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第三章 金属及其化合物
专题讲座（三） 热重分析中的物质成分的判断（精讲）
【考情分析】
近年来“热重曲线”类试题均以试样热重实验曲线为依据编制。试题以试样质量(剩余固体质量占原试
样质量的百分比)随温度变化的曲线为载体，以图像和文字组合的形式呈现，考查内容以书写方程式、判断
某温度时物质组成为重点，考查方式以填空、计算等形式较为常见，综合考查学生获取信息的能力、处理
据的能力和元素守恒的化学思想等，促使学生对中学化学知识内涵的再次理解和体会，题型旨在考查学生
“接受、吸收、整合化学信息的能力”从而培养学生分析、变形、转换的能力。
【核心素养分析】
宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观相结合的视角分析“热重曲线”并解决实际问题。
证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关
系，建立模型。能运用模型解释热重曲线的变化，揭示变化的本质和规律。
变化观念与平衡思想：能从质量守恒的角度分析热重曲线，能多角度、动态地分析化学反应的重量变化，
运用质量守恒的化学思想解决实际问题。
【知识梳理】
1. 结晶水合盐受热分解步骤
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。
2.热重曲线试题分类
（1）从失重的方式来分，热重曲线类试题可分为两类：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。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）根据热重实验所选试样是否已知，热重曲线类试题可分为两类：第一类以已知试样确定产物组成的
目标思维法试题；第二类以未知试样需要确定组成的逆向思维法试题。
3.热重曲线图的分析方法
坐标曲线题解题时可以拆分为识图、析图、用图三个步骤。其中识图是基础，析图是关键，用图是目的。
(1)识图。识图的关键是三看：一看轴即横、纵坐标所表示的化学含义(自变量X轴和函数Y轴表示的意义)，
寻找X、Y轴之间的关系，因为这是理解题意和进行正确思维的前提；二看点即曲线中的特殊点(顶点、始
点、终点、拐点、交叉点)；三看线即曲线的走势(变化趋势是上升、下降、波动、正态、偏态等变化)。
(2)析图。分析图中为什么会出现这些特殊点，曲线为什么有这样的变化趋势和走向，分析曲线变化的因
果关系；通过联想，把课本内的有关化学概念、原理、规律等与图中的曲线和相关点建立联系。(3)用图。将相关的化学知识与图中曲线紧密结合，在头脑中构建新的曲线——知识体系，然后运用新的
曲线——知识体系揭示问题的实质，解决实际问题。
4.解题的方法思路
(1)设晶体为1 mol，其质量为m。
(2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。
(3)计算每步固体剩余的质量(m )
余
m
余×100%=固体残留率。
m
(4)晶体中金属质量不再减少，仍在m 中。
余
(5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m ，由n ∶n ，即可求出失重后物质的化学式。
氧 金属 氧
(6)根据失重后物质的化学式，写出相应的化学方程式。
【典例剖析】
高频考点1 考查热重曲线中物质组成的判断
例1.正极材料为LiCoO 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。
2
Co(OH) 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
2
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) 的热重曲线
2
【解析】Co(OH) 的摩尔质量为93 g/mol，设Co(OH) 的物质的量为1 mol，则C点1 000 ℃时失重的质量
2 2
为1 mol×93 g/mol×(1－80.65%)＝18 g，即1 mol HO，根据质量守恒定律，化学反应方程式为Co(OH)
2 2
CoO＋HO。1 000 ℃时剩余固体的成分为 CoO。B点500 ℃时失重的质量为 1 mol×93 g/mol×(1－
2
86.38%)＝12.7 g。已知290 ℃时Co(OH) 已完全脱水，1 mol Co(OH) 脱水成CoO时应失重的质量为18
2 2
g，因为500 ℃时失重的质量不到18 g，所以一定有氧气进入，使钴元素的化合价发生了变化。进入氧元
素的物质的量为n(O)＝＝ mol，即可表述为CoO·O O。
，整理得化学式为Co3 4
同理，A点290 ℃时失重的质量为1 mol×93 g/mol×(1－89.25%)＝10 g，进入氧元素的物质的量为n(O)
＝＝0.5 mol，即可表述为CoO·O ，整理得化学式为CoO。
0.5 2 3
所以在350～400 ℃范围剩余固体是CoO 和CoO 的混合物。
3 4 2 3
【答案】CoO CoO 和CoO
3 4 2 3
【名师点睛】本题是固体试样以氧化、还原等方式失重的热重曲线试题考查某温度时物质组成的判断，分
析时要注意空气中的氧气参与反应，不完全是分解反应的结果。
例2.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：NHVO 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
4 3
NHVO 在分解过程中________。
4 3
A．先分解失去HO，再分解失去NH
2 3
B．先分解失去NH，再分解失去HO
3 2
C．同时分解失去HO和NH
2 3
D．同时分解失去H、N 和HO
2 2 2
【解析】[NHVO 的摩尔质量为117 g/mol，设NHVO 物质的物质的量为1 mol，则210℃时失重的质量为1
4 3 4 3
mol×117 g/mol×(1－85.47%)＝17 g。NH 的摩尔质量为17 g/mol，所以先分解失去NH 。根据质量守恒
3 3
定律，化学方程式为 NHVO=====HVO ＋NH↑。即可确定选 B。380 ℃时失重的质量为 1 mol×117
4 3 3 3
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。HO的摩
2
尔质量为18 g/mol，所以再分解失去0.5 mol HO。根据质量定律守恒，化学方程式为2HVO=====VO ＋
2 3 2 5
HO↑。确定B选项正确。
2
【答案】B
【名师点睛】本题是固体试样以脱水、分解等方式失重的热重曲线试题考查某温度时分解产物组成的判断，
分析时要注意空气中的氧气并未参与反应，完全是分解反应的结果。
例3.MnCO 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
3
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C点对应固体的成分为________(填化学式)。
MnCO 的热重曲线
3
【解析】MnCO 的摩尔质量为115 g/mol，设MnCO 的物质的量为1 mol，则A点300 ℃时失重的质量为1
3 3
mol×115 g/mol×(1－75.65%)＝28 g。已知CO的摩尔质量是28 g/mol，根据质量守恒定律，分解化学方
程式为MnCO MnO＋CO↑。所以A点300 ℃时固体成分的化学式为MnO。则n(Mn)∶n(O)为1∶2。B点770
3 2 2
℃时失重的质量为1 mol×115 g/mol×(1－66.38%)＝38.7 g。由于300 ℃时固体的成分为MnO ，再加热
2
造成失重的原因只能是氧元素以O 的形式逸散失去，随着氧元素的失去，锰的化合价也发生了变化。因此
2
失去氧元素的物质的量为n(O)＝＝ mol，可表示为MnO(2－)，整理得化学式为MnO 。D点900 ℃时失重
3 4
的质量为1 mol×115 g/mol×(1－61.74%)＝44 g。失去的n(O)＝＝1 mol，可表示为MnO ，整理得化
(2－1)学式为MnO。所以C点时固体物质正从MnO 转化为MnO，此时为MnO 与MnO的混合物。
3 4 3 4
【答案】1∶2 MnO 与MnO
3 4
【名师点睛】本题是固体试样先以脱水、分解等方式失重后，又以氧化、还原等方式失重的热重曲线试题
考查某温度时分解产物组成的判断，分析时要注意分析以分解方式失重与氧化、还原等方式失重的区别，
采用不同方法进行分析解决问题。
【变式训练】为研究一水草酸钙(CaCO·HO)的热分解性质，进行如下实验：准确称取36.50 g样品加热，
2 4 2
固体样品的剩余质量
样品的固体残留率( ×100%)随温度的变化如图所示。
固体样品的起始质量
(1)300 ℃时残留固体的成分为__________，900 ℃时残留固体的成分为__________。
(2)通过计算求出500 ℃时固体的成分及质量(写出计算过程)。
36.50 g
【解析】(1)n(CaCO·HO)= =0.25 mol，含有m(HO)=0.25 mol×18 g·mol-1=4.50 g，在
2 4 2 146 g·mol-1 2
m(剩余)
300 ℃时， ×100%=87.67%，m(剩余)=36.50 g×87.67%≈32 g，减少的质量为36.50 g-32
m(起始)
m(剩余)
g=4.50 g，故此时失去全部的结晶水，残留固体为CaCO；在900 ℃时， ×100%=38.36%，m(剩
2 4 m(起始)
余) =36.50 g×38.36%≈14 g，其中Ca的质量没有损失，含m(Ca)=0.25 mol×40 g·mol-1=10 g，另外还
4 g
含有m(O)=14 g-10 g=4 g，n(O)= =0.25 mol，则n(Ca)∶n(O)=1∶1，化学式为CaO。
16 g·mol-1
m(剩余)
(2)在600 ℃时， ×100%=68.49%，m(剩余)=36.50 g×68.49%≈25 g，从300 ℃至600 ℃时，
m(起始)
失去的总质量为32 g-25 g=7 g，失去物质的摩尔质量为7 g÷0.25 mol=28 g·mol-1，所以600 ℃时残留
固体成分为CaCO，则500 ℃时残留固体的成分为CaCO 和CaCO 的混合物，样品中CaCO·HO的物质的量
3 2 4 3 2 4 2
36.50 g
n(CaCO·HO)= =0.25 mol，设混合物中CaCO 和CaCO 的物质的量分别为x mol和y mol，
2 4 2 146 g·mol-1 2 4 3
根据500 ℃时固体总质量可得128x+100y=36.50 g×76.16%，根据钙元素守恒可得x+y=0.25，解得x≈0.10，y≈0.15，m(CaCO)=0.10 mol ×128 g·mol-1=12.80 g，m(CaCO)=0.15 mol×100
2 4 3
g·mol-1=15.0 g，500 ℃时固体的成分为12.8 g CaCO 和15.0 g CaCO。
2 4 3
答案：(1)CaCO CaO(2)12.8 g CaCO 和15.0 g CaCO。
2 4 2 4 3
高频考点2 考查热重曲线中方程式的书写
例4.在空气中加热10.98 g草酸钴晶体(CoCO·2HO)样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固
2 4 2
体物质，其质量如表。
温度范围/℃ 固体质量/g
150～210 8.82
290～320 4.82
890～920 4.50
(1)加热到210 ℃时，固体物质的化学式为__________。
(2)经测定，加热到210～320℃过程中的生成物只有CO 和钴的氧化物，此过程发生反应的化学方程式为
2
____ _______________________。
147
【解析】(1)CoCO·2HO失去全部结晶水的质量为10.98× g=8.82 g，即加热到210 ℃时，固体物质
2 4 2
183
8.82
是CoCO。(2)根据元素守恒，n(CO)=( ×2) mol=0.12 mol，质量为0.12 mol×44 g·mol-1=5.28
2 4 2
147
g，固体质量减少(8.82-4.82) g =4.00 g，说明有气体参加反应，即氧气参加，氧气的质量为(5.28-
1.28 8.82
4.00) g=1.28 g，其物质的量为 mol=0.04 mol，n(CoCO)∶n(O)∶n(CO)=
2 4 2 2
32 147
∶0.04∶0.12=0.06∶0.04∶0.12=3∶2∶6，依据原子守恒，3CoCO+2O CoO+6CO。
2 4 2 3 4 2
【答案】(1)CoCO (2)3CoCO+2O CoO+6CO
2 4 2 4 2 3 4 2
【名师点睛】本题是固体试样先以脱水、分解等方式失重后，又以氧化、还原等方式失重的热重曲线试题
考查某温度时分解产物组成的判断，分析时要注意分析以分解方式失重与氧化方式失重的区别，采用不同
方法进行分析解决问题。150～210℃为脱水失重，得到的固体产物为CoCO ；290～320℃为氧化、分解失
2 4
重，得到的固体产物为CoO；890～920℃为分解失重，得到的固体产物为CoO。
3 4
MgC O ⋅nH O
【变式训练1】下图是1.00g 2 4 2 晶体放在坩埚里从25℃徐徐加热至700℃分解时，所得固
体产物的质量（m）随温度（t）变化的关系曲线。(已知100℃以上才会逐渐失去结晶水，并约在230℃时
完全失去结晶水)试回答下列问题：
MgC O ⋅nH O
(1) 2 4 2 中n=_____。
(2) 通过计算确定C点固体物质的化学式______________(要求写出推断过程)；
(3) 通过计算确定从E点到F点过程中的化学方程式
(要求写出推断过程)。
MgC O ⋅nH O MgC O nH O
解析：（1） 2 4 2 2 4+ 2
18ng
144+18ng
1.00g (1.00-0.76) g
144+18n 1.00g
18n (1.00−0.76)g
= n=2
MgC O ⋅2H O MgC O ⋅xH O (2−x)H O
(2) 解法一： 2 4 2 2 4 2 + 2
(2−x)18g
148g
1.00g (1.00-0.88) g
148 1.00g
(2−x)18
=
(1.00−0.88)g x=1
B点固体的化学式为
MgC
2
O
4
⋅H
2
O
（没有推断过程，答案正确
也不给分）
MgC O ⋅xH O MgC O xH O
解法二： 2 4 2 2 4+ 2
18x
112
0.76g (0.88-0.76) g
112 0.76g
18x
=
(0.88−0.76)g x=1
B点固体的化学式为
MgC
2
O
4
⋅H
2
O
（没有推断过程，答案正确也不
给分）MgC O
（3） 2 4 X(s)+Y↑+ Z↑
X(s)
应为Mg之元素的或其他元素组成化合物，利用Mg的原子守恒。
0.76g 0.27g
：
n(MgC O ):n（X） 112g⋅mol−1 M(X) 1:1 M(X)
2 4 = = =40
MgC O
可推测出X即为MgO，而完整的化学方程式为 2 4 MgO+CO↑+ CO↑(没有推断过程，答案
2
正确也不给分)
【答案】（1）2
MgC O ⋅H O
(2) 2 4 2
MgC O
（3） 2 4 MgO+CO↑+ CO↑
2
【变式训练2】称取3.60 g草酸亚铁晶体(FeCO·2HO，相对分子质量是180)用热重法对其进行热分解，
2 4 2
得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图所示，请分析图并回答下列问题：
①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为
_________________________________________________________________。
②300 ℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式________________。
【解析】①通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为
FeCO·2HO FeCO＋2HO。
2 4 2 2 4 2
②草酸亚铁晶体中的铁元素质量为3.6 g××100%≈1.12 g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物
中，氧化物中氧元素的质量为1.60 g－1.12 g＝0.48 g，铁元素和氧元素的质量比为1.12 g∶0.48 g＝
7∶3，设铁的氧化物的化学式为FeO，则有56x∶16y＝7∶3，x∶y＝2∶3，铁的氧化物的化学式为
x y
FeO。
2 3
【答案】①FeCO·2HO FeCO＋2HO ②FeO
2 4 2 2 4 2 2 3
