高三化學(xué)高考備考一輪復(fù)習(xí)：熱重分析類化學(xué)計(jì)算題 講義

熱重分析類化學(xué)計(jì)算題的解題方法

許多物質(zhì)受熱時(shí)會(huì)發(fā)生分解、脫水、氧化等變化而出現(xiàn)質(zhì)量變化，因而可以利

用物質(zhì)的熱重曲線來研究物質(zhì)的熱變化過程。近年來，熱重分析類化學(xué)試題頻頻出

現(xiàn)在各類試題中，很多學(xué)生在做此類試題時(shí)，由于提取不出曲線中的一些關(guān)鍵信息,

得分率往往不高。因此，總結(jié)歸納這類試題的解題方法很有必要。熱重分析類化學(xué)

計(jì)算類化學(xué)計(jì)算題的解題方法一般有以下6種方法。

一、假設(shè)法

例1將膽磯樣品用熱重儀進(jìn)行熱重分析，熱重計(jì)錄見圖1

寫出212℃?250℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：o

分析：樣品開始的化學(xué)式為CUS0「5H2。，且其質(zhì)量為375mg,加熱會(huì)失去結(jié)晶

水，一般第一步會(huì)失去全部結(jié)晶水變?yōu)镃uS04,再受熱變成CuO,再繼續(xù)加熱，最后

可能生成Cu20o但是，有時(shí)也要看具體情況，有時(shí)第一步失去的是部分結(jié)晶水。本

題可用“假設(shè)法”來解決。假設(shè)CuS04-5H20全部失去結(jié)晶水時(shí)得到的CuS04質(zhì)量應(yīng)

該為：375X160/250=240(mg)0由圖可知,248℃時(shí)剩余固體的質(zhì)量恰好為240mg,

所以，248℃殘留固體的化學(xué)式為CuSO"同時(shí)說明248℃之前的質(zhì)量變化是由于逐步

失去結(jié)晶水而引起的。

要寫出212℃?250℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，由于248℃~250℃內(nèi)物

1

質(zhì)的質(zhì)量不變，說明此時(shí)的質(zhì)不會(huì)分解了，剩余物質(zhì)組成不變。因此，只要能寫出

212℃時(shí)的化學(xué)式即可解決問題。

設(shè)212℃時(shí)固體的化學(xué)式為CuS04-XH2O,其中CuS04為240mg,水為

267mg"240mg=27mgo1：x=n(CuS04)：n(H20)=^：—=1:1,x=lo所以，212°。時(shí)

16018

固體的化學(xué)式為CuS04-H20O因此，212℃~250℃溫度范圍內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

為：CuS04?H20===CUS04+H20

二、摩爾質(zhì)量法

例2將25.0g膽帆晶體放在用士禺中加熱測定晶體中結(jié)晶水的含量，固體質(zhì)

量隨溫度的升高而變化的曲線如圖2o

周體質(zhì)餐/6

O

25.4

21R

4

0

殳0

2

O

請認(rèn)真分析上圖，填寫下列空白：

(1)30℃~110℃間所得固體的化學(xué)式是,650℃~1000℃間所得固

體的化學(xué)式是。溫度高于1000℃后所得固體的化學(xué)式是

(2)常溫下無水酸銅(選填“可以”或“不可以”)用作干燥劑,

進(jìn)行硫酸銅晶體結(jié)晶水含量測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，溫度應(yīng)控制在范圍內(nèi)。

分析：(1)樣品開始的化學(xué)式為CUS0「5H20,其質(zhì)量為25.0g,在溫度30℃~110

℃內(nèi)損失的質(zhì)量為25.0g—21.4g=3.6g,即25.0g原樣品損失3.6g轉(zhuǎn)變?yōu)?10°。時(shí)

2

的固體。從化學(xué)式看，原樣品對應(yīng)的化學(xué)式為CuS04?5乩0,其摩爾質(zhì)量為250g/mol,

我們可以假設(shè)當(dāng)溫度升高為HOC時(shí)，化學(xué)式為CuS04-5H20的晶體失去水的總相對

分子質(zhì)量為x,則根據(jù)比例關(guān)系25.0:3.6=250:x=36,即失去了2個(gè)乩0,所以，110

℃時(shí)晶體的化學(xué)式CuS04-3H20O

另外，結(jié)合上面的假設(shè)法，質(zhì)量為25.0g的CuS04?5乩0,如果失去全部結(jié)晶水

變成CuSC)4的質(zhì)量為25.0X160/250=16.0g,所以，650℃固體的化學(xué)式為CuSO,。由

此可知，650℃~1000℃范圍內(nèi)，16.0g的固體質(zhì)量中受熱損失了16.0g-8.0g=8.0g,

我們可觀設(shè)從化學(xué)式CuSCh中失去的總相對分子質(zhì)量為y,根據(jù)比例關(guān)系有：

16.0:8.0=160:y,y=80,,說明CuStX中失去了SO3變?yōu)镃uO,所以，650℃~1000℃間

所得固體的化學(xué)式是CuOo

當(dāng)溫度高于1000℃時(shí)，固體的質(zhì)量由開始的8.0g又損失了8.Og-7.2g=0.8g,

我們可以設(shè)從化學(xué)式CuO中失去的總相對分子質(zhì)量為z,根據(jù)比例關(guān)系有：

8.0:0.8=80:z,z=8,即從CuO中又失去了1/2個(gè)0,變?yōu)镃uCU，所以,溫度高于1000

℃后所得固體的化學(xué)式是Cu20o

(2)CuSCU?5乩0可以受熱失去結(jié)晶水變成CuSO”反過來CuS04也可以與水結(jié)合

成CUSO「5H2。，所以，無水硫酸銅可以用作干燥劑。在進(jìn)行硫酸銅晶體結(jié)晶水含量

測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，一方面要使其中的結(jié)晶水晝?nèi)渴У簦礈囟纫^260℃,但是溫度

升高的最高溫度要保證不能使CuS()4分解，即最高溫度不能超650℃,因此，進(jìn)行硫

酸銅晶體結(jié)晶水含量測定實(shí)驗(yàn)時(shí)，溫度應(yīng)控制在260℃~650℃的范圍內(nèi)。

3

三、物質(zhì)的量之比法

例3已知Co(OH)2在空氣中加熱時(shí)其固體殘留率隨溫度的變化如圖3所示。

已知鉆的氫氧化物加熱至290℃時(shí)已完全脫水，貝U：1000℃時(shí)，剩余固體的成分為.

o(填化學(xué)式)。

■

rtg

lg

及

M

若

幺

圖3

分析：設(shè)初始Co(0H)2的物質(zhì)的量為Imol,質(zhì)量為93g,其中Co質(zhì)量為59g,1000

℃時(shí)，剩余固體為93gx80.65%=75g。由于在加熱失重過程中金屬元素一般都留在剩

余固體中，根據(jù)元素守恒知，金屬元素的質(zhì)量在剩余固體中保持不變，所以，75g剩

余固體中Co質(zhì)量為59g,則氧元素為16g,則n(Co)：n(0)=-：-=1:1,所以，

5916

1000℃時(shí)，剩余固體的成分為CoO。

四、界限法

例3中，如何確定350℃~400℃時(shí)剩余固體的成分？

解析：雖然350℃~400℃時(shí)剩余固體的組成沒有提供，但是根據(jù)圖示我們可以看

出該溫度段的組成介于A點(diǎn)和B點(diǎn)之間，所以，我們可以分別求出A點(diǎn)和B點(diǎn)的組

成，這樣350℃~400℃時(shí)剩余固體的組成就包括A點(diǎn)和B點(diǎn)的組成，因?yàn)锳點(diǎn)的組成

正在向B點(diǎn)的組成轉(zhuǎn)化，但還沒有完全被轉(zhuǎn)化，所以，兩者都應(yīng)該包含。

設(shè)初始Co(OH)2的物質(zhì)的量為Imol,質(zhì)量為93g,其中Co質(zhì)量為59g。A點(diǎn)，

剩余固體為93gX89.25%=83g,83g剩余固體中Co質(zhì)量為59g,則氧元素為24g。n

4

(Co)：n(0)=一:一=2:3,所以，A點(diǎn)剩余固體的成分為C02O3。B點(diǎn)，剩余固體為

5916

93gX86.38%=80.3g,80.3g剩余固體中Co質(zhì)量為59g,則氧元素為21.3g。n(Co)：

n(0)=經(jīng)出=3：4,所以，B點(diǎn)剩余固體的成分為CW),。因此，350°400℃時(shí)剩

5916

余固體的組成為C02O3、Co304o

五、元素守恒法

例5某化學(xué)小組為了測定生石膏的組成(CaSCh?XH2O),即測x值，做了如下

實(shí)驗(yàn)：將含結(jié)晶水的硫酸鈣放在用士禺中加熱，加熱前和加熱后都進(jìn)行稱量。隨著實(shí)

驗(yàn)次數(shù)的增加，加熱的時(shí)間不斷延長。他們在實(shí)驗(yàn)中將數(shù)據(jù)整理如表1(CaSOi受熱

不分解)：

表1含結(jié)晶水的硫酸鈣受熱時(shí)前后質(zhì)量變化情況

實(shí)驗(yàn)順序固體質(zhì)量/g

(按序延長加熱時(shí)間)加熱前加熱后

13.443.26

23.443.12

33.442.90

43.442.90

53.442.80

63.442.78

73.442.72

83.442.72

5

利用數(shù)據(jù)可繪制成圖象，見圖4：

同體質(zhì)*/克

0時(shí)同

圖4

利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算推斷生石膏的化學(xué)式。

分析（1）由于CaS04受熱不分解，所以，最后質(zhì)量不再變化的2.72g即為CaS04

的質(zhì)量。2.72gCaS04中Ca元素質(zhì)量=2.72X9=0.8g,x=2。因此，生石膏的化學(xué)式

136

為CaS04?XH20O

六、順勢探因法

例6：（2016江蘇18題）為確定堿式碳酸鎂鋁[MgaAh（OH）0（C03）a-xH20]

的組成，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①準(zhǔn)確稱取3.390g樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，生成CO?。

0.560L（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）。②另取一定量樣品在空氣中加熱，樣品的固體殘留

率（黯黑鬻4°%）隨溫度的變化如圖5所示（樣品在27?！鏁r(shí)已完全失

去結(jié)晶水，600℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物）。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算堿

2

式碳酸鎂鋁樣品中n）:n（C03~）（寫出計(jì)算過程）。

0200400600800

溫度/C

圖S

分析：順勢探因法就是指根據(jù)提供的曲線變化圖，逐步分析樣品受熱失重的原因。

2-

在本題中,由實(shí)驗(yàn)步驟①易知3.390g樣品中含n（C03）=n（C02）=0.56/22.4=2.50

6

X10-2(mol),再通過熱重分析圖可知，270?600℃之間失去的是C(V一和01分解而

產(chǎn)生的CO?和H20,CO2和H20質(zhì)量共為3.390gX(73.45%-37.02%)=1.235g,而

-2

m(C02)=2.50X10molX44g/mol=l.10g,則由