第三章金屬及其化合物專題講座（三）熱重分析中的物質(zhì)成分的判斷（精練）完卷時間：50分鐘可能用到的相對原子質(zhì)量：H1C12N14O16Mg12Al27S32Ca40V51Cr52Mn55Fe65Zn65Ce140pb2071.（10分）8.34gFeSO4·7H2O(M=278g·mol-1)樣品受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線)如圖所示,下列說法正確的是()A.溫度為78℃時,固體物質(zhì)M的化學式為FeSO4·5H2OB.溫度為159℃時固體N的化學式為FeSO4·2H2OC.在隔絕空氣條件下,由N得到P的化學方程式為FeSO4·H2OFeSO4+H2OD.取適量380℃時所得的樣品P,隔絕空氣加熱至650℃,得到一種固體物質(zhì)Q,同時有兩種無色氣體生成,Q的化學式為Fe3O4【答案】C【解析】8.34gFeSO4·7H2O樣品物質(zhì)的量為0.03mol,其中m(H2O)=0.03mol×7×18g·mol-1=3.78g,如晶體全部失去結(jié)晶水,固體的質(zhì)量應為8.34g-3.78g=4.56g,可知在加熱到373℃之前,晶體失去部分結(jié)晶水,加熱至635℃時,固體的質(zhì)量為2.40g,應為鐵的氧化物,其中n(Fe)=n(FeSO4·7H2O)=0.03mol,m(Fe)=0.03mol×56g·mol-1=1.68g,則固體中m(O)=2.40g-1.68g=0.72g,n(O)=0.045mol,則n(Fe)∶n(O)=0.03mol∶0.045mol=2∶3,則固體物質(zhì)Q的化學式為Fe2O3。溫度為78℃時,固體質(zhì)量為6.72g,其中m(FeSO4)=0.03mol×152g·mol-1=4.56g,m(H2O)=6.72g-4.56g=2.16g,n(H2O)=0.12mol,則n(H2O)∶n(FeSO4)=0.12mol∶0.03mol=4∶1,則化學式為FeSO4·4H2O,故78℃時,M的化學式為FeSO4·4H2O,故A錯誤;溫度為159℃時,固體質(zhì)量為5.10g,其中m(FeSO4)=0.03mol×152g·mol-1=4.56g,m(H2O)=5.10g-4.56g=0.54g,n(H2O)=0.03mol,則n(H2O)∶n(FeSO4)=0.03mol∶0.03mol=1∶1,則化學式為FeSO4·H2O,故B錯誤;N的化學式為FeSO4·H2O,P化學式為FeSO4,在隔絕空氣條件下由N得到P的化學方程式為FeSO4·H2OFeSO4+H2O,故C正確;由上述分析可知,P化學式為FeSO4,Q的化學式為Fe2O3,鐵的化合價升高,必有硫的化合價降低,即有二氧化硫生成,設(shè)SO2、SO3的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol,則,解得x=y=0.015,所以方程式為2FeSO4Fe2O3+SO2↑+SO3↑,Q的化學式為Fe2O3,故D錯誤。2.（10分）將Ce(SO4)2·4H2O（摩爾質(zhì)量為404g·mol－1）在空氣中加熱，樣品的固體殘留率（固體樣品的剩余質(zhì)量/固體樣品的起始質(zhì)量×100%）隨溫度的變化如下圖所示。當固體殘留率為70.3%時，所得固體可能為（填字母）。A．Ce(SO4)2B．Ce2(SO4)3C．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808×70.3%≈568，應選B。3.（10分）PbO2受熱會隨溫度升高逐步分解。稱取23.9gPbO2，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點對應物質(zhì)的化學式分別為__________、__________。

【答案】Pb2O3PbO【解析】二氧化鉛是0.1mol，其中氧原子是0.2mol。A點，固體減少0.8g，則剩余氧原子的物質(zhì)的量是0.15mol，此時剩余的鉛和氧原子的個數(shù)之比是2∶3，A點對應的物質(zhì)是Pb2O3。同理可得出C點對應物質(zhì)是PbO。4.（10分）25.35gMnSO4·H2O樣品受熱分解過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線)如下圖所示:(1)300℃時,所得固體的化學式為________。

(2)1150℃時,反應的化學方程式為

__________________________________。

【答案】(1)MnSO4(2)3MnO2Mn3O4+O2↑【解析】(1)25.35gMnSO4·H2O樣品中n(Mn)=n(MnSO4·H2O)=0.15mol,其中n(H2O)=0.15mol,m(H2O)=2.7g,300℃時,所得固體質(zhì)量為22.65g,減少的質(zhì)量為2.7g,則說明該段失去結(jié)晶水,此時固體為MnSO4。(2)溫度繼續(xù)升高,固體MnSO4受熱分解生成錳的氧化物和硫的氧化物0.15mol,850℃時,固體質(zhì)量由22.65g減少到13.05g,減少的質(zhì)量為9.6g,則硫的氧化物的相對分子質(zhì)量為64,故為二氧化硫,則此時的固體為MnO2,1150℃時固體為二氧化錳分解所得,由錳元素質(zhì)量守恒,則m(Mn)=n(Mn)×55g·mol-1=8.25g,則氧化物中m(O)=11.45g-8.25g=3.2g,n(O)=0.2mol,故n(Mn)∶n(O)=0.15∶0.2=3∶4,則該氧化物為Mn3O4,故反應的化學方程式為3MnO2Mn3O4+O2↑。5.（10分）堿式碳酸鋁鎂[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃劑。為確定堿式碳酸鋁鎂的組成，進行如下實驗：①準確稱取3.390g樣品與足量稀鹽酸充分反應，生成0.560LCO2(已換算成標準狀況下)。②另取一定量樣品在空氣中加熱，樣品的固體殘留率eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(固體樣品的剩余質(zhì)量,固體樣品的起始質(zhì)量)×100%))隨溫度的變化如圖所示(樣品在270℃時已完全失去結(jié)晶水，600℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物)。根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)計算堿式碳酸鋁鎂樣品中的n(OH－)∶n(COeq\o\al(2－,3))＝________?！敬鸢浮?∶5【解析】堿式碳酸鋁鎂的化學式不確定，題中只表示為MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O，無法求得摩爾質(zhì)量。試題中以3.390g樣品為研究對象，不妨暫定3.390g樣品為1mol。3.390g樣品與足量的稀鹽酸充分反應，生成CO2體積為0.560L(標準狀況)。n(CO2)＝eq\f(0.560L,22.4L/mol)＝0.025mol，根據(jù)C守恒，即可確定為d為0.025。270℃時已完全失去結(jié)晶水，失去結(jié)晶水的質(zhì)量為3.390g×(1－73.45%)＝0.9g,600℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物，說明又失去了除結(jié)晶水外的氫元素。失去的氫元素只能再結(jié)合樣品中的氧元素生成水。600℃時失重的質(zhì)量為3.390g×(1－37.02%)＝2.135g，失去氫元素再生成水的質(zhì)量為2.135g－(0.025mol×44g/mol)－0.9g＝0.135g。n(H)＝eq\f(0.135g,18g/mol)＝0.015mol，根據(jù)氫元素守恒，c＝0.015。故堿式碳酸鋁鎂樣品中的n(OH－)∶n(COeq\o\al(2－,3))＝0.015∶0.025＝3∶5。6.（10分）PbO2在加熱過程發(fā)生分解的失重曲線如圖所示，已知失重曲線上的a點樣品失重4.0%(即eq\f(樣品起始質(zhì)量－a點固體質(zhì)量,樣品起始質(zhì)量)×100%)的殘留固體。若a點固體組成表示為PbOx或mPbO2·nPbO，列式計算x值和m∶n值_________?！敬鸢浮?.4，2：3【解析】根據(jù)PbO2PbOx＋eq\f(2－x,2)O2↑(注PbO2相對分子質(zhì)量為239)，由eq\f(2－x,2)×32＝239×4.0%，得x＝2－eq\f(239×4.0%,16)≈1.4，根據(jù)mPbO2·nPbO，得eq\f(2m＋n,m＋n)＝1.4，eq\f(m,n)＝eq\f(0.4,0.6)＝eq\f(2,3)。7.（10分）2.76gCaO2·8H2O樣品受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線，140℃時完全脫水，雜質(zhì)受熱不分解)如圖所示。①試確定60℃時CaO2·xH2O中x=__________。

②該樣品中CaO2的質(zhì)量分數(shù)為__________。

【答案】①2②26.09%【解析】140℃后結(jié)晶水全部失去，其質(zhì)量為2.76g-1.32g=1.44g，物質(zhì)的量為0.08mol，則CaO2·8H2O的物質(zhì)的量為0.01mol，由CaO2·8H2O樣品受熱脫水過程的熱重曲線可以看出60～140℃失去的結(jié)晶水的質(zhì)量為1.68g-1.32g=0.36g，物質(zhì)的量為0.02mol，則n(CaO2)∶n(H2O)=0.01∶0.02=1∶x，x=2。CaO2質(zhì)量為72g·mol-1×0.01mol=0.72g，則該樣品中CaO2的質(zhì)量分數(shù)=0.72g2.76g×100%≈8.（10分）CrO3的熱穩(wěn)定性較差，加熱時逐步分解，其固體殘留率隨溫度的變化如圖所示，則B點時鉻的氧化物化學式為______________?！敬鸢浮緾r2O3【解析】設(shè)CrO3的質(zhì)量為100g，則CrO3中鉻元素的質(zhì)量為100g×eq\f(52,52＋16×3)＝52g，B點時固體的質(zhì)量為100g×76%＝76g，Cr的質(zhì)量沒有變，所以生成物中Cr的質(zhì)量為52g，氧元素的質(zhì)量為24g，兩者的個數(shù)比為eq\f(52,52)∶eq\f(24,16)＝2∶3，所以B點時剩余固體的成分是Cr2O3。9.（10分）為確定NVCO{化學式可表示為(NH4)a[(VO)b(CO3)c(OH)d]·10H2O}的組成，進行如下實驗：①稱取2.130g樣品與足量NaOH充分反應，生成NH30.224L(已換算成標準狀況下)。②另取一定量樣品在氮氣氛圍中加熱，樣品的固體殘留率(eq\f(固體樣品的剩余質(zhì)量,固體樣品的起始質(zhì)量)×100%)隨溫度的變化如圖所示(分解過程中各元素的化合價不變)。根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)計算確定NVCO的化學式(寫出計算過程)。【答案】(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O?！窘馕觥吭O(shè)NVCO的摩爾質(zhì)量為Mg·mol－1，由89℃時剩余固體樣品的質(zhì)量得eq\f(M－18×8,M)＝0.8648，解得M≈1065；由367℃時剩余固體樣品的質(zhì)量得eq\f(b（51＋32）,M)＝0.4676，解得b≈6；由eq\f(2.130g,1065g·mol－1)×a＝n(NH3)＝eq\f(0.224L,22.4L·mol－1)＝0.01mol，解得a＝5；由最后產(chǎn)物為VO2可知，該化合物中V為＋4價，由各元素正負化合價代數(shù)和為0可得，2c＋d＝5×1＋2×6＝17，由該化合物的相對分子質(zhì)量18a＋67b＋60c＋17d＋180＝1065可知，60c＋17d＝393，解得c＝4，d＝9，將a＝5，b＝6，c＝4，d＝9代入化學式可得NVCO的化學式為(NH4)5[(VO)6(CO3)4(OH)9]·10H2O。10.（10分）將草酸鋅晶體(ZnC2O4·2H2O)加熱分解可得到一種納米材料。加熱過程中固體殘留率隨溫度的變化如圖所示，300～460℃范圍內(nèi)，發(fā)生反應的化學方程式為______