熱點強化5　化學(xué)計算方法在熱重分析中的應(yīng)用

(1)設(shè)晶體為1 mol。

(2)失重一般是先失水，再失非金屬氧化物。

(3)計算每步的m(剩余)，×100%＝固體殘留率。

(4)晶體中金屬質(zhì)量不減少，仍在m(剩余)中。

(5)失重最后一般為金屬氧化物，由質(zhì)量守恒得m(O)，由n(金屬)∶n(O)，即可求出失重后物質(zhì)的化學(xué)式。

1．將8.34 g FeSO₄·7H₂O樣品隔絕空氣加熱，升溫過程中固體的質(zhì)量變化如圖。下列說法正確的是(　　)

A．FeSO₄·7H₂O晶體中有4種不同結(jié)合力的水分子

B．在100 ℃時，M的化學(xué)式為FeSO₄·6H₂O

C．在200 ℃時，N的化學(xué)式為FeSO₄·3H₂O

D．380 ℃的P加熱至650 ℃的化學(xué)方程式為2FeSO₄Fe₂O₃＋SO₂↑＋SO₃↑

答案　D

解析　從圖中可以看出，FeSO₄·7H₂O晶體受熱后發(fā)生4次分解反應(yīng)，通常情況下，晶體先分多次失去結(jié)晶水，然后所得無水鹽再分解。FeSO₄·7H₂O晶體中，水分子的結(jié)合力都是相同的，A不正確；n(FeSO₄·7H₂O)＝＝0.03 mol，則100 ℃時，M的摩爾質(zhì)量為＝224 g·mol^－1，化學(xué)式為FeSO₄·4H₂O，B不正確；在200 ℃時，N的摩爾質(zhì)量為＝170 g·mol^－1，化學(xué)式為FeSO₄·H₂O，C不正確；380 ℃的P加熱至650 ℃時，產(chǎn)物Q中n(Fe)∶n(O)＝0.03 mol∶＝2∶3，即產(chǎn)物為Fe₂O₃，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為2FeSO₄Fe₂O₃＋SO₂↑＋SO₃↑，D正確。

2．將Ce(SO₄)₂·4H₂O(摩爾質(zhì)量為404 g·mol^－1)在空氣中加熱，樣品的固體殘留率(×100%)隨溫度的變化如圖所示。

當固體殘留率為70.3%時，所得固體可能為______(填字母)。

A．Ce(SO₄)₂　　B．Ce₂(SO₄)₃　　C．CeOSO₄

答案　B

解析　404×70.3%≈284，A的相對分子質(zhì)量為332，B的相對分子質(zhì)量為568，C的相對分子質(zhì)量為252；根據(jù)質(zhì)量守恒，404×2×70.3%≈568。

3．[2019·全國卷Ⅰ，27(5)]采用熱重分析法測定硫酸鐵銨晶體樣品所含結(jié)晶水數(shù)，將樣品加熱到150 ℃時失掉1.5個結(jié)晶水，失重5.6%。硫酸鐵銨晶體的化學(xué)式為_____________。

答案　NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O

解析　失重5.6%是質(zhì)量分數(shù)，設(shè)結(jié)晶水合物的化學(xué)式為NH₄Fe(SO₄)₂·xH₂O，由題意知＝，解得x≈12。

4．PbO₂在加熱過程發(fā)生分解的失重曲線如下圖所示，已知失重曲線上的a點為樣品失重4.0%(即×100%)的殘留固體。若a點固體組成表示為PbO_x或mPbO₂·nPbO，列式計算x值和m∶n值。

答案　根據(jù)PbO₂PbO_x＋O₂↑，有×32＝239×4.0%，解得x＝2－≈1.4，根據(jù)mPbO₂·nPbO，有＝1.4，得＝＝。

5．在空氣中加熱10.98 g草酸鈷晶體(CoC₂O₄·2H₂O)樣品，受熱過程中不同溫度范圍內(nèi)分別得到一種固體物質(zhì)，其質(zhì)量如表。

(1)加熱到210 ℃時，固體物質(zhì)的化學(xué)式為________。

(2)經(jīng)測定，加熱到210～310 ℃過程中的生成物只有CO₂和鈷的氧化物，此過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________________________________________。

答案　(1)CoC₂O₄　(2)3CoC₂O₄＋2O₂Co₃O₄＋6CO₂

解析　(1)n(CoC₂O₄·2H₂O)＝0.06 mol，

Δm＝(10.98－8.82) g＝2.16 g＝m(H₂O)，

故210℃時固體為CoC₂O₄。

(2)根據(jù)鈷原子守恒可知

m(Co)＝3.54 g，m(O)＝(4.82－3.54) g＝1.28 g，

n(O)＝0.08 mol，n(Co)∶n(O)＝3∶4，

可寫出化學(xué)方程式：3CoC₂O₄＋2O₂Co₃O₄＋6CO₂。

6．(2022·浙江模擬)CuSO₄·5H₂O在不同溫度下失水和分解，隨著溫度升高分別生成CuSO₄→CuO→Cu₂O→Cu，現(xiàn)稱取5.000 g CuSO₄·5H₂O在敞口容器加熱一定時間后，得到1.520 g固體，測得生成的SO₂的體積為0.224 L(已折算為標準狀況)，求：

(1)固體的成分及物質(zhì)的量之比：________。

(2)標準狀態(tài)下生成O₂的體積：________。

答案　(1)n(CuO)∶n(Cu₂O)＝2∶1

(2)0.168 L

解析　(1)5.000 g CuSO₄·5H₂O物質(zhì)的量為0.02 mol，若生成的全部是硫酸銅，則質(zhì)量為3.2 g，若全部生成氧化銅，則質(zhì)量為1.6 g，若全部生成氧化亞銅，則質(zhì)量為1.44 g，而得到1.520 g固體，說明固體的成分是氧化銅和氧化亞銅的混合物，設(shè)氧化銅物質(zhì)的量為x mol，氧化亞銅物質(zhì)的量為y mol，則有x＋2y＝0.02,80x＋144y＝1.52，解得x＝0.01，y＝0.005，則物質(zhì)的量之比n(CuO)∶n(Cu₂O)＝2∶1。

(2)生成了標準狀況下0.224 L二氧化硫，即物質(zhì)的量為0.01 mol，分析知硫、銅化合價降低，氧化合價升高，根據(jù)得失電子守恒得到O₂物質(zhì)的量為＝0.007 5 mol，其標準狀態(tài)下的體積為0.007 5 mol×22.4 L·mol^－1＝0.168 L。

7．PbO₂受熱會隨溫度升高逐步分解。稱取23.9 g PbO₂，將其加熱分解，受熱分解過程中固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示。

A點與C點對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)式分別為________、________。

答案　Pb₂O₃　PbO

解析　二氧化鉛是0.1 mol，其中氧原子是0.2 mol。A點固體減少0.8 g，則剩余氧原子的物質(zhì)的量是0.15 mol，此時剩余的鉛和氧原子的個數(shù)之比是2∶3，A點對應(yīng)的物質(zhì)是Pb₂O₃。同理可得出C點對應(yīng)的物質(zhì)是PbO。

8．MnCO₃在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化為不同價態(tài)的錳的氧化物，其固體殘留率隨溫度的變化如圖所示。則

(1)300 ℃時，剩余固體中n(Mn)∶n(O)＝_____________________________。

(2)圖中點D對應(yīng)固體的成分為______________(填化學(xué)式)。

答案　(1)1∶2　(2)Mn₃O₄和MnO

解析　設(shè)MnCO₃的物質(zhì)的量為1 mol，即質(zhì)量為115 g。

(1)A點剩余固體質(zhì)量為115 g×75.65%≈87 g，

減少的質(zhì)量為115 g－87 g＝28 g，

可知MnCO₃失去的組成為“CO”，

故剩余固體的成分為MnO₂，n(Mn)∶n(O)＝1∶2。

(2)C點剩余固體質(zhì)量為115 g×61.74%≈71 g，

據(jù)錳元素守恒知m(Mn)＝55 g，

則m(O)＝71 g－55 g＝16 g，

則n(Mn)∶n(O)＝∶＝1∶1，

故剩余固體的成分為MnO，

同理，B點剩余固體質(zhì)量為115 g×66.38%＝76.337 g，因m(Mn)＝55 g，則m(O)＝76.337 g－55 g＝21.337 g，

則n(Mn)∶n(O)＝∶≈3∶4，

故剩余固體的成分為Mn₃O₄，

因D點介于B、C之間，故D點對應(yīng)固體的成分為Mn₃O₄與MnO的混合物。

9．取4.53 g NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O加熱分解，加熱過程中固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示。硫酸鋁銨晶體在633 ℃、975℃分解生成的固體分別為________、________(填化學(xué)式)。

答案　Al₂(SO₄)₃　Al₂O₃

解析　NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的相對分子質(zhì)量為453，NH₄Al(SO₄)₂的相對分子質(zhì)量為237，Al₂(SO₄)₃的相對分子質(zhì)量為342，Al₂O₃的相對分子質(zhì)量為102,4.53 g NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的物質(zhì)的量為0.01 mol，則NH₄Al(SO₄)₂的物質(zhì)的量為0.01 mol，Al₂(SO₄)₃的物質(zhì)的量為0.005 mol，Al₂O₃的物質(zhì)的量為0.005 mol。所以硫酸鋁銨晶體在300 ℃、633 ℃、975 ℃分解生成的固體分別為NH₄Al(SO₄)₂、Al₂(SO₄)₃、Al₂O₃。

10．(2022·山東省青州市模擬)xNH₄Cl·yScF₃·zH₂O“脫水除銨”過程中固體質(zhì)量與溫度的關(guān)系如圖所示，其中在380～400 ℃過程中會有白煙冒出，保溫至無煙氣產(chǎn)生，即得到ScF₃，由圖中數(shù)據(jù)可得x∶z＝________。

答案　1∶2

解析　xNH₄Cl·yScF₃·zH₂O“脫水除銨”是指脫去結(jié)晶水和氯化銨，氯化銨受熱分解生成氨氣和氯化氫，所以會產(chǎn)生白煙，所以380～400℃時固體減少的質(zhì)量為氯化銨的質(zhì)量，200～300℃時減少的質(zhì)量為水的質(zhì)量，則氯化銨的物質(zhì)的量為＝0.06 mol，水的物質(zhì)的量為＝0.12 mol，x∶z＝0.06∶0.12＝1∶2。