熱重分析類化學計算題的解題方法

許多物質受熱時會發生分解、脫水、氧化等變化而出現質量變化，因而可以利

用物質的熱重曲線來研究物質的熱變化過程。近年來，熱重分析類化學試題頻頻出

現在各類試題中，很多學生在做此類試題時，由于提取不出曲線中的一些關鍵信息,

得分率往往不高。因此，總結歸納這類試題的解題方法很有必要。熱重分析類化學

計算類化學計算題的解題方法一般有以下6種方法。

一、假設法

例1將膽磯樣品用熱重儀進行熱重分析，熱重計錄見圖1

寫出212℃?250℃溫度范圍內發生反應的化學方程式：o

分析：樣品開始的化學式為CUS0「5H2。，且其質量為375mg,加熱會失去結晶

水，一般第一步會失去全部結晶水變為CuS04,再受熱變成CuO,再繼續加熱，最后

可能生成Cu20o但是，有時也要看具體情況，有時第一步失去的是部分結晶水。本

題可用“假設法”來解決。假設CuS04-5H20全部失去結晶水時得到的CuS04質量應

該為：375X160/250=240(mg)0由圖可知,248℃時剩余固體的質量恰好為240mg,

所以，248℃殘留固體的化學式為CuSO"同時說明248℃之前的質量變化是由于逐步

失去結晶水而引起的。

要寫出212℃?250℃溫度范圍內發生反應的化學方程式，由于248℃~250℃內物

1

質的質量不變，說明此時的質不會分解了，剩余物質組成不變。因此，只要能寫出

212℃時的化學式即可解決問題。

設212℃時固體的化學式為CuS04-XH2O,其中CuS04為240mg,水為

267mg"240mg=27mgo1：x=n(CuS04)：n(H20)=^：—=1:1,x=lo所以，212°。時

16018

固體的化學式為CuS04-H20O因此，212℃~250℃溫度范圍內發生反應的化學方程式

為：CuS04?H20===CUS04+H20

二、摩爾質量法

例2將25.0g膽帆晶體放在用士禺中加熱測定晶體中結晶水的含量，固體質

量隨溫度的升高而變化的曲線如圖2o

周體質餐/6

O

25.4

21R

4

0

殳0

2

O

請認真分析上圖，填寫下列空白：

(1)30℃~110℃間所得固體的化學式是,650℃~1000℃間所得固

體的化學式是。溫度高于1000℃后所得固體的化學式是

(2)常溫下無水酸銅(選填“可以”或“不可以”)用作干燥劑,

進行硫酸銅晶體結晶水含量測定實驗時，溫度應控制在范圍內。

分析：(1)樣品開始的化學式為CUS0「5H20,其質量為25.0g,在溫度30℃~110

℃內損失的質量為25.0g—21.4g=3.6g,即25.0g原樣品損失3.6g轉變為110°。時

2

的固體。從化學式看，原樣品對應的化學式為CuS04?5乩0,其摩爾質量為250g/mol,

我們可以假設當溫度升高為HOC時，化學式為CuS04-5H20的晶體失去水的總相對

分子質量為x,則根據比例關系25.0:3.6=250:x=36,即失去了2個乩0,所以，110

℃時晶體的化學式CuS04-3H20O

另外，結合上面的假設法，質量為25.0g的CuS04?5乩0,如果失去全部結晶水

變成CuSC)4的質量為25.0X160/250=16.0g,所以，650℃固體的化學式為CuSO,。由

此可知，650℃~1000℃范圍內，16.0g的固體質量中受熱損失了16.0g-8.0g=8.0g,

我們可觀設從化學式CuSCh中失去的總相對分子質量為y,根據比例關系有：

16.0:8.0=160:y,y=80,,說明CuStX中失去了SO3變為CuO,所以，650℃~1000℃間

所得固體的化學式是CuOo

當溫度高于1000℃時，固體的質量由開始的8.0g又損失了8.Og-7.2g=0.8g,

我們可以設從化學式CuO中失去的總相對分子質量為z,根據比例關系有：

8.0:0.8=80:z,z=8,即從CuO中又失去了1/2個0,變為CuCU，所以,溫度高于1000

℃后所得固體的化學式是Cu20o

(2)CuSCU?5乩0可以受熱失去結晶水變成CuSO”反過來CuS04也可以與水結合

成CUSO「5H2。，所以，無水硫酸銅可以用作干燥劑。在進行硫酸銅晶體結晶水含量

測定實驗時，一方面要使其中的結晶水晝全部失掉，即溫度要超過260℃,但是溫度

升高的最高溫度要保證不能使CuS()4分解，即最高溫度不能超650℃,因此，進行硫

酸銅晶體結晶水含量測定實驗時，溫度應控制在260℃~650℃的范圍內。

3

三、物質的量之比法

例3已知Co(OH)2在空氣中加熱時其固體殘留率隨溫度的變化如圖3所示。

已知鉆的氫氧化物加熱至290℃時已完全脫水，貝U：1000℃時，剩余固體的成分為.

o(填化學式)。

■

rtg

lg

及

M

若

幺

圖3

分析：設初始Co(0H)2的物質的量為Imol,質量為93g,其中Co質量為59g,1000

℃時，剩余固體為93gx80.65%=75g。由于在加熱失重過程中金屬元素一般都留在剩

余固體中，根據元素守恒知，金屬元素的質量在剩余固體中保持不變，所以，75g剩

余固體中Co質量為59g,則氧元素為16g,則n(Co)：n(0)=-：-=1:1,所以，

5916

1000℃時，剩余固體的成分為CoO。

四、界限法

例3中，如何確定350℃~400℃時剩余固體的成分？

解析：雖然350℃~400℃時剩余固體的組成沒有提供，但是根據圖示我們可以看

出該溫度段的組成介于A點和B點之間，所以，我們可以分別求出A點和B點的組

成，這樣350℃~400℃時剩余固體的組成就包括A點和B點的組成，因為A點的組成

正在向B點的組成轉化，但還沒有完全被轉化，所以，兩者都應該包含。

設初始Co(OH)2的物質的量為Imol,質量為93g,其中Co質量為59g。A點，

剩余固體為93gX89.25%=83g,83g剩余固體中Co質量為59g,則氧元素為24g。n

4

(Co)：n(0)=一:一=2:3,所以，A點剩余固體的成分為C02O3。B點，剩余固體為

5916

93gX86.38%=80.3g,80.3g剩余固體中Co質量為59g,則氧元素為21.3g。n(Co)：

n(0)=經出=3：4,所以，B點剩余固體的成分為CW),。因此，350°400℃時剩

5916

余固體的組成為C02O3、Co304o

五、元素守恒法

例5某化學小組為了測定生石膏的組成(CaSCh?XH2O),即測x值，做了如下

實驗：將含結晶水的硫酸鈣放在用士禺中加熱，加熱前和加熱后都進行稱量。隨著實

驗次數的增加，加熱的時間不斷延長。他們在實驗中將數據整理如表1(CaSOi受熱

不分解)：

表1含結晶水的硫酸鈣受熱時前后質量變化情況

實驗順序固體質量/g

(按序延長加熱時間)加熱前加熱后

13.443.26

23.443.12

33.442.90

43.442.90

53.442.80

63.442.78

73.442.72

83.442.72

5

利用數據可繪制成圖象，見圖4：

同體質*/克

0時同

圖4

利用實驗數據，通過計算推斷生石膏的化學式。

分析（1）由于CaS04受熱不分解，所以，最后質量不再變化的2.72g即為CaS04

的質量。2.72gCaS04中Ca元素質量=2.72X9=0.8g,x=2。因此，生石膏的化學式

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為CaS04?XH20O

六、順勢探因法

例6：（2016江蘇18題）為確定堿式碳酸鎂鋁[MgaAh（OH）0（C03）a-xH20]

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CO?。

0.560L（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（黯黑鬻4°%）隨溫度的變化如圖5所示（樣品在27。℃時已完全失

去結晶水，600℃以上殘留固體為金屬氧化物的混合物）。根據以上實驗數據計算堿

2

式碳酸鎂鋁樣品中n）:n（C03~）（寫出計算過程）。

0200400600800

溫度/C

圖S

分析：順勢探因法就是指根據提供的曲線變化圖，逐步分析樣品受熱失重的原因。

2-

在本題中,由實驗步驟①易知3.390g樣品中含n（C03）=n（C02）=0.56/22.4=2.50

6

X10-2(mol),再通過熱重分析圖可知，270?600℃之間失去的是C(V一和01分解而

產生的CO?和H20,CO2和H20質量共為3.390gX(73.45%-37.02%)=1.235g,而

-2

m(C02)=2.50X10molX44g/mol=l.10g,則由