1、热重分析判断物质成分 1. 结晶水合盐受热分解步骤加热结晶水合盐反应可分三步进行：第一步是脱去部分水，第二步是生成羟基盐或含水盐，第三步是生成金属氧化物；如果热重实验的气氛为空气，则加热过程中可能被氧化，反应将变得更复杂一些。2.热重曲线试题分类热重曲线试题可分为两类：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。3.解题的方法思路(1)设晶体为1 mol，其质量为m。(2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。(3)计算每步固体剩余的质量(m
2、余)100%=固体残留率。(4)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。(5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属n氧，即可求出失重后物质的化学式。【典例】(2019南京模拟)称取3.60 g草酸亚铁晶体(FeC2O42H2O，相对分子质量是180)用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示，请分析图并回答下列问题：过程发生反应的化学方程式为_。300 时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式_。【解析】通过剩余固体的质量可知，过程发生的反应是草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为FeC2O42H2OFeC2O4+2H2O。草
3、酸亚铁晶体中的铁元素质量为3.6 g100%1.12 g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，氧化物中氧元素的质量为1.60 g-1.12 g=0.48 g，铁元素和氧元素的质量比为1.12 g0.48 g=73，设铁的氧化物的化学式为FexOy，则有56x16y=73，xy=23，铁的氧化物的化学式为Fe2O3。答案：FeC2O42H2OFeC2O4+2H2OFe2O3【延伸探究】草酸锌晶体和草酸亚铁晶体在性质上有相似之处，受热也会分解。将草酸锌晶体(ZnC2O42H2O)加热分解可得到一种纳米材料。加热过程中固体残留率随温度的变化如图所示，300460 范围内，发生反应的化学方程式为
4、_。提示：ZnC2O4ZnO+CO+CO2。ZnC2O42H2O晶体中的ZnC2O4质量分数为100%80.95%，故A点完全失去结晶水，化学式为ZnC2O4，假设B点为ZnO，则残留固体占有的质量分数为100%42.86%，故B点残留固体为ZnO，结合原子守恒可知还生成等物质的量的CO与CO2。300 460 范围内，发生反应的化学方程式为ZnC2O4ZnO+CO+CO2。1.PbO2受热会随温度升高逐步分解。称取23.9 g PbO2，将其加热分解，受热分解过程中固体质量随温度的变化如图所示。A点与C点对应物质的化学式分别为_、_。【解析】二氧化铅是0.1 mol，其中氧原子是0.2 mo
5、l。A点，固体减少0.8 g，则剩余氧原子的物质的量是0.15 mol，此时剩余的铅和氧原子的个数之比是23，A点对应的物质是Pb2O3。同理可得出C点对应物质是PbO。答案：Pb2O3PbO2.在空气中加热10.98 g草酸钴晶体(CoC2O42H2O)样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如表。温度范围/固体质量/g1502108.822903204.828909204.50(1)加热到210 时，固体物质的化学式为_。(2)经测定，加热到210320过程中的生成物只有CO2和钴的氧化物，此过程发生反应的化学方程式为_。【解析】(1)CoC2O42H2O失去全部结晶水的
6、质量为10.98 g=8.82 g，即加热到210 时，固体物质是CoC2O4。(2)根据元素守恒，n(CO2)=(2) mol=0.12 mol，质量为0.12 mol44 gmol-1=5.28 g，固体质量减少(8.82-4.82) g =4.00 g，说明有气体参加反应，即氧气参加，氧气的质量为(5.28-4.00) g=1.28 g，其物质的量为 mol=0.04 mol，n(CoC2O4)n(O2)n(CO2)=0.040.12=0.060.040.12=326，依据原子守恒，3CoC2O4+2O2Co3O4+6CO2。答案：(1)CoC2O4(2)3CoC2O4+2O2Co3O4
7、+6CO23.为研究一水草酸钙(CaC2O4H2O)的热分解性质，进行如下实验：准确称取36.50 g样品加热，样品的固体残留率(100%)随温度的变化如图所示。(1)300 时残留固体的成分为_，900 时残留固体的成分为_。(2)通过计算求出500 时固体的成分及质量(写出计算过程)。【解析】(1)n(CaC2O4H2O)=0.25 mol，含有m(H2O)=0.25 mol18 gmol-1=4.50 g，在300 时，100%=87.67%，m(剩余)=36.50 g87.67%32 g，减少的质量为36.50 g-32 g=4.50 g，故此时失去全部的结晶水，残留固体为CaC2O4
8、；在900 时，100%=38.36%，m(剩余) =36.50 g38.36%14 g，其中Ca的质量没有损失，含m(Ca)=0.25 mol40 gmol-1=10 g，另外还含有m(O)=14 g-10 g=4 g，n(O)=0.25 mol，则n(Ca)n(O)=11，化学式为CaO。答案：(1)CaC2O4CaO(2)在600 时，100%=68.49%，m(剩余)=36.50 g68.49%25 g，从300 至600 时，失去的总质量为32 g-25 g=7 g，失去物质的摩尔质量为7 g0.25 mol=28 gmol-1，所以600 时残留固体成分为CaCO3，则500 时残
9、留固体的成分为CaC2O4和CaCO3的混合物，样品中CaC2O4H2O的物质的量n(CaC2O4H2O)=0.25 mol，设混合物中CaC2O4和CaCO3的物质的量分别为x mol和y mol，根据500 时固体总质量可得128x+100y=36.50 g76.16%，根据钙元素守恒可得x+y=0.25，解得x0.10，y0.15，m(CaC2O4)=0.10 mol 128 gmol-1=12.80 g，m(CaCO3)=0.15 mol100 gmol-1=15.0 g，500 时固体的成分为12.8 g CaC2O4和15.0 g CaCO3。【加固训练】(2019石狮模拟)过氧化
10、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_。【解析】由图
11、可以看出A为实验室制备氨气：Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3+2H2O，由于NH3极易溶于水，采用B装置是为了防止倒吸。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+8H2OCaO28H2O+2NH4Cl。由于CaO28H2O带结晶水，若温度太高，则CaO28H2O会失去部分结晶水，且H2O2分解速率加快，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 g-1.32 g=1.44 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 g-1.32 g=0.36 g，物质的量为0.02 mol，则n(CaO2)n(H2O)=0.010.02=1x，x=2。CaO2质量为72 gmol-10.01 mol=0.72 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)2+2NH4ClCaCl2+2NH3+2H2O(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，且CaO28H2O会失去部分结晶水CaCl2+H2O2+2NH3+8H2OCaO28H2O+2NH4Cl(5)226.09%