氧化物的相对质量为64，故为二氧化硫，则此时的固体为MnO2,1 150 ℃时固体为二氧化锰分解所得，由锰元素质量守恒，则m(Mn)＝n(Mn)×55 g·mol－1＝8.25 g，则氧化物中m(O)＝11.45 g－8.25 g＝3.2 g，n(O)＝‎ ‎0.2 mol，故n(Mn)∶n(O)＝0.15∶0.2＝3∶4，则该氧化物为Mn3O4，故反应的化学方程式为3MnO2Mn3O4＋O2↑。‎ ‎2．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36.50 g样品加热，样品的固体残留率(×100%)随温度的变化如下图所示：‎ ‎(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)CaC2O4　CaO ‎(2)在600 ℃时，×100%＝68.49%，m(剩余)＝36.50 g×68.49%≈25 g，从300 ℃至600 ℃时，失去的总质量为32 g－25 g＝7 g，失去物质的摩尔质量为＝28 g·mol－1，500 ℃‎ 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)＝＝0.25 mol，设混合物中CaC2O4和CaCO3的物质的量分别为 x mol和y mol，根据500 ℃时固体总质量可得128x＋100y＝36.50 g×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)＝0.10 mol×128 g·mol－1＝12.80 g，m(CaCO3)＝0.15 mol×100 g·mol－1＝15.0 g，500 ℃时固体的成分为12.8 g CaC2O4和15.0 g CaCO3。‎ 解析　(1)n(CaC2O4·H2O)＝＝0.25 mol，含有m(H2O)＝0.25 mol×18 g·mol－1＝‎ ‎4.50 g，在300 ℃时，×100%＝87.67%，m(剩余)＝36.50 g×87.67%≈32 g，减少的质量为36.50 g－32 g＝4.50 g，故此时失去全部的结晶水，残留固体为CaC2O4；在900 ℃时，×100%＝38.36%，m(剩余)＝36.50 g×38.36%≈14 g，其中Ca的质量没有损失，含m(Ca)＝0.25 mol×40 g·mol－1＝10 g，另外还含有m(O)＝14 g－10 g＝4 g，n(O)＝＝0.25 mol，则n(Ca)∶n(O)＝1∶1，化学式为CaO。‎ ‎3．为确定NVCO{化学式可表示为(NH4)a[(VO)b(CO3)c(OH)d]·10H2O}的组成，进行如下实验：‎ ‎①称取2.130 g样品与足量NaOH充分反应，生成NH3 0.224 L(已换算成标准状况下)。‎ ‎②另取一定量样品在氮气氛围中加热，样品的固体残留率(×100%)随温度的变化如下图所示(分解过程中各元素的化合价不变)。‎ 根据以上实验数据计算确定NVCO的化学式(写出计算过程)。‎ 答案　设NVCO的摩尔质量为M g·mol－1，由＝0.864 8，可得M≈1 065，由＝0.467 6可得b＝6；由×a＝n(NH3)＝＝0.01 mol，解得a＝5，由最后产物为VO2，则VO为＋2价，2c＋d＝5×1＋2×6＝17，由化合物的相对分子质量18a＋67b＋60c＋17d＋180＝1 065可知60c＋17d＝393，解得c＝4，d＝9，将a＝5，b＝6，c＝4，d＝9代入化学表达式，可得化学式为(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O。‎