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初中化学竞赛讲坛（七）：固体加热变化的定量计算

义务教育化学课程标准指出：从宏观到微观、从定性到定量，体现了化学学科发展的趋势。对物质组成的微观研究和定量研究使化学逐步成为在实验和理论两个方面都获得迅速发展的一门自然科学。从定性分析到定量计算是化学研究的一个方向，在定性分析中要有“变化观念与平衡思想”的学科素养，在定量计算中要有“证据推理”的学科素养。固体加热变化的定量计算通常以固体反应的坐标图、实验装置图、实验表格数据呈现，从呈现的情景去分析变化过程，在分析过程中要运用所学知识去定性分析“为什么变化”，常要用质量守恒定律、有关化学式、化学方程式的计算去定量分析变化后的物质组成。此类题目通常有铜的化合物、铁的化合物、镁的化合物受热分解，也有一些是金属的冶炼（一氧化碳还原氧化铁、氢气还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铜），涉及初高中的还有结晶水合物的分解，在分析时，要定性分析固体物质可能是什么，气体物质可能是什么（通常是水蒸气、二氧化碳等），再结合定量计算进行解题。初中常接触到的固体加热的装置图如下：

在一些竞赛题中出现的图片：

思考的两个维度：

例1.如图所示为实验室用高锰酸钾和氯酸钾(另加少量的二氧化锰)分别制取氧气的数据分析示意图。下列依据图示信息所得出的分析正确的是(C)A．将氯酸钾制备氧气的实验装置改用高锰酸钾后，不必做任何变动B．同时开始加热，先收集到氧气的是高锰酸钾C．加入少量的二氧化锰能使氯酸钾产生氧气的质量增加D．制取等体积的氧气，反应时间较长的是高锰酸钾例2.0.80g胆矾（CuSO4·5H2O）受热时样品质量随温度变化的曲线如图所示。下列分析错误的是（）A．℃时得到CuSO4·3H2OB．℃时得到无水硫酸铜C．＞℃得到无水硫酸铜D．胆矾受热分解分步失去结晶水例3.某汉墓出土的青铜器表面有一些绿色物质，该物质俗称“铜绿”，其化学组成为：Cu2（OH）2CO3。小明同学研究该物质时做了下列实验：取2.22g“铜绿”固体加热使其分解，绘制出固体的质量随温度的变化关系图。（1）如右图,到t1℃时全部变为黑色固体，则此过程中生成的二氧化碳和水的总质量_________g。（2）根据右图，计算并推理出升温到t2℃后，BC段残留固体的合理化学式（要求有计算过程）。例4.已知有些晶体按比例含有一定量特殊的水（称为结晶水），在一定的温度下可脱去结晶水，为了研究草酸亚铁晶体的组成，称取54.0g草酸亚铁晶体在隔绝空气条件下加热，得到剩余固体的质量随温度变化曲线如图所示。已知：温度t1℃时，草酸亚铁晶体完全脱去结晶水，并生成草酸亚铁（FeC2O4）固体；温度t2℃时，草酸亚铁完全分解，发生反应：3FeC2O4=Fe3O4+4CO↑+2CO2↑（条件：加热）。（1）根据化学方程式计算草酸亚铁晶体完全脱去结晶水生成FeC2O4的质量。（2）求该草酸亚铁晶体中结晶水的质量。（3）求该草酸亚铁晶体中铁元素的质量分数（精确到0.1%）。例5.草酸钙(化学式为CaC2O4，相对分子质量为)是一种难溶于水的白色固体，受热能分解。小红同学为了探究其在加热条件下发生的变化，进行如下实验：取mg草酸钙固体在不断加热的条件下测得剩余固体的质量随时间变化如右图所示。请回答下列问题：（1）t1～t2时间段内固体质量减少的原因是产生了一种极易与血红蛋白结合的有毒气体，该气体的化学式为；同时生成一种白色固体，它与大理石的主要成分相同，则该段时间内反应的化学方程式为。（2）t2～t3时间段内固体质量不变的原因是。（3）t3～t4时间段内反应的化学方程式为。（4）mg草酸钙固体中钙元素的质量分数为。例6.某学生为了测定由两种元素形成的气态化合物x的组成，按下图装置进行实验：把气体x由注射器A缓慢地送入装有CuO的B装置，使之完全反应，得到如下结果：①实验前B管及CuO的质量为21.32g，实验后B管及残留固体物质的质量为21.16g。②C试管中收集到的物质经过电解可得H2和O2。在D注射器中收集到的是N2。③经分析知道，x中两元素的质量比为14：3。回答下列问题：(1)C管中收集的液体的化学式是，写出该物质电解的化学方程式为；(2)B管中的现象为；(3)B管反应前后减小的质量为g，这部分的质量是CuO失去的(写名称，下同)元素的质量；可推知跟该元素结合的另一元素的质量为g；(4)写出化合物x与CuO反应的化学方程式。例7.已知在不同的温度下，CO与铁的氧化物反应能生成另一种铁的氧化物（或铁单质）和CO2。现利用下图1的实验装置进行实验，反应过程中管内的固体质量随温度的变化曲线如图2。注：图1中的仪器甲是一种加热仪器，图2中A、B点的固体组成分别是FeO、Fe3O4中的一种。（1）查阅资料发现，酒精灯加热时玻璃管的受热温度是～℃，酒精喷灯加热时玻璃管的受热温度是～1℃。实验室要利用图1来制取金属铁，仪器甲应选用的加热仪器是（填“酒精灯”或“酒精喷灯”）；图1装置明显存在的不足之处是。（2）利用图2显示的相关信息，回答如下问题。①在0～℃温度范围内，管内固体质量不变，其原因是。②图中x=g。③试据图计算并推断A点固体的合理化学式。（请写出推断过程）

例8.探究铁锈的成分。若铁锈成分为FexOy·nH2O,用下图所示装置(夹持仪器己省略)进行实验(每步反应和吸收均完全)。FexOy·nH2O受热容易分解产生水蒸气。无水硫酸铜能吸收水而变蓝,碱石灰既能吸收水也能吸收CO2。

(1)指出上图所示实验装置的一个明显缺陷。(2)加热前,先通CO气体一段时间,目的是。(3)为确定铁锈组成,将铁锈样品加热,样品逐渐变黑,无水硫酸铜逐渐变蓝,实验过程测得以下数据(忽略玻璃管中残留水蒸气)：

根据以上数据计算该铁锈样品中Fe元素质量为g，n的值为。

年3月26日李森鸿