高中化学考察的热重曲线及专练.docx
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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2.50g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________________________。
②1000℃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2.50∶2.14=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0.80gCuO,而e点处物质的质量为0.72g,则为0.005molCu2O,该反应的化学方程式为4CuO
2Cu2O+O2↑。
11.(2011新课标全国,14分)
0.80gCuSO4·5H2O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(Kap[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。
解析:
(1)0.80gCuSO4·5H2O中含有CuSO4的质量为
。
由图像可知当温度升高到102℃是时CuSO4·5H2O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CuSO4·nH2O,则有
,解得n=1,所以200℃时固体物质的化学式为CuSO4·H2O;
(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CuSO4
CuO+SO3↑;CuO溶于硫酸生成CuSO4,结晶析出生成胆矾即CuSO4·5H2O;由图像可知CuSO4·5H2O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
Cu+2H2SO4
CuSO4+2H2O+SO2↑
(4)因为Kap[Cu(OH)2]=c(Cu2+)·c2(OH-)=2.2×10-20,当溶液的pH=8时,c(OH-)=10-6,所以c(Cu2+)=2.2×10-8;硫酸铜溶液中通入过量H2S气体时反应的化学方程式为:
CuSO4+H2S=H2SO4+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0.1mol·L-1,所以H+浓度是0.2mol·L-1。
答案:
(1)CuSO4·H2O;
(2)CuSO4
CuO+SO3↑、CuSO4·5H2O、102℃;
(3)Cu+2H2SO4
CuSO4+2H2O+SO2↑
(4)2.2×10-8、0.2
4、将8.34gFeSO4·7H2O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)
A.FeSO4·7H2O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)8.34gFeSO4·7H2O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wg,则已分解的P的质量为▲(填计算式)。
20.(10分)
278:
8.34=x:
6.72x=224,(278-224)÷18=3,所以化学式为FeSO4·4H2O
278:
8.34=x:
5.10x=170化学式为:
FeSO4·H2O
高温
(1)FeSO4·4H2O(2分)
(2)2FeSO4====Fe2O3+SO2↑+SO3↑(2分)
(3)①品红溶液(2分)
②a→b→f→g→d(2分)
④
(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CaC2O4•H2O在N2和O2气氛中的热重曲线。
①C点所得固体的化学式为______________________。
②CaC2O4•H2O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CaC2O4·H2O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(CaSO4·xH2O)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2.72g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[2PbCO3·Pb(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。
①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,……
②定量研究:
取26.7mg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________。
(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)2.76gCaO2·8H2O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·xH2O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·nH2O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·nH2O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)CaSO4·xH2O
CaSO4+xH2O
1mol xmol
x=2
(2)AB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
CaSO4·(2-x)H2O+xH2O
1mol xmol
mol
x=
所以AB段对应化合物的化学式为CaSO4·
H2O。
答案:
(1)CaSO4·2H2O
(2)CaSO4·
H2O
2.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:
①PbCO3、②2PbCO3·Pb(OH)2、③PbCO3与2PbCO3·Pb(OH)2。
(4)①PbCO3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。
②由PbCO3分解的方程式可知若固体全部为PbCO3,则26.7mg固体完全分解后可得到22.3mg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)Na2CO3 Na2CO3溶液中的c(CO
)大
(3)全部为2PbCO3·Pb(OH)2
PbCO3与2PbCO3·Pb(OH)2
(4)①
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
②同意,若全部为PbCO3时,26.7mg完全分解后最终固体质量应为22.3mg(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)2+2NH4Cl
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2.76g-1.32g=1.44g,物质的量为0.08mol,则CaO2·8H2O的物质的量为0.01mol,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1.68g-1.32g=0.36g,物质的量为0.02mol,则n(CaO2)∶n(H2O)=0.01∶0.02=1∶x,x=2。
CaO2质量为72g·mol-1×0.01mol=0.72g,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+2NH4Cl
CaCl2+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 CaCl2+H2O2+2NH3+8H2OCaO2·8H2O↓+2NH4Cl
(5)①2 ②26.09%
4.解析:
(1)由图中质量变化列式
=
,可得n=1。
(2)设分解后固体物质的原子量为M,
则
=
,M=100,故固体物质的化学式为CaCO3。
反应的化学方程式为CaC2O4
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:
(1)1
(2)CaC2O4
CaCO3+CO 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===CaO+CO2进行