探析高考中熱重曲線題的考查角度與解題方法

江蘇省響水中學(xué)(224600)

李宗來●

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探析高考中熱重曲線題的考查角度與解題方法

江蘇省響水中學(xué)(224600)

李宗來●

熱重曲線類試題能綜合考察學(xué)生分析圖像的能力、獲取信息的能力、數(shù)據(jù)處理的等能力，具有一定的信度與區(qū)分度，因此在近幾年高考中已悄然興起.本文就熱重曲線的考查角度總結(jié)歸納了常見的解題方法和技巧,希望能有助于提高這類試題的解題能力.

一、考查某溫度范圍內(nèi)的成分(化學(xué)式)

①(CH3COO)2Pb·nH2O中結(jié)晶水?dāng)?shù)目n=____ (填數(shù)字).

②100～200℃間分解產(chǎn)物為鉛的氧化物和一種有機(jī)物，則該有機(jī)物為 ____ (寫結(jié)構(gòu)簡式).

解析 ①樣品在75℃時已完全失去結(jié)晶水，則殘留固體為(CH3COO)2Pb，由圖數(shù)值可得：(325+18n)∶325=100∶85.75，所以n=3；②100～200℃鉛的氧化物(PbOa)的相對分子質(zhì)量=379×58.84%=223，223=207+18a，a=1，故氧化物為PbO；(CH3COO)2Pb失去PbO，則剩余有機(jī)物為(CH3CO)2O.

方法總結(jié)：1.含有結(jié)晶水的樣品在受熱過程中，首先考慮的是失去結(jié)晶水，對于含多個結(jié)晶水的隨著溫度的升高，可能會分步失去.當(dāng)完全失去結(jié)晶水樣品才會進(jìn)一步分解釋放氣體；2.在受熱過程中，金屬元素會殘留在最終的固體中而且質(zhì)量守恒.

二、考查某溫度范圍內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)

例2 Co(OH)2在空氣中加熱時，固體殘留率隨溫度的變化如下圖所示.已知鈷的氫氧化物加熱至290℃時已完全脫水，則1000℃時，剩余固體的成分為 ____ .(填化學(xué)式)；則從120℃開始分解到290℃這段過程所發(fā)生的總反應(yīng)化學(xué)方程式為 ____.

解析 設(shè)起始時為1mol Co(OH)2加熱，則n(Co)=1mol，根據(jù)質(zhì)量的變化，在變化過程中，Co的質(zhì)量沒有變，通過題給數(shù)據(jù)看，在10000C時，m(氧化物)=93g×80.65%=75g，則m(O)=m(氧化物)-m(Co)=75 g-1 mol×59g/mol=16 g，n(Co)∶n(O)=1∶1，則產(chǎn)物CoO；

方法總結(jié)：由熱重曲線考查方程式的書寫，首先要確定溫度變化前的物質(zhì)(反應(yīng)物)和溫度變化后的物質(zhì)(生成物).通過曲線中變化的數(shù)值計算出生成物與反應(yīng)物的式量差，結(jié)合元素守恒推測出揮發(fā)出的物質(zhì)(另外的生成物)；有時還要結(jié)合氧化還原反應(yīng)的知識對方程式進(jìn)行補(bǔ)充與配平.

三、考查確定某樣品的組成

例3 堿式碳酸鋁鎂[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃劑.為確定堿式碳酸鋁鎂的組成，進(jìn)行如下實驗：

①準(zhǔn)確稱取3.390g樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，生成CO20.560L(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(固體樣品的剩余質(zhì)量/固體樣品的起始質(zhì)量×100%)隨溫度的變化如下圖所示(樣品在270℃時已完全失去結(jié)晶水，600℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物).

根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)計算堿式碳酸鋁鎂樣品中的化學(xué)式(寫出計算過程).

解析 由曲線圖可得樣品中結(jié)晶水n(H2O)=(3.390g×73.45%)÷18 g/mol=0.05 mol

由物質(zhì)的組成可得在270～600℃時，已失去結(jié)晶水，放出的是CO2和H2O，根據(jù)曲線質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化可得：m(CO2)+m(H2O)=3.390g×(0.7345-0.3702)=1.225g，m(H2O)=1.235g-1.10g=0.135g，n(H2O)=0.135 g÷18 g/mol=0.0075mol,這部分H2O來自O(shè)H-，因此n(OH-)=2n(H2O)=0.0075mol×2=0.015mol， 600℃以上殘留固體為MgO，Al2O3，設(shè)n(MgO)為x，n(Al2O3)為y，由曲線殘留的質(zhì)量可得：40x+102y=3.390×37.02%

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方法總結(jié)：對于由熱重曲線確定樣品的組成，首先根據(jù)曲線求出結(jié)晶水的物質(zhì)的量(結(jié)晶水先失去)，然后再根據(jù)曲線數(shù)值變化計算所含非金屬元素基團(tuán)的量(分解時非金屬元素往往以氧化物的形式釋放)，最后根據(jù)曲線信息得出最終殘留固體的量(一般為金屬氧化物).同時結(jié)合元素守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒求出各微粒的物質(zhì)的量最簡整數(shù)比，得出樣品的組成.

四、考查計算樣品中某成份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

例4 過氧化銀(Ag2O2)作為活性物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于抗菌消毒和化學(xué)能源等領(lǐng)域．

用上述方法制得的Ag2O2會含有少量的Ag2O，可用熱重分析法測定Ag2O2的純度.其步驟如下：取某樣品27.12g在N2氣氛下加熱，測得不同溫度下對應(yīng)的剩余固體的質(zhì)量與溫度的關(guān)系曲線(即失重曲線)如上圖所示.

①CD段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是 ____.

②計算樣品中Ag2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù) (寫出計算過程)．

n(Ag2O2)=2n(O2)=2×0.0500mol=0.1000mol

故答案為：91.45%.

方法總結(jié)：由熱重曲線求某成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(純度)，首先要根據(jù)組分物質(zhì)的性質(zhì)確定引起質(zhì)量減小的原因，由曲線中減少的量結(jié)合化學(xué)方程式，運用差量法求出分解組分的質(zhì)量，運用元素守恒、質(zhì)量守恒確定樣品的質(zhì)量組成，并求出各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

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