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熱重曲線分析及其計算
1.(2023·浙江精誠聯盟三模)測得堿式碳酸銅[aCu(OH)2·bCuCO3]的熱重分析結果如圖所示,已知失重至65.7%時固體呈磚紅色,則計算可知=　　　　(保留3位有效數字)。
2.(2024·廣州高三段訓)過硼酸鈉晶體(NaBO3·4H2O)也可用作無毒漂白劑,加熱至70 ℃以上會逐步失去結晶水。實驗測得過硼酸鈉晶體的質量隨溫度變化的曲線如圖所示,則T2~T3所對應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
3.MnCO3可用作電訊器材元件材料,還可用作瓷釉、顏料及制造錳鹽的原料。它在空氣中加熱易轉化為不同價態錳的氧化物,其固體殘留率隨溫度的變化,如圖所示。則300 ℃時,剩余固體中n(Mn)∶n(O)為　　　　;圖中C點對應固體的成分為　　　　(填化學式)。
4.Co(OH)2在空氣中加熱時,固體殘留率隨溫度的變化如圖所示。已知鈷的氫氧化物加熱至290 ℃時已完全脫水。計算確定A、B、C點物質的化學式為　　　　、　　　　、　　　　。
5.為研究一水草酸鈣(CaC2O4·H2O)的熱分解性質,進行如下實驗:準確稱取36.50 g樣品加熱,樣品的固體殘留率(×100%)隨溫度的變化如下圖所示。
(1)300 ℃時殘留固體的成分為　　　　,900 ℃時殘留固體的成分為　　　　。
(2)500 ℃時固體的成分及質量　　　　。
6.取27.8 g FeSO4·7H2O隔絕空氣加熱至不同溫度, 剩余固體的質量變化如圖所示。
分析數據, 寫出90 ℃ 殘留物的化學式　　　　;440 ℃~470 ℃時固體物質發生反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
做出這一判斷的依據是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
7.(2023·河北名校聯考)50.7 g MnSO4·H2O樣品受熱分解過程的熱重曲線(樣品質量隨溫度變化曲線)如下圖所示。[已知:M(Mn)=55 g/mol]
(1)850 ℃時,所得固體的化學式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)1 150 ℃時,反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
8.(2023·汕頭一模)碳酸錳在空氣中加熱可以生成相應的氧化物,稱取115 mg碳酸錳(摩爾質量115 g/mol)加熱,固體物質的質量隨溫度的變化如圖所示。
527.4 ℃時,MnCO3生成相應固體物質的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
9.(2022·湖北示范高中測試)CoO與鹽酸反應可得粉紅色的CoCl2溶液。CoCl2晶體因結晶水數目不同而呈現不同顏色,利用藍色無水CoCl2吸水變色這一性質可制成變色水泥和顯隱墨水。如圖是粉紅色的CoCl2·6H2O晶體在烘箱中受熱分解時,剩余固體質量隨溫度變化的曲線,物質A的化學式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
10.(2023·安陽模擬)實驗測得25.0 g CuSO4·5H2O受熱分解過程中的熱重曲線如圖所示。
(1)172 ℃時,剩余固體的化學式為　　　　。
(2)由膽礬分解制備CuO時,控制的合適溫度范圍為　　　　。
11.(2023·大連一模)Sc2(C2O4)3·6H2O在空氣中加熱分解時,隨溫度變化如圖所示。已知:M[Sc2(C2O4)3·6H2O]=462 g·mol-1。
250 ℃時固體的主要成分是　　　　(填化學式);550~850 ℃時反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
12.(2023·南京二模)將空氣以一定流速通過加熱的CuS試樣,測得固體質量和流出氣體中SO2含量隨溫度的變化如圖所示。在200~300 ℃范圍內,CuS經歷如下轉化:CuS→Cu2S→CuO·CuSO4,固體質量減少的主要原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
熱重曲線分析及其計算
1.1.24
解析　失重至65.7%時為氧化亞銅,由原子守恒可計算,×100%=65.7%,解得=1.24。
2.NaBO3·3H2ONaBO3·H2O+2H2O
解析　30.8 g NaBO3·4H2O的物質的量為n==0.2 mol,T2時刻,失去的結晶水質量為30.8-27.2=3.6 g,物質的量為0.2 mol,所得晶體為NaBO3·3H2O,T2~T3失去的結晶水為27.2-20=7.2 g,物質的量為0.4 mol,剩余的晶體為NaBO3·H2O,所以T2~T3所對應的化學方程式為
NaBO3·3H2ONaBO3·H2O+2H2O。
3.1∶2　Mn3O4與MnO
解析　MnCO3的摩爾質量為115 g/mol,設MnCO3的物質的量為1 mol,則A點300 ℃時失重的質量為1 mol×115 g/mol×(1-75.65%)=28 g。已知CO的摩爾質量是28 g/mol,根據質量守恒定律,分解化學方程式為MnCO3MnO2+CO↑。所以A點300 ℃時固體成分的化學式為MnO2。則n(Mn)∶n(O)為1∶2。B點770 ℃時失重的質量為1 mol×115 g/mol×(1-66.38%)=38.7 g。由于300 ℃時固體的成分為MnO2,再加熱造成失重的原因只能是氧元素以O2的形式逸散失去,隨著氧元素的失去,錳的化合價也發生了變化。因此失去氧元素的物質的量為n(O)= mol,可表示為Mn,整理得化學式為Mn3O4。D點900 ℃時失重的質量為1 mol×115 g/mol×(1-61.74%)=44 g。失去的n(O)==1 mol,可表示為MnO(2-1)。
4.Co2O3　Co3O4　CoO
解析　Co(OH)2在加熱分解過程中,Co原子的數目不變。設有1 mol Co(OH)2,質量為93 g。則固體中Co的物質的量為1 mol,質量為59 g。設290 ℃后固體的化學式為CoOx,A點固體的相對分子質量為93×89.25%≈83,此時x=1.5,即該固體為Co2O3;B點固體的相對分子質量為93×86.38%≈80.3,此時x≈,即該固體為Co3O4;C點固體的相對分子質量為93×80.65%≈75,此時x=1,即該固體為CoO。
5.(1)CaC2O4　CaO
(2)固體的成分為12.8 g CaC2O4和15.0 g CaCO3
解析　(1)n(CaC2O4·H2O)==0.25 mol,含有m(H2O)=0.25 mol×18 g/mol=4.50 g,在300 ℃時,×100%=87.67%,m(剩余)=36.50 g×87.67%≈32 g,減少的質量為36.50 g-32 g=4.50 g,故此時失去全部的結晶水,殘留固體為CaC2O4,在900 ℃時,×100%=38.36%,m(剩余)=36.50 g×38.36%≈14 g,其中Ca的質量沒有損失,含m(Ca)=0.25 mol×40 g/mol=10 g,另外還含有m(O)=14 g-10 g=4 g,n(O)=0.25 mol,則n(Ca) : n(O)=1∶1,化學式為CaO;(2)在600 ℃時,×100%=68.49%,m(剩余)=36.50 g×68.49%≈25 g,從300 ℃至600 ℃時,失去的總質量為32 g-25 g=7 g,失去物質的摩爾質量為=28 g/mol,則應為CO,所以CaC2O4失去CO后,產物為CaCO3,在500 ℃時,應為CaC2O4和CaCO3的混合物,樣品中CaC2O4·H2O物質的量為=0.25 mol,設CaC2O4和CaCO3的物質的量分別為x mol和y mol,根據500 ℃時固體總質量可得128x+100y=36.5×76.16%,根據鈣元素守恒可得x+y=0.25,解得x=0.1,y=0.15,m(CaC2O4)=0.1 mol×128 g/mol=12.8 g,m(CaCO3)=0.15 mol×100 g/mol=15 g,500 ℃時固體的成分為12.8 g CaC2O4和15.0 g CaCO3。
6.FeSO4·H2O　2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑
27.8 g FeSO4·7H2O的物質的量為0.1 mol,加熱分解到C點后質量不再變化,C為鐵的氧化物,剩余固體是8 g,鐵元素的質量為5.6 g,則氧元素的質量為2.4 g,可得出氧化物中鐵和氧原子個數比為2∶3,故為Fe2O3;根據氧化還原反應規律推斷鐵元素化合價升高,必有元素化合價降低,則生成SO2,由質量守恒定律得出化學方程式為2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
解析　27.8 g FeSO4·7H2O的物質的量為0.1 mol,結晶水完全失去時剩下固體的質量為27.8 g-0.7 mol×18 g·mol-1=15.2 g,由圖可知B(440 ℃)完全失去結晶水,成分為FeSO4,對比B(440 ℃)和A(90 ℃)點,兩者質量差為17.0 g-15.2 g=1.8 g,即A比B多一個結晶水,A點成分為FeSO4·H2O;自始至終,鐵元素質量守恒,FeSO4·7H2O為0.1 mol,加熱分解到C(470 ℃)點后質量不再變化,C點成分為鐵的氧化物,剩余固體是8 g,鐵元素的質量為5.6 g,則氧元素的質量為2.4 g,可得出氧化物中鐵和氧原子個數比為2∶3,故為Fe2O3;根據氧化還原反應規律推斷鐵元素化合價升高,必有元素化合價降低,則生成SO2,由質量守恒定律得出化學方程式為2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑。
7.(1)MnO2　(2)3MnO2Mn3O4+O2↑
解析　(1)50.70 g MnSO4·H2O樣品n(錳)=n(MnSO4·H2O)=0.3 mol,其中n(H2O)=0.3 mol,m(H2O)=5.4 g,280 ℃時,所得固體質量為45.30 g,減少的質量為5.4 g,則說明該段失去結晶水,此時固體為MnSO4,繼續受熱分解生成錳的氧化物和硫的氧化物0.3 mol,850 ℃時,固體質量由45.30 g減少到為26.10 g,減少的質量為19.2 g,則硫氧化物的相對質量為64,故為二氧化硫,則此時的固體為MnO2;(2)1 150 ℃時固體為二氧化錳分解所得,錳元素質量守恒,則m(錳)=n(錳)×55=16.50 g,則氧化物中m(O)=22.90 g-16.50 g=6.4 g,n(O)=0.4 mol,故n(Mn)∶n(O)=0.3∶0.4=3∶4,則該氧化物為Mn3O4,故反應為3MnO2Mn3O4+O2↑。
8.4MnCO3+O22Mn2O3+4CO2
解析　n(MnCO3)==0.001 mol,則n(Mn)=0.001 mol,m(Mn)=0.001 mol×55 g/mol=0.055 g;527.4 ℃時,m(O)=(0.079-0.055)g=0.024 g,n(O)==0.0015 mol,可知:n(Mn)∶n(O)=0.001 mol∶0.001 5 mol=2∶3,則此時產物為Mn2O3,反應方程式為4MnCO3+O22Mn2O3+4CO2。
9.CoCl2·2H2O
解析　由圖可知n(CoCl2)=65×10-3÷130=5×10-4 mol,物質A中含有的結晶水的物質的量為n(H2O)=(83-65)×10-3÷18=1×10-3 mol,故n(CoCl2)∶n(H2O)=1∶2,故物質A的化學式為CoCl2·2H2O。
10.(1)CuSO4·H2O　(2)700~810 ℃
解析　(1)25.0 g CuSO4·5H2O的物質的量為0.1 mol,若結晶水全部失去,剩余固體為0.1 mol CuSO4,質量為16.0 g。由圖知172 ℃時,剩余固體質量為17.8 g>16.0 g,則該溫度下剩余固體為CuSO4的結晶水合物,n(H2O)==0.1 mol,原固體中CuSO4為0.1 mol,則CuSO4與H2O個數比為1∶1,則剩余固體的化學式為CuSO4·H2O;(2)由Cu元素守恒知,25.0 g CuSO4·5H2O能制得8.0 gCuO,由圖知控制的合適溫度范圍為700~810 ℃。
11.Sc2(C2O4)3·H2O　2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2
解析　設有1 mol草酸鈧晶體(462 g)在空氣中受熱,250 ℃時,剩余固體質量為462 g×80.5%=371.91 g,失水重量為462 g-371.91 g=90.09 g≈90 g,即250 ℃時,1 mol晶體失去5 mol水,則此時晶體的主要成分是Sc2(C2O4)3·H2O;550 ℃時,剩余固體質量為462 g×76.6%=353.89 g,相比于250 ℃時的剩余固體質量,250~550 ℃,失水重量為371.91 g-353.89 g=18.02 g≈18 g,則250~550 ℃,1 mol Sc2(C2O4)3·H2O失去1 mol水變為1 mol Sc2(C2O4)3;850 ℃時,剩余固體質量為462 g×29.8%=137.68 g≈138 g,由于M(Sc2O3)=138 g/mol,故可知550~850 ℃,1 mol Sc2(C2O4)3分解產生1 mol Sc2O3,反應的化學方程式為2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2。
12.CuS生成Cu2S時失重的質量大于部分Cu2S生成CuO·CuSO4時增重的質量
解析　CuS經歷如下轉化:CuS→Cu2S→CuO·CuSO4,結合轉化過程中化學式的相對分子質量,固體質量減少的主要原因是CuS生成Cu2S時失重的質量大于部分Cu2S生成CuO·CuSO4時增重的質量。

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