2021版高考化学一轮复习核心素养微专题4热重分析判断物质成分练习含解析新人教版

2021版高考化学一轮复习核心素养微专题4热重分析判断物质成分练习含解析新人教版

热重分析判断物质成分 ‎ ‎1. 结晶水合盐受热分解步骤 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。‎ ‎2.热重曲线试题分类 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。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。‎ ‎3.解题的方法思路 ‎(1)设晶体为1 mol，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)‎ ‎×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。‎ ‎【典例】(2019·南京模拟)称取‎3.60 g草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O，相对分子质量是180)用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示，请分析图并回答下列问题：‎ - 6 -‎ ‎①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为_____________________________。 ‎ ‎②‎300 ℃‎时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式__________。 ‎ ‎【解析】①通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为FeC2O4·2H2OFeC2O4+2H2O。‎ ‎②草酸亚铁晶体中的铁元素质量为‎3.6 g××100%≈‎1.12 g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，氧化物中氧元素的质量为‎1.60 g-1.12 g=‎ ‎0.48 g‎，‎ 铁元素和氧元素的质量比为‎1.12 g∶‎0.48 g=7∶3，‎ 设铁的氧化物的化学式为FexOy，则有56x∶16y=7∶3，x∶y=2∶3，铁的氧化物的化学式为Fe2O3。‎ 答案：①FeC2O4·2H2OFeC2O4+2H2O　②Fe2O3‎ ‎【延伸探究】草酸锌晶体和草酸亚铁晶体在性质上有相似之处，受热也会分解。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 ‎______________________________________________________________。 ‎ 提示：ZnC2O4ZnO+CO↑+CO2↑。ZnC2O4·2H2O晶体中的ZnC2O4质量分数为×100%≈80.95%，故A点完全失去结晶水，化学式为ZnC2O4，假设B点为ZnO，则残留固体占有的质量分数为×100%≈42.86%，故B点残留固体为ZnO，结合原子守恒可知还生成等物质的量的CO与CO2。300 ～‎460 ℃‎范围内，发生反应的化学方程式为ZnC2O4ZnO+CO↑+CO2↑。‎ - 6 -‎ ‎1.PbO2受热会随温度升高逐步分解。称取‎23.9 g PbO2，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__________、__________。 ‎ ‎【解析】二氧化铅是0.1 mol，其中氧原子是0.2 mol。A点，固体减少‎0.8 g，则剩余氧原子的物质的量是0.15 mol，此时剩余的铅和氧原子的个数之比是2∶3，A点对应的物质是Pb2O3。同理可得出C点对应物质是PbO。‎ 答案：Pb2O3　PbO ‎2.在空气中加热‎10.98 g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表。‎ 温度范围/℃‎ 固体质量/g ‎150～210‎ ‎8.82‎ ‎290～320‎ ‎4.82‎ ‎890～920‎ ‎4.50‎ ‎(1)加热到‎210 ℃‎时，固体物质的化学式为__________。 ‎ ‎(2)经测定，加热到210～‎320℃‎过程中的生成物只有CO2和钴的氧化物，此过程发生反应的化学方程式为____ _______________________。 ‎ ‎【解析】(1)CoC2O4·2H2O失去全部结晶水的质量为10.98× g=‎8.82 g，即加热到‎210 ℃‎时，固体物质是CoC2O4。(2)根据元素守恒，n(CO2)=(×2) mol=‎ ‎0.12 mol，质量为0.12 mol×‎44 g·mol-1=‎5.28 g，固体质量减少(8.82-4.82) g =‎4.00 g，说明有气体参加反应，即氧气参加，氧气的质量为(5.28-4.00) g=‎ - 6 -‎ ‎1.28 g‎，其物质的量为 mol=0.04 mol，n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)=∶0.04∶0.12=0.06∶0.04∶0.12=3∶2∶6，依据原子守恒，3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。‎ 答案：(1)CoC2O4‎ ‎(2)3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2‎ ‎3.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)。‎ ‎【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×‎ - 6 -‎ ‎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。‎ 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 ‎7 g‎÷0.25 mol=‎28 g·mol-1，所以‎600 ℃‎时残留固体成分为CaCO3，则‎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。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　(2019·石狮模拟)过氧化钙是一种新型的多功能无机化工产品，常温下是无色或淡黄色粉末，易溶于酸，难溶于水、乙醇等溶剂。某实验小组在实验室用钙盐制取CaO2·8H2O沉淀(该反应是一个放热反应)。‎ ‎(1)仪器X的名称是__________。 ‎ ‎(2)仪器B的作用是__________。 ‎ ‎(3)A为实验室制取氨气的装置，写出A中发生反应的化学方程式：‎ ‎_____________________________________________________。 ‎ ‎(4)制取CaO2·8H2O一般在0～‎5 ℃‎的低温下进行，原因是_________________， ‎ ‎　生成CaO2·8H2O的化学方程式为___________________________________。 ‎ - 6 -‎ ‎(5)‎2.76 g CaO2·8H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线，‎140 ℃‎时完全脱水，杂质受热不分解)如图所示。‎ ‎①试确定‎60 ℃‎时CaO2·xH2O中x=__________。 ‎ ‎②该样品中CaO2的质量分数为__________。 ‎ ‎【解析】由图可以看出A为实验室制备氨气：Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O，由于NH3极易溶于水，采用B装置是为了防止倒吸。双氧水通过分液漏斗(X)进入低温的三颈烧瓶，发生化学反应CaCl2+H2O2+2NH3+8H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl。由于CaO2·8H2O带结晶水，若温度太高，则CaO2·8H2O会失去部分结晶水，且H2O2分解速率加快，温度太低，液体易冻结，反应困难。‎140 ℃‎后结晶水全部失去，其质量为‎2.76 g-1.32 g=‎1.44 g，物质的量为0.08 mol，则CaO2·8H2O的物质的量为0.01 mol，由CaO2·8H2O样品受热脱水过程的热重曲线可以看出60～140 ℃失去的结晶水的质量为‎1.68 g-1.32 g=‎0.36 g，物质的量为0.02 mol，则n(CaO2)∶n(H2O)=0.01∶0.02=1∶x，x=2。CaO2质量为‎72 g·mol-1×‎ ‎0.01 mol=‎0.72 g，则该样品中CaO2的质量分数=×100%≈26.09%。‎ 答案：(1)分液漏斗　(2)防倒吸 ‎(3)Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O ‎(4)低于‎0 ℃‎，液体易冻结，反应困难，温度过高，过氧化氢分解速率加快，且CaO2·8H2O会失去部分结晶水 CaCl2+H2O2+2NH3+8H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl ‎(5)①2　②26.09%‎ - 6 -‎