高中化学考察的热重曲线及专练

高中化学考察的热重曲线及专练热重法是在程序控温下，测量物质的质量随温度(或时间)的变化关系。当被测物质在加热过程中有升华、汽化、分解出气体或失去结晶水时，被测的物质质量就会发生变化。这时热重曲线就不是直线而是有所下降。通过分析热重曲线，就可以知道被测物质在多少度时产生变化，并且根据失重量，可以计算失去了多少物质，（如CuSO45H2O中的结晶水）。从热重曲线上我们就可以知道CuSO45H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。热重法测定，试样量要少，一般25mg。试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以象碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。1. 取2.50 g胆矾样品，逐渐升温加热分解，分解过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示。a点时固体物质的化学式为_。1 000 时发生反应的化学方程式为_。解析：设a点时固体的摩尔质量为M，则2.502.14250M，解得M214。故其化学式为CuSO43H2O。通过计算可以推断d点处物质为0.80 g CuO，而e点处物质的质量为0.72 g，则为0.005 mol Cu2O，该反应的化学方程式为4CuO2Cu2OO2。11.（2011新课标全国，14分）0.80gCuSO45H2O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）如下图所示。请回答下列问题：（1）试确定200时固体物质的化学式_（要求写出推断过程）；（2）取270所得样品，于570灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体，该反应的化学方程式为_。把该黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却，有晶体析出，该晶体的化学式为_，其存在的最高温度是_；（3）上述氧化性气体与水反应生成一种化合物，该化合物的浓溶液与Cu在加热时发生反应的化学方程式为_；（4）在0.10molL-1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，当溶液的pH=8时，c（Cu2+）=_molL-1（KapCu（OH）2=2.210-20）。若在0.1molL-1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体，使Cu2+完全沉淀为CuS，此时溶液中的H+浓度是_molL-1。解析：（1）0.80gCuSO45H2O中含有CuSO4的质量为。由图像可知当温度升高到102是时CuSO45H2O开始部分脱水，在113258时剩余固体质量为0.57g，根据原子守恒可计算出此时对应的化学式，设化学式为CuSO4nH2O，则有，解得n1，所以200时固体物质的化学式为CuSO4H2O；（2）由图像可知当温度超过258时，剩余物质恰好是CuSO4，高温下分解的化学方程式是CuSO4570CuOSO3；CuO溶于硫酸生成CuSO4，结晶析出生成胆矾即CuSO45H2O；由图像可知CuSO45H2O存在的最高温度是102；（3）SO3溶于水生成硫酸，浓硫酸在加热时与铜反应的化学方程式为Cu2H2SO4CuSO42H2OSO2（4）因为KapCu（OH）2c(Cu2)c2(OH) =2.210-20，当溶液的pH=8时，c (OH)106，所以c(Cu2)2.210-8；硫酸铜溶液中通入过量H2S气体时反应的化学方程式为： CuSO4H2S=H2SO4CuS，忽略溶于体积变化根据原子守恒可知生成的硫酸的浓度是0.1molL-1，所以H+浓度是0.2molL-1。答案：（1）CuSO4H2O；（2）CuSO4570CuOSO3、CuSO45H2O、102；（3）Cu2H2SO4CuSO42H2OSO2（4）2.210-8、0.24、将8.34 g FeSO47H2O样品隔绝空气加热脱水，其热重曲线（样品质量随温度变化的曲线）见右图。下列说法正确的是（ D ） AFeSO47H2O晶体中有4种不同结合力的水分子 B在100时，M的化学式为FeSO46H2O C在200时，N的化学式为FeSO43H2O D380的P加热至650的化学方程式为：分析：绿矾的相对分子质量为：278，设20（10分）8.34g FeSO47H2O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）如下图所示。请回答下列问题。（1）试确定78时固体物质M的化学式 。（2）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，试写出该反应的化学方程式 。（3）某兴趣小组用如图所示装置设计实验，验证（2）中生成的气态物质，并测定已分解的P的质量（不考虑装置内空气的影响）。 试剂X的名称是 。按气流方向连接仪器，用字母表示接口的连接顺序：C 。充分反应后，利用装置中圆底烧瓶内混合物测定已分解的P的质量，其操作步骤为：第一步，向圆底烧瓶内逐滴加入BaCl2溶液，直至沉淀完全；第二步，过滤混合物，在过滤器上将沉淀洗净后，烘干并冷却至室温，称重；第三步，继续烘干冷却并称量，直至连续两次称量质量差不超过0.1g为止。若最终所得沉淀质量为w g，则已分解的P的质量为 （填计算式）。20（10分）278：8.34 = x ：6.72 x= 224, （278224）18 = 3，所以化学式为FeSO44H2O278：8.34 = x ：5.10 x = 170 化学式为：FeSO4H2O高温（1）FeSO44H2O（2分）（2）2FeSO4=Fe2O3+SO2+SO3（2分）（3）品红溶液（2分）abfgd（2分）（2分）（或其他合理答案）5. 热重分析法(TG)是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度的关系的一种实验技术。热重分析仪的基本构造由精密天平、程序控温加热炉和记录仪组成；记录仪画出剩余固体质量(m)炉温(T)曲线, 即热重(TG)曲线图。如图为CaC2O4H2O在N2和O2气氛中的热重曲线。C点所得固体的化学式为_。CaC2O4H2O的分解分三个阶段，由图可看出，第二阶段在O2气氛中的反应速率要比在N2气氛中的快，原因是_（结合化学方程式回答）。 1. (评判分: 6分) 第一步反应为CaC2O4H2O脱水反应, N2和O2对反应无影响, 所以热重曲线相同(2分)；第二步反应为CaC2O4的分解,由于CO在O2中氧化放热,使温度升高,加快了反应速率,所以在较低的炉温下CaC2O4即开始分解(2分)；第三步反应为CaCO3 的分解,N2和O2对反应无影响,但由于第二步反应分解速率不同,使所生成的CaCO3有所不同,所以曲线有差异(2分)。 “热重分析确定物质的组成”类专练1某化学兴趣小组为了测定烟气脱硫所得石膏的组成(CaSO4xH2O)即测定x值。做如下实验：将石膏加热使之脱水，加热过程中固体的质量与时间的变化关系如下图所示。数据表明当固体的质量为2.72 g后不再改变。求：(1)石膏的化学式为_；(2)图像中AB段对应化合物的化学式为_。2(2012安徽高考)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)CO(aq)PbCO3(s)SO(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。(1)上述反应的平衡常数表达式：K_。 (2)室温时，向两份相同的PbSO4样品中分别加入同体积、同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液均可实现上述转化，在_溶液中PbSO4转化率较大，理由是_。(3)查阅文献：上述反应还可能生成碱式碳酸铅2PbCO3Pb(OH)2，它和PbCO3受热都易分解生成PbO。该课题组对固体产物(不考虑PbSO4)的成分提出如下假设，请你完成假设二和假设三：假设一：全部为PbCO3；假设二：_；假设三：_。(4)为验证假设一是否成立，课题组进行如下研究。定性研究：请你完成下表中内容。实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期的实验现象和结论取一定量样品充分干燥，定量研究：取26.7 mg的干燥样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如图。某同学由图中信息得出结论：假设一不成立。你是否同意该同学的结论，并简述理由：_。3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CaO28H2O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CaO28H2O一般在05 的低温下进行，原因是_，生成CaO28H2O的化学方程式为_。(5)2.76 g CaO28H2O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。试确定60 时CaO2xH2O中x_。该样品中CaO2的质量分数为_。4热重分析法是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度的关系的一种实验技术。现有一CaC2O4nH2O试样，分别在氮气气氛、氧气气氛中进行热重分析，得到如下热重(TG)曲线。(1)图中曲线上有三个失重台阶，分别表示加热过程中依次发生了三个反应。根据第1步反应的失重数据计算试样CaC2O4nH2O中的n值(精确到整数)为_。(2)根据第2步反应的失重数据推测第2步反应的化学方程式为_；观察曲线说明氧气存在时有利于第2步反应进行，原因是_。(3)第3步反应中释放的气体产物是_。观察曲线可判断出，氧气存在时不利于第3步反应进行，可能原因是_。答案1解析：(1)CaSO4xH2OCaSO4xH2O1 molx molx2(2)AB段表明CaSO42H2O在加热过程中失去一部分结晶水。设失去x个水。则有：CaSO42H2OCaSO4(2x)H2OxH2O1 molx mol molx所以AB段对应化合物的化学式为CaSO4H2O。答案：(1)CaSO42H2O(2)CaSO4H2O2解析：(1)因固态物质或纯液态物质的浓度为常数，故反应的平衡常数表达式为K。(2)使用Na2CO3溶液PbSO4转化率高是因为同浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液，Na2CO3溶液中CO浓度大，促使反应：PbSO4(s)CO(aq)PbCO3(s)SO(aq)向右进行。(3)结合信息可知得到两种固体，可形成三种情况：PbCO3、2PbCO3Pb(OH)2、PbCO3与2PbCO3Pb(OH)2。(4)PbCO3受热分解生成PbO与CO2，Pb(OH)2受热分解产生PbO与H2O，利用无水硫酸铜来检验分解后是否有H2O生成来判断假设一是否成立。由PbCO3分解的方程式可知若固体全部为PbCO3，则26.7 mg固体完全分解后可得到22.3 mg固体(PbO)，结合图中数据可知假设一不成立；又因为实验最终得到的固体质量与全部为PbCO3分解所得到的固体质量相差不大，可能是实验过程中产生的误差引起的，此时假设一成立。答案：(1)或(2)Na2CO3Na2CO3溶液中的c(CO)大(3)全部为2PbCO3Pb(OH)2PbCO3与2PbCO3Pb(OH)2(4)实验步骤(不要求写出具体操作过程)预期的实验现象和结论充分加热样品，将产生的气体通入盛有无水硫酸铜的干燥管若无水硫酸铜不变蓝，则假设一成立；若无水硫酸铜变蓝，则假设一不成立同意，若全部为PbCO3时，26.7 mg完全分解后最终固体质量应为22.3 mg(或：不同意，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)(本题属于开放性试题，合理答案均可)3解析：由图可以看出A为实验室制备氨气：Ca(OH)22NH4ClCaCl22NH32H2O，由于NH3极易溶于水，为了防止倒吸，用干燥管代替导管。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CaCl2H2O22NH38H2O=CaO28H2O2NH4Cl。由于CaO28H2O带结晶水，若温度太高，则CaO28H2O会失去部分结晶水，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 g1.32 g1.44 g，物质的量为0.08 mol，则CaO28H2O的物质的量为0.01 mol，由CaO28H2O样品受热脱水过程的热重曲线可以看出60140 失去的结晶水的质量为1.68 g1.32 g0.36 g，物质的量为0.02 mol，则n(CaO2)n(H2O)0.010.021x，x2。CaO2质量为72 gmol10.01 mol0.72 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)22NH4ClCaCl22NH32H2O(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CaCl2H2O22NH38H2OCaO28H2O2NH4Cl(5)226.09%4解析：(1)由图中质量变化列式，可得n1。(2)设分解后固体物质的原子量为M，则，M100，故固体物质的化学式为CaCO3。反应的化学方程式为CaC2O4CaCO3CO，此反应中加入O2后，CO与O2反应生成CO2，降低CO的浓度有利于正向进行。(3)同理可得第三步反应的固体产物为CaO，气体产物为CO2。答案：(1)1(2)CaC2O4CaCO3CO氧气可跟CO反应，促使草酸钙分解向正向进行(3)CO2氧气存在时第二步反应产生CO2会抑制CaCO3=CaOCO2进行