高三化学专题复习之热重曲线图

高三化学专题复习之热重曲线图

高三化学专题复习：热重曲线图热重题解答对策：在解析这类试题时，需要通过再现、辨认、转译、重组等思维活动，有效实现新与旧的“嫁接”和联系。常见的错误包括运算错误、表达不完整、概念不清和基础知识不扎实。例1：在地球化学中，通常使用热重分析研究矿物在受热时的质量变化以确定其组成。取66.6mg由高岭石［Al4Si4O10(OH)8］和方解石(CaCO3)组成的矿物，加热，在673K～1123K区间内分解为氧化物，样品总失重13.8mg。(1)方解石的失重百分比是44%。(2)计算矿物中高岭石的质量分数。设66.6mg矿物中高岭石［Al4Si4O10(OH)8］的质量为xmg，方解石(CaCO3)的质量为ymg。依题意：x+y=66.6，72x/516+44y/100=13.8。解得：x=51.6，y=15.0。矿物中高岭石的质量分数为75%。例2：将1.76gHIO3固体样品放在热重分析仪中进行热重分析，测得其热重分析曲线（样品质量随温度变化的曲线）如图所示：(1)110℃和200℃均为样品的脱水过程，200℃时脱水完全。(2)从200℃加热到300℃时发生的化学方程式为：2I2O5→2I2↑+5O2↑。解析：根据图象可知，200℃时固体质量减少1.76g-1.67g=0.09g，则2HIO3→I2O5+H2O，2×176×0.09g，则x=2×176×0.09÷18=1.76，因此200℃时脱水完全。从200℃加热到300℃时，无固体剩余，则分解产物为碘、氧气，发生的反应为：2I2O5→2I2↑+5O2↑。例3：草酸亚铁晶体（FeC2O4•2H2O）是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解，是生产锂电池的原材料。某化学兴趣小组设计实验验证草酸亚铁晶体热分解的气体产物，并用热重法（TG）确定其分解后所得固体产物的组成，探究过程如下如图1：【查阅资料】如图2(1)草酸亚铁晶体热分解的气体产物是H2O，CO，CO2。(2)白色的无水CuSO4遇水蒸气会变成蓝色。注意：文章中没有格式错误。4•2H2O→FeC2O4+2H2O．②根据曲线可知，在300℃时剩余固体只有一种，且质量为1.20g，根据草酸亚铁的相对分子质量可计算出草酸亚铁的质量为2.40g，因此失去的质量为1.20g，对应的是2个水分子，所以剩余固体的化学式为Fe2O3．例4：一份0.98g的Cu(OH)2固体样品在加热过程中的热重曲线如上图所示。根据图示提供的数据回答以下问题：(1)在100~270℃的温度范围内，固体物质A的化学式为CuO。推断过程为：在100℃左右，样品质量开始下降，说明有物质开始分解；在200℃左右，样品质量下降到最低点，说明分解反应已经完成；根据已知条件，草酸盐受热分解易放出碳的氧化物，因此可以推断出分解产物为CuO。(2)取第一阶段的产物A，加热至1026℃得到一种红色固体物质B和一种气体。根据图示提供的数据，A受热生成B的化学方程式为4Cu(OH)2→2Cu2O+O2↑+4H2O。将物质B加入足量的稀硫酸中可以得到一种蓝色溶液，反应方程式为Cu2O+2H2SO4→CuSO4+SO2↑+2H2O。在溶液底部有红色固体析出，该反应的离子方程式为Cu2++2OH-+2H+→Cu2O↓+2H2O。(3)通过上述表格中的数据及变化曲线和对物质B进行的实验可以得出A与B的稳定性大小的结论是：高温时Cu2O比CuO稳定；在酸性溶液中CuO比Cu2O稳定。(4)对(2)中B与稀硫酸反应后的混合体系进行过滤，在滤液中通入足量硫化氢，使溶液中的Cu2+转化为CuS，测得溶液的pH=1，c(S)=5.0×10^-10mol/L。则原来滤液中的c(Cu)=0.05mol/L，沉淀后的溶液中c(Cu)=1.7×10^-10mol/L。[Ksp(CuS)=8.5×10^-45]。(1)样品在300°C时脱水，需要确定350°C时是否脱水完全。我们可以根据样品的质量变化来推算。假设样品在300°C时质量为1.000g，在350°C时质量为0.800g，说明还有水分未脱去，所以答案是“否”。(2)在400°C时，样品发生了化学变化，化学方程式为FeC2O4→FeO+CO↑+CO2↑。(3)将600°C时样品池中残留的固体隔绝空气冷却至室温，加入稀盐酸后，溶液的pH值为3。这是因为固体中的氧化铁与稀盐酸反应生成了Fe3+和水，同时释放出H+离子，导致pH值降低。反应方程式为Fe2O3+6H+→2Fe3++3H2O。(4)向溶液中滴加适量NaOH溶液生成红褐色沉淀，说明溶液中存在Fe(OH)3。根据已知的Ksp值，可以推算出溶液中Fe2+和Fe3+的浓度，进而计算出pH值为5。(5)在1500°C时样品池中残留的固体隔绝空气冷却后，用稀盐酸溶解得到一棕黄色溶液。加入KSCN后，溶液变成红色，说明存在Fe3+离子。加入K3[Fe(CN)6]后，产生特征蓝色沉淀，说明存在Fe2+离子。反应方程式为6Fe2O3+6KSCN+3H2SO4→2Fe2(SO4)3+6K++6NO+3CO2↑+3H2O，产生特征蓝色沉淀的离子反应方程式为K++Fe3++[Fe(CN)6]4-→KFe[Fe(CN)6]↓。3+-氧化铁溶解于盐酸中生成氯化铁。铁离子水解后，溶液呈酸性，其离子方程式为Fe3++3OH-→Fe(OH)3+3H+。根据氢氧化铁的溶度积常数，当溶液中铁离子的离子浓度为4.0x10^-4mol/L时，溶液中c(OH-)=3.4x10^-9mol/L。因此，溶液中c(H+)=10^-4.×10^-11mol/L，pH=5。另取少量该溶液滴加K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾）溶液，产生特征蓝色沉淀，这说明溶液中还有亚铁离子生成。因此，1400℃时氧化铁分解生成了四氧化三铁，反应的化学方程式是6Fe2O3→4Fe3O4+O2↑。产生特征蓝色沉淀的离子反应方程式为3Fe2++2[Fe(CN)6]3-→Fe3[Fe(CN)6]2↓或K+Fe2+[Fe(CN)6]→KFe[Fe(CN)6]↓。热重分析可以探究化学变化的历程。某研究小组在研究NH4VO3焙烧过程中，质量的减小（纵坐标△W/g）随温度变化的曲线如图所示。根据曲线，起始样品n（NH4VO3）=2mol，CD段的反应为2HVO3→V2O5+H2O。给定8.34gFeSO4·7H2O样品受热脱水过程的热重曲线如图所示。根据曲线，取适量380℃时所得的样品P，隔绝空气加热至650℃，得到一种固体物质Q，同时有两种无色气体生成。因此，Q的化学式为Fe2O3。在隔绝空气条件下，N得到P的化学方程式为FeSO4→FeO+SO3↑。根据曲线，温度为159℃时固体物质N的化学式为FeSO4·3H2O。给定0.80gCuSO4·5H2O样品受热脱水过程的热重曲线如图所示。根据曲线，200℃时固体物质的化学式为CuSO4·H2O。(2)从270℃得到的样品，在570℃下灼烧会产生黑色粉末和一种氧化性气体。该反应的化学方程式为______。将黑色粉末溶解于稀硫酸中，并经过浓缩和冷却后，晶体会析出。该晶体的化学式为______，它存在的最高温度为______。(3)上述氧化性气体与水反应会生成一种化合物。该化合物的浓溶液与Cu加热时会发生反应，反应的化学方程式为______。(4)在0.10mol/L的硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液，搅拌后会出现浅蓝色的氢氧化铜沉淀。当溶液的pH=8时，Cu的浓度为______mol/L。此外，在0.1mol/L的硫酸铜溶液中通入过量H2S气体，使Cu完全沉淀为CuS。此时，溶液中的H+浓度为______mol/L。答案：（1）CuSO4·5H2OCuSO4·(5-n)H2O+nH2O，其中n=4。在200℃时，该固体物质的化学式为CuSO4·H2O。（2）CuSO4CuO+SO3↑。CuSO4·5H2O存在的最高温度为102℃。（3）2H2SO4（浓）+Cu→CuSO4+SO2↑+2H2O。（4）Cu的浓度为2.2×10^-2mol/L。溶液中的H+浓度为2×10^-12mol/L。在A中，加入适量的HNO3最好。⑴Cu的化合价为+1。火法炼铜的反应原理为Cu2S+O2→2Cu+SO2。⑵Cu2O、CuO加入足量稀硫酸得到的体系A中，溶液呈蓝色，且有Cu2+离子生成。生成红色物质的离子方程式为Cu2++H2O2+2H+→Cu2++2H2O+O2↑。若B溶液体积为0.2L，电解过程中转移电子数的物质的量为多少，使得B溶液的pH值从2变为1（忽略体积变化）？在电解过程中，物质发生氧化还原反应，导致pH值的变化。根据化学方程式，可以计算出转移电子数的物质的物质的量为0.018mol。取5.0g的胆矾样品，逐渐升温使其分解。根据热重曲线，确定在258℃时发生反应的化学方程式，以及点E的化学式（计算过程略去）。根据热重曲线，可以确定在258℃时发生分解反应，生成Cu2O和Cu。化学方程式为Cu2S+O2+2Cu→2Cu2O+SO2。点E的化学式为CuH2O。工业上从废铅蓄电池的铅膏回收铅的过程中，可用碳酸盐溶液与处理后的铅膏（主要成分为PbSO4）发生反应：PbSO4(s)+CO3(aq)→PbCO3(s)+SO4(aq)。某课题组用PbSO4为原料模拟该过程，探究上述反应的实验条件及固体产物的成分。假设一：固体产物全部为PbCO3；假设二：固体产物为2PbCO3·Pb(OH)2；假设三：固体产物为PbCO3和2PbCO3·Pb(OH)2。为验证假设一是否成立，课题组进行了定性研究和定量研究。在定性研究中，取一定量样品充分干燥，观察实验现象和结论；在定量研究中，取26.7mg的干燥样品，加热后测得固体质量随温度的变化关系。根据实验结果，可以确定固体产物为2PbCO3·Pb(OH)2，假设一不成立。因为在定量研究中，固体质量与温度的变化关系与假设一不符。实验步骤：首先加热样品，将产生的气体通入无水硫酸铜，如果硫酸铜不变蓝，则假设一成立；如果水硫酸铜变蓝，则假设一不成立。其次，如果全部为PbCO3时，完全分解后最终固体质量应为22.3mg，如果实验最终得到固体的质量与全部为PbCO3分解所得固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的。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的名称未提及。(2)仪器B的作用未提及。(3)实验室制取氨气的装置A中发生反应的化学方程式为Ca(OH)2+2NH4Cl→CaCl2+2NH3↑+2H2O。(4)制取CaO2·8H2O一般在低温下进行，原因是为了防止CaO2·8H2O失去部分结晶水，生成CaO2·8H2O的化学方程式为CaCl2+H2O2+2NH3+8H2O→CaO2·8H2O↓+2NH4Cl。(5)①在60℃时，CaO2·xH2O中x为6。②该样品中CaO2的质量分数为64.3%。解析：实验室制备氨气的装置A中，Ca(OH)2和NH4Cl反应生成CaCl2、NH3和H2O。干燥管代替导管是为了防止倒吸。分液漏斗X用于将双氧水加入低温的三颈烧瓶中，与NH4Cl反应生成CaO2·8H2O。制取CaO2·8H2O时，低温有利于保持CaO2·8H2O的结晶水。热重曲线显示，140℃后CaO2·8H2O失去所有结晶水，其质量为1.44g，物质的量为0.007mol。因此，样品中CaO2的物质的量为0.007mol，质量为2.32g，质量分数为64.3%。0.08mol的CaO2·8H2O样品受热脱水后，失去的结晶水质量为0.36g，对应物质的量为0.02mol。由此可推算出CaO2与水的物质的量比为1:2。CaO2的质量为0.72g，因此该样品中CaO2的质量分数为26.09%。为了进行分离，可以使用分液漏斗，防止倒吸。在反应中，Ca(OH)2与NH4Cl反应生成CaCl2、NH3和H2O。反应温度过低会导致反应困难，而温度过高会使过氧化氢分解速率加快。CuSO4·5H2O样品在受热脱水过程中，200℃时固体物质的化学式为CuSO4·H2O。取270℃所得样品，在570℃灼烧时，主要产物为CuO和SO3。将黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却后，晶体析出，其化学式为CuSO4·5H2O，存在的最高温度为102℃。氧化性气体与水反应生成H2SO4，与Cu反应生成CuSO4和H2O。在0.10mol/L硫酸铜溶液中，当pH=8时，Cu的浓度为2.0×10^-20mol/L（Ksp[Cu(OH)2]=2.2×10^-20）。如果通入过量H2S气体使Cu完全沉淀为CuS，则溶液中的H+浓度为0.10mol/L。已知FeC2O4▪2H2O在受热先失去结晶水，继续加热FeC2O4分解为气体和一种铁的氧化物。某实验小组利用如下装置（部分固定和加热装置略）探究草酸钙分解气体部分产物及固体产物的实验式。1.请指出该装置一处缺陷：该装置没有尾气处理装置。2.完善并连好装置后，需进行的实验操作有：①检查整套装置的气密性；②加药品和试剂；③给A、C装置加热……3.若分解的气体中含有CO，则观察到的现象是：C中固体颜色由黑变红；D中溶液变浑浊。4.甲同学欲要检测得到的固体是否含有+3价的铁元素，他应该选择的试剂是（填序号）：A.KSCN溶液；B.稀硝酸；C.稀硫酸；D.铁粉。答案是AC。5.若实验前将3.6g草酸亚铁晶体（FeC2O4▪2H2O）加入大试管加热分解，充分反应后得到1.44g黑色固体，则该铁的氧化物是（填化学式）：FeO。8.草酸三氢钾是一种无色晶体或白色粉末，加热至100℃失水成无水物，更高温度时分解为碳酸钾和一氧化碳等，溶于水，微溶于醇。实验室有一KH3（C2O4）2▪2H2O样品（混有一定量的H2C2O4和K2SO4）。现欲测定其纯度，请回答下列问题：1.完成并配平离子反应方程式：2H2C2O4+2MnO4-+6H+=2CO2↑+2Mn2++8H2O。2.实验步骤：步骤1：称取35.60g草酸三氢