用定量法解析“热重曲线”试题

河南 周红欣

中学化学热重曲线试题是近年来高考化学试题的常见题型，它是以热重法(TG)实验获得的图象数据为情境设计的试题。综合考查了学生获取信息的能力、处理数据的能力等，促使学生对中学化学知识内涵再次的理解和体会，同时也落实了新课标理念，让学生真正感受化学学习的过程和研究化学的方法，从而培养学生分析、变形、转换的能力。在实际教学中发现大多数学生对解决此类问题常感到束手无策，有畏难情绪，是解答错误的高发区。

1 热重曲线试题的类型

资料表明，中学化学热重曲线试题最早出现在2000年广东高考试题中，研究近几年高考试题发现，这类试题大多依据结晶水合盐试样热重法实验图象而编制。一般认为加热结晶水合盐反应可分三步进行：第一步是脱去部分水，第二步是生成羟基盐或含水盐，第三步是生成金属氧化物；如果热重实验的气氛为空气，则加热过程中可能被氧化，反应将变得更复杂一些。基于这些，我们认为中学化学热重曲线试题可分为两类:第一类，试样发生分解反应，以脱水、分解等方式失重，气氛物质不参加反应；第二类，试样发生氧化、还原等反应，以氧化、还原等方式失重，气氛物质可参加反应，如氧气氧化等。当然也有试题形式上是两者的结合，但本质上可以分步处理，故仍属于上述类型。

2 热重曲线试题的解题模型

笔者根据多年的教学实践，认为解析热重曲线试题的关键是应以1 mol物质为研究对象，抓住失重时减少的质量，结合摩尔质量，即可快速求得结果。在实际教学中能让普通认知水平的学生做到透彻地理解，并加以熟练应用，利于构建高效课堂教学和加深学生理解。

3 加热的物质都有固定的化学式

3.1 固体试样以脱水、分解等方式失重

例1随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”。经过热重分析测得：NH4VO3在焙烧过程中，固体质量的减少值(纵坐标)随温度变化的曲线如图所示。则NH4VO3在分解过程中________。

A．先分解失去H2O，再分解失去NH3

B．先分解失去NH3，再分解失去H2O

C．同时分解失去H2O和NH3

D．同时分解失去H2、N2和H2O

答案：B

解析：NH4VO3的摩尔质量为117 g/mol，设NH4VO3物质的量为1 mol，则210℃时失重的质量为1 mol×117 g/mol×(1-85.47%)=17 g。

380℃时失重的质量为1 mol×117 g/mol×(1-77.78%)=26 g。

在第一次失重的基础上，第二次又失去的质量为26 g-17 g=9 g。

3.2 固体试样以氧化、还原等方式失重

例2正极材料为LiCoO2的锂离子电池已被广泛用作便携式电源。但钴的资源匮乏限制了其进一步发展。Co(OH)2在空气中加热时，固体残留率随温度的变化曲线如图所示。已知钴的氢氧化物加热至290℃时已完全脱水，则1 000℃时，剩余固体成分为________(填化学式，下同)；在350～400℃范围内，剩余固体成分为________。

Co(OH)2的热重曲线

答案：CoO Co3O4和Co2O3

所以在350～400℃范围剩余固体是Co3O4和Co2O3的混合物。

3.3 固体试样先后以两种不同的方式失重

例3MnCO3可用作电讯器材元件材料，还可用作瓷釉、颜料及制造锰盐的原料。它在空气中加热易转化为不同价态锰的氧化物，其固体残留率随温度的变化，如图所示。则300℃时，剩余固体中n(Mn)∶n(O)为________；图中D点对应固体的成分为________________(填化学式)。

MnCO3的热重曲线

答案：1∶2 Mn3O4与MnO

所以D点时固体物质正从Mn3O4转化为MnO，此时为Mn3O4与MnO的混合物。

4 加热的物质没有固定的化学式

例4(2014年江苏18题节选)碱式碳酸铝镁[MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O]常用作塑料阻燃剂。为确定碱式碳酸铝镁的组成，进行如下实验：

①准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应，生成0.560 L CO2(已换算成标准状况下)。

碱式碳酸铝镁的热重曲线

答案：3∶5

解析：碱式碳酸铝镁的化学式不确定，题中只表示为MgaAlb(OH)c(CO3)d·xH2O，无法求得摩尔质量。试题中以3.390 g样品为研究对象，不妨暂定3.390 g样品为 1 mol。3.390 g样品与足量的稀盐酸充分反应，生成CO2体积为0.560 L(标准状况)。

270℃时已完全失去结晶水，失去结晶水的质量为3.390 g×(1-73.45%)=0.9 g，600℃以上残留固体为金属氧化物的混合物，说明又失去了除结晶水外的氢元素。失去的氢元素只能再结合样品中的氧元素生成水。600℃时失重的质量为3.390 g×(1-37.02%)=2.135 g，失去氢元素再生成水的质量为2.135 g-(0.025 mol×44 g/mol)-0.9 g=0.135 g。