利用物料守恒巧解热重曲线类习题
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1.已知:25°C时H2C2O4的pK ai=1.22 , pK a2=4.19 , CHCOOH的pK=4.76 (电离常数K的负对数-1gK=pK)。
下列说法正确的是(双选)A.浓度均为O.lmol・L -1NHHCQ和CHCOON4H溶液中:c(NH:)前者小于后者B.0.1 mol ・L-1KHC O 4 溶液滴加氨水至中性:(NH4+)<c(C 204 2-)C.0.1 mol ・L -kGO 溶液滴加盐酸至pH=1.22 : C(H+)-c(OH -)=c(CI -)-3c(HC 2Q-)D.0.1 mol ・L-1CHCOONa 溶液中滴加KHGO 溶液至PH=4.76; c(K+)>c(Na +)>c( HGO - )>c(C 2C42- )>c(CH3COO-)2•已知常温下,几种物质的电离平衡常数,下列反应的离子方程式正确的有几种?①向苯酚钠溶液中通入少量的CO:2C6h l O++CO+H2»2C6H OH+CC②次氯酸钙溶液中通入少量二氧化碳:Ca2++2CIO+CQ+HO=CaCa +2HClO③次氯酸钠溶液中通入少量二氧化碳:2C1O+H2O+C®2HClO+CO-④次氯酸钠溶液中通入少量二氧化硫:3ClO +SQ+HO=SO- +2HClO+CI⑤纯碱溶液中滴加少量甲酸NHCOOH+CSZHCOGHO+COf⑥碳酸钠溶液中通入过量氯气:Cl 2+HO+2CO-=2HCO+Cl+ClO-⑦NaCN溶液中通入少量的CQ:CN+CQ+HQ=HCQ+HCNA. 2 个B. 3 个C. 4 个D. 5 个3.在25 mL 0.1 mol/L 的NaOH溶液中逐滴加入0.2 mol/L醋酸溶液,曲线如图所示,有关粒子的浓度关系正确的是PHA.在A、B 间任一点,溶液中一定都有c(Na+)>c(CH3COO)> c(H +) >c(OH「)B.在B 点,a>12.5,且有c(Na+) = aCfCOO) = c(OH「)= c(H+)C.在C 点:c(CH3COO)>c(Na +)> c(OH「)> c(H +)D.在D 点:C(CH3COO) + c(CH3COOH> 2c(Na +)4.室温下,将0.10 mol •L -1盐酸逐滴滴入20.00 mL 0.10 mol •L -1氨水中,溶液中pH和pOH随加入盐酸体积变化曲线如图所示。
第59讲-热重曲线分析1.【2011全国卷】0.80g CuSO4·5H2O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。
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0.10mol·L-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+)=________________mol·L-1(K sp[Cu(OH)2]=2.2×10-20)。
若在0.1mol·L-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_______mol·L-1。
2.(2019·全国卷℃,27(5))硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·xH2O]是一种重要铁盐。
采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉个结晶水,失重5.6%。
硫酸铁铵晶体的化学式为。
3.(2021·湖南衡阳一中模拟,节选)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物,其固体残留率随温度的变化如图所示。
(1)300 ℃时,剩余固体中n(Mn)∶n(O)为。
(2)图中点D对应固体的成分为(填化学式)。
4.随着材料科学的发展,金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用,并被誉为“合金的维生素”。
经过热重分析测得:NH4VO3在焙烧过程中,固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如图所示。
则NH4VO3在分解过程中下列说法正确的是( )A.先分解失去H2O,再分解失去NH3B.先分解失去NH3,再分解失去H2OC.同时分解失去H2O和NH3D.同时分解失去H2、N2和H2O5.在加热固体NH4Al(SO4)2·12H2O时,固体质量随温度的变化曲线如图所示:已知a点物质为NH4Al(SO4)2,b点物质为Al2(SO4)3,下列判断正确的是()A.0~T ℃的过程变化是物理变化B.c点物质是工业上冶炼铝的原料C.a→b反应中生成物只有Al2(SO4)3和NH3两种D.Al2(SO4)3能够净水,可用离子方程式表示为Al3++3OH-===Al(OH)36.8.34 g FeSO4·7H2O(M=278 g·mol -1)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)如图所示,下列说法正确的是()A.温度为78 ℃时,固体物质M的化学式为FeSO4·5H2OB.温度为159 ℃时固体N的化学式为FeSO4·2H2OC.在隔绝空气条件下,由N得到P的化学方程式为FeSO4·H2O FeSO4+H2OD.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,Q的化学式为Fe3O47.将草酸锌晶体(ZnC2O4·2H2O)加热分解可得到一种纳米材料。
(1)设晶体为1 mol 。
(2)失重一般是先失水,再失非金属氧化物。
(3)计算每步的m (剩余),m (剩余)m (1 mol 晶体质量)×100%=固体残留率。
(4)晶体中金属质量不减少,仍在m (剩余)中。
(5)失重最后一般为金属氧化物,由质量守恒得m (O),由n (金属)∶n (O),即可求出失重后物质的化学式。
1.[2019·全国卷Ⅰ,27(5)]采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数,将样品加热到150 ℃时失掉1.5个结晶水,失重5.6%。
硫酸铁铵晶体的化学式为_____________。
答案 NH 4Fe(SO 4)2·12H 2O解析 失重 5.6%是质量分数,设结晶水合物的化学式为NH 4Fe(SO 4)2·x H 2O ,由题意知1.5×18266+18x =5.6100,解得x ≈12。
2.[2014·新课标全国卷Ⅱ,27(4)]PbO 2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示,已知失重曲线上的a 点为样品失重4.0%(即样品起始质量-a 点固体质量样品起始质量×100%)的残留固体。
若a 点固体组成表示为PbO x 或m PbO 2·n PbO ,列式计算x 值和m ∶n 值。
答案 根据PbO 2====△PbO x +2-x 2O 2↑,有2-x 2×32=239×4.0%,解得x =2-239×4.0%16≈1.4,根据m PbO 2·n PbO ,有2m +n m +n=1.4,得m n =0.40.6=23。
1.取3.92 g 摩尔盐产品[(NH 4)2SO 4·FeSO 4·x H 2O],在隔绝空气的条件下加热至135 ℃时完全失去结晶水,此时固体质量为2.84 g,则该摩尔盐结晶水个数x=__________________。
压轴题06热重曲线与相关计算热重曲线类试题能综合考察学生分析图像的能力、获取信息的能力、数据处理的等能力,具有一定的信度与区分度,是近几年江苏高考对于化学计算的重要考查形式,热重曲线与相关计算分析仍然是2023年江苏高考考查的必考重点难点。
常见考点是图像分析,涉及热重过程中相关计算等,所以要求考生了解题型的知识点及要领,对于常考的模型要求有充分的认知。
热重曲线与相关计算考查某温度范围内的成分(化学式)、某温度范围内的化学反应、确定某样品的组成计算样品中某成份的质量分数等、因此建立证据推理和模型认知,注意对平衡移动原理的应用与把握。
1.取一定质量(CH 3COO)2Pb•nH 2O 样品在N 2气氛中加热,测得样品固体残留率(%100 固体样品的起始质量固体样品的剩余质量)随温度的变化如下图所示(已知:样品在75℃时已完全失去结晶水)。
①(CH 3COO)2Pb•nH 2O 中结晶水数目n=(填数字)。
②100~200℃间分解产物为铅的氧化物和一种有机物,则该有机物为(写结构简式)。
解析①样品在75℃时已完全失去结晶水,则残留固体为(CH 3COO)2Pb ,由图数值可得:(325+18n ):325=100:85.75,所以n=3;②100~200℃铅的氧化物(PbO a )的分子量=379×58.84%=223,223=207+18a ,a=1,故氧化物为PbO ;(CH 3COO)2Pb 失去PbO ,则剩余58.8485.75020010015050100固体残留率/%温度/℃有机物为(CH3CO)2O。
方法总结:含有结晶水的样品在受热过程中,首先考虑的是失去结晶水,对于含多个结晶水的随着温度的升高,可能会分步失去。
当完全失去结晶水样品才会进一步分解释放气体;同时在受热过程中,金属元素会残留在最终的固体中而且质量守恒。
2.Co(OH)2在空气中加热时,固体残留率随温度的变化如下图所示。
热重曲线专项练习(20130513)1、(14分)0.80gCuSQ5fO 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200C 时固体物质的化学式 (要求写出推断过程); (2)取270C 所得样品,于570 C 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,有晶体析岀,该晶体的化学式为 ____________ ,其存在 y ............ S的最高温度是 ______________ ;M:(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 曲 ............... : ----------- 亠 [在加热时发生反应的化学方程式为 ____________________ ;Q 川一 ......... 川 .......(4) 在0.10mol L -1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌有浅蓝色请 氧化铜沉淀生成,当溶液的pH=8时,c (CiT ) = ________________ mol L -1 ( K ap [Cu (OH 2】=2.2 X 1O -20)若在0.1mol L -1硫酸铜溶液中通入过量 H 2S 气体,使Cu 2+完全沉淀为CuS 此时溶液中的 H 浓度是 _______________________ mol L -1'1 * CuS°-型⑷ 丄 3—旳八rt R T O° 7«仙日九"珀心4;"CtiSO^P^ CuO ♦ SO,1CuSO t Mtni02V⑶ 2H 7SO 4(#R) * 口丄Yso 八50小纲0⑷ 2.2xia 119. (1) 滤渣的主要成分为 Mg(QH)2 Fe (QH 3、CaCQ3⑵ 趁热过滤”的原因是使析出的晶体为 Na2CQ3H2Q 防止因温度过低而析出 Na2CQ310H20晶体,令后续的加热脱水耗时长。
高考化学二轮复习-《热重曲线分析》专题复习班级:________________,姓名:____________________。
1.热重分析法(Thermogravimetry Analysis,简称TG或TGA):使样品处于一定的温度程序(多为升温)控制下,观察样品的质量随温度/时间的变化过程,获取失重比例、失重温度、以及固体残留量等相关信息。
TG方法广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
可对物质进行成分的定量计算,测定挥发成分(如水分)及各种添加剂与填充剂的含量。
2.热重(TG)曲线:表征样品在程序温度过程中重量随温度/时间变化的曲线,其横坐标多为温度,纵坐标为重量百分比,表示样品在当前温度下的重量与样品初始重量的比值。
3.含结晶水晶体的热重分析:(1)在起始的低温阶段,晶体一般先发生脱水反应,直至结晶水完全失去。
(2)晶体完全失去结晶水形成无水固体后,在后续的高温阶段,无水固体进一步发生热解反应,生成其他物质。
4.热重曲线中常见计算问题:(1)晶体发生脱水反应阶段,求脱水后晶体的化学式。
方法:先写出脱水反应方程式(有时要设未知数),然后根据下式(物质的量之比等于化学系数之比)求解:=其中,失去水的质量等于脱水前后固体的质量差,进而求出失去水的物质的量。
如,胆矾的热解反应:CuSO4·5H2O CuSO4·(5-x)H2O+x H2O= =(2)晶体完全失去结晶水形成无水固体后,无水固体进一步发生热解反应,求无水固体热解后的产物组成。
方法:根据中心金属预测无水固体热解可能的产物,再利用中心金属的元素守恒并结合热重曲线中的质量数据,确定哪一种预测是正确的。
【习题精练】1.硫酸铁铵[NH4Fe(SO4)2·x H2O]是一种重要铁盐。
为充分利用资源,变废为宝,在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵。
第八篇化学实验专项56 热重分析与计算热重曲线题是实验和计算的有机融合,久考不衰。
热重曲线是指在热分析过程中通过热天平而得到的试样在加热过程中质量随温度变化的曲线。
通过热重曲线的分析计算,可以了解样品在某一温度下的反应程度及相应的物质含量等信息,是一种常用的热分析方法。
热重曲线试题主要以下类型:(1)从失重的方式来分,热重曲线类试题可分为两类: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。
(2)从选试样是否已知,热重曲线类试题可分为两类:第一类以已知试样确定产物组成的目标思维法试题;第二类以未知试样需要确定组成的逆向思维法试题。
1.(2022•全国乙卷)化合物(YW4X5Z8·4W2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。
W、X、Y、Z为短周期元素,原子序数依次增加,且加和为21。
YZ2分子的总电子数为奇数常温下为气体。
该化合物的热重曲线如图所示,在200℃以下热分解时无刺激性气体逸出。
下列叙述正确的是( )A.W、X、Y、Z的单质常温下均为气体B.最高价氧化物的水化物酸性:Y<XC.100~200℃阶段热分解失去4个W2ZD.500℃热分解后生成固体化合物X2Y3【答案】D【解析】化合物(YW 4X 5Z 8·4W 2Z)可用于电讯器材、高级玻璃的制造。
W 、X 、Y 、Z 为短周期元素,原子序数依次增加,且加和为21。
该化合物的热重曲线如图所示,在200℃以下热分解时无刺激性气体逸出,则说明失去的是水,即W 为H ,Z 为O ,YZ 2分子的总电子数为奇数,常温下为气体,则Y 为N ,原子序数依次增加,且加和为21,则X 为B 。
A 项,X(B)的单质常温下为固体,故A 错误;B 项,根据非金属性越强,其最高价氧化物的水化物酸性越强,则最高价氧化物的水化物酸性:X(H 3BO 3)<Y(HNO 3),故B 错误;C 项,根据前面已知200℃以下热分解时无刺激性气体逸出,则说明失去的是水,若100~200℃阶段热分解失去4个H 2O ,则质量分数144115168100%73.6%144115168184++⨯+⨯⨯≈++⨯+⨯+⨯,则说明不是失去去4个H 2O ,故C 错误;D 项,化合物(NH 4B 5O 8·4H 2O)在500℃热分解后若生成固体化合物X 2Z 3(B 2O 3),根据硼元素守恒,则得到关系式2NH 4B 5O 8·4H 2O ~5B 2O 3,则固体化合物B 2O 3质量分数为(112163)5100%64.1%(144115168184)2⨯+⨯⨯⨯≈++⨯+⨯+⨯⨯,说明假设正确,故D 正确。
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CuSO4·5H2O中的结晶水;从热重曲线上我们就可以知道CuSO4·5H2O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2~5mg;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;①a点时固体物质的化学式为________________________;②1 000 ℃时发生反应的化学方程式为______________________;解析:①设a点时固体的摩尔质量为M,则∶=250∶M,解得M=214;故其化学式为CuSO4·3H2O;②通过计算可以推断d点处物质为g CuO,而e点处物质的质量为g,则为mol Cu2O,该反应的化学方程式为4CuO错误!2Cu2O+O2↑;11.2011新课标全国,14分·5H2O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·L -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,cCu 2+=________________mol ·L -1K ap CuOH 2=×10-20;若在·L -1硫酸铜溶液中通入过量H 2S 气体,使Cu 2+完全沉淀为CuS,此时溶液中的H +浓度是_______________mol ·L -1;解析:1·5H 2O 中含有CuSO 4的质量为g 51.02501608.0=⨯;由图像可知当温度升高到102℃是时CuSO 4·5H 2O 开始部分脱水,在113℃~258℃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CuSO 4·nH 2O,则有51.01816016057.0=+⨯n ,解得n =1,所以200℃时固体物质的化学式为CuSO 4·H 2O ;2由图像可知当温度超过258℃时,剩余物质恰好是CuSO 4,高温下分解的化学方程式是CuSO 4CuO +SO 3↑;CuO 溶于硫酸生成CuSO 4,结晶析出生成胆矾即CuSO 4·5H 2O ;由图像可知CuSO 4·5H 2O 存在的最高温度是102℃;3SO 3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Cu +2H 2SO 4 △CuSO 4+2H 2O +SO 2↑ 4因为K ap CuOH 2=cCu 2+·c 2OH - =×10-20,当溶液的pH=8时,c OH -=10-6,所以cCu 2+=×10-8;硫酸铜溶液中通入过量H 2S 气体时反应的化学方程式为: CuSO 4+H 2S=H 2SO 4+CuS,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·L -1,所以H +浓度是·L -1;答案:1CuSO 4·H 2O ;2CuSO 4CuO +SO 3↑、CuSO 4·5H 2O 、102℃; 3Cu +2H 2SO 4△ CuSO 4+2H 2O +SO 2↑4×10-8、 4、将8.34 g FeSO 4·7H 2O 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 DA .FeSO 4·7H 2O 晶体中有4种不同结合力的水分子570℃570℃B.在100℃时,M的化学式为FeSO4·6H2O C.在200℃时,N的化学式为FeSO4·3H2O D.380℃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 FeSO4·7H2O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;①试剂X的名称是▲;②按气流方向连接仪器,用字母表示接口的连接顺序:C→▲ ;③充分反应后,利用装置Ⅲ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;④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:= x :x= 224, 278-224÷18 = 3,所以化学式为FeSO4·4H2O278:= x :x = 170 化学式为:FeSO4·H2O1FeSO4·4H2O2分高温22FeSO4====Fe2O3+SO2↑+SO3↑2分3①品红溶液2分②a→b→f→g→d2分④2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CaC 2O 4H 2O 在N 2和O 2气氛中的热重曲线;①C 点所得固体的化学式为______________________;②CaC 2O 4H 2O 的分解分三个阶段,由图可看出,第二阶段在O 2气氛中的反应速率要比在N 2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CaC 2O 4·H 2O 脱水反应, N 2和O 2对反应无影响, 所以热重曲线相同2分;第二步反应为CaC 2O 4的分解,由于CO 在O 2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CaC 2O 4即开始分解2分;第三步反应为CaCO 3 的分解,N 2和O 2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CaCO 3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CaSO 4·x H 2O 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 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PbSO 4发生反应:PbSO 4s +CO 错误!aq PbCO 3s +SO 错误!aq;某课题组用PbSO 4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PbSO 4样品中分别加入同体积、同浓度的Na 2CO 3和NaHCO 3溶液均可实现上述转化,在________溶液中PbSO 4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2PbCO 3·PbOH 2,它和PbCO 3受热都易分解生成PbO;该课题组对固体产物不考虑PbSO 4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PbCO 3;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;①定性研究:请你完成下表中内容;102002030506068.58087.510040060080010001200m /mg T /℃为N 2气氛为O 2气氛A B C;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________;3A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_____________________________________________ ________________________________________________________________________;5 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·x H2O中x=________;②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CaC2O4·n H2O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CaC2O4·n H2O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:1CaSO4·x H2O错误!CaSO4+x H2O1 mol x molx=22AB段表明CaSO4·2H2O在加热过程中失去一部分结晶水;设失去x个水;则有:CaSO4·2H2O错误!CaSO4·2-x H2O+x H2O1 mol x mol错误!错误!molx=错误!所以AB段对应化合物的化学式为CaSO4·错误!H2O;答案:1CaSO4·2H2O2CaSO4·错误!H2O2.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=错误!;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 错误!浓度大,促使反应:PbSO4s+CO错误!aq PbCO3s+SO错误!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:①PbCO3、②2PbCO3·PbOH2、③PbCO3与2PbCO3·PbOH2;4①PbCO3受热分解生成PbO与CO2,PbOH2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;②由PbCO3分解的方程式可知若固体全部为PbCO3,则mg固体完全分解后可得到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错误!或错误!2Na2CO3Na2CO3溶液中的c CO错误!大3全部为2PbCO3·PbOH2PbCO3与2PbCO3·PbOH24①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3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:CaOH2+2NH4Cl错误!CaCl2+2NH3↑+2H2O,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CaCl2+H2O2+2NH3+8H2O===CaO2·8H2O↓+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,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g-g=g,物质的量为mol,则CaO2·8H2O的物质的量为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g-g=g,物质的量为mol,则n CaO2∶n H2O=∶=1∶x,x=2;CaO2质量为72 g·mol-1× mol=g,则该样品中CaO2的质量分数=错误!×100%=%;答案:1分液漏斗2防倒吸3CaOH2+2NH4Cl错误!CaCl2+2NH3↑+2H2O4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CaCl2+H2O2+2NH3+8H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl5①2②%4.解析:1由图中质量变化列式错误!=错误!,可得n=1;2设分解后固体物质的原子量为M,则错误!=错误!,M=100,故固体物质的化学式为CaCO3;反应的化学方程式为CaC2O4错误!CaCO3+CO↑,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:112CaC2O4错误!CaCO3+CO氧气可跟CO反应,促使草酸钙分解向正向进行3CO2氧气存在时第二步反应产生CO2会抑制CaCO3===CaO+CO2进行。
利用物料守恒巧解热重曲线类习题
作者:霍本斌
来源:《化学教学》2016年第10期
摘要:通过以结晶水合物、金属氢氧化物、变价金属氧化物等类别的典型物质为载体,结合例题,从物料守恒的角度对热重曲线类题型进行剖析,让学生形成正确的解题策略。
关键词:物料守恒;热重曲线;结晶水合物;金属氢氧化物;变价金属氧化物
文章编号:1005–6629(2016)10–0069–05 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
数据曲线图是表示因变量如何随着自变量调节变化的数据图形,它能够帮助学生利用已学的数据分析和处理方法分析实验数据,形成科学的思维方式[1]。
高考命题中出现的“热重曲线”能够很好地考查学生分析数据信息、发现问题、求出数据变化规律及分析变化原因的能力,同时也是落实“一点四面”命题思想、考查学生化学学科核心素养(如守恒思想和化学信息素养)、促进学生化学学科核心素养的形成[2]的重要载体。
这类试题自2010年进入江苏高考后,开始受到命题专家的重视。
在最近五年的高考命题中,全国卷(2011年、2014年)、安徽高考题[2012年第28题第(4)小题]、江苏高考题(2010年、2014年)和江苏省2012年学业水平测试等,均出现了热重曲线问题的考查。
这类试题对学生来说非常陌生,往往因思路不清或运算量大而失分严重。
如何有效解决这一难题,目前可供参考的文献极少。
但也有个别教师开始关注其解题策略研究,有的提出了利用差量法或相对分子质量法求解的策略[3],也有的针对残留固体中金属元素有无变价提出了一种通用解法[4]。
这些研究成果虽然在一定程度上为学生解热重曲线类题型提供了帮助,但笔者认为从物料守恒角度求解热重曲线类习题,可形成通识性的解题策略,更容易被学生掌握。
现将此法介绍如下,与同仁分享。
1 基于物料守恒的热重曲线类习题解题思路
通过分析热重曲线,可以确定各热稳定区残留物质的化学组成。
在高考命题中,常常要求学生通过分析热重曲线中失重区的质量变化或固体残留率的变化来确定热稳定区的化学组成和失重区发生的化学反应方程式。
对于这类试题,在失重区发生的反应一般分为两大类型:第一类是结晶水合物(M·nH2O)逐步失水转化为不含结晶水的盐(M)[注:金属氢氧化物从广义上讲也可以看作是含水化合物,因为氢氧化物也可以改写成氧化物的形式,如Al(OH)3可改写成Al2O3·3H2O]。
第二类是无水盐(M)在空气中加热,形成金属氧化物的过程(或变价金属氧化物转变成其他价态的金属氧化物)。
考题中的热重曲线失重区的化学变化可能是其中
的一类情况,也可能两类兼有。
无论是哪一类,确定热稳定区的残留物化学组成都可以利用物料守恒求解。
具体操作流程如下:
2 典型例题分析
2.1 结晶水合物的热重曲线试题分析
例1 (根据2010年全国卷改编)硫酸铜晶体样品受热过程的热重曲线(固体残留率随温度变化的曲线)如图2所示。
试确定温度在113℃、650℃时残留物的化学式。
[答案]略。
当结晶水合物为无氧酸盐时,其热重曲线的失重区主要发生脱水过程。
确定其热稳定区的化学组成时可根据物料守恒列比例求解。
例2 图3是CoCl2·6H2O晶体受热分解时,剩余固体质量随温度变化的曲线。
B物质的化学式是。
(2)灼烧Al(OH)3·Cu(OH)2固体,残留固体质量与温度的关系如图7所示。
请写出BC段的化学方程式。
(3)在焙烧NH4VO3的过程中,固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如图8所示,则有关NH4VO3在分解过程中的说法正确的是。
(3)B。
通过上述训练,可以让学生熟练掌握热重曲线的解题技巧和热重曲线的分析策略。
3 教学反思
利用热重曲线图谱对固体试样进行定量分析,其关键在于确定失重区的固体残留率变化值或残留固体质量的变化值。
然后根据物料守恒即可正确分析热稳定区残留固体的化学组成和失重区发生的反应。
学生对这类试题感到陌生、难解的原因主要在于:(1)对各类图形表征的问题具有陌生感,不能正确认识热重曲线图谱的含义,不能正确理解热重曲线图谱中失重区质量变化或固体残留率变化的本质;(2)对化学计算的学习比较弱化,未能正确建立化学学科的学科思想(守恒思想和量变引起质变等),遇到计算无从着手,造成试题难度加大;(3)对元素化合物之间的转化规律未能形成基本网络,不能正确判断物质受热过程中发生的变化。
因此,在教学过程中教师要善于引导学生正确认识图形、图表,重视图形表征在高考命题中的价值取向;要重视学生化学学科素养、化学信息素养等核心素养的培养,让学生学会运用化学学科思想、化学方式来解决热重曲线图谱问题;要通过跟踪训练或变式训练培养学生“举一反三”的质疑精神和学习反思能力,完善解题过程与技能,提高解题能力。
总而言之,能否正确解答热重曲线题型,需要我们在教学中进一步关注学科方法、学科思想,进一步注重能力的培养和综合实践。
参考文献:
[1]彭梭,王后雄.高考化学图表信息题的功能及价值分析[J].化学教育,2015,(15):35~42.
[2]林小驹,李跃,沈晓红.高中化学核心素养体系的构成和特点[J].全球教育展望,2015,(5):78~81.
[3]刘敏,魏良怡.例谈热重曲线问题的解题技巧[J].化学教学,2014,(11):75~77.
[4]张顺清.求算热重曲线中某点化学式的一种通用方法[J].中学化学教学参考,2015,(10):65~67.。