利用物料守恒巧解熱重曲線類習題

霍本斌

摘要：通過以結晶水合物、金屬氫氧化物、變價金屬氧化物等類別的典型物質為載體，結合例題，從物料守恒的角度對熱重曲線類題型進行剖析，讓學生形成正確的解題策略。

關鍵詞：物料守恒；熱重曲線；結晶水合物；金屬氫氧化物；變價金屬氧化物

文章編號：1005–6629（2016）10–0069–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

數據曲線圖是表示因變量如何隨著自變量調節變化的數據圖形，它能夠幫助學生利用已學的數據分析和處理方法分析實驗數據，形成科學的思維方式[1]。高考命題中出現的“熱重曲線”能夠很好地考查學生分析數據信息、發現問題、求出數據變化規律及分析變化原因的能力，同時也是落實“一點四面”命題思想、考查學生化學學科核心素養（如守恒思想和化學信息素養）、促進學生化學學科核心素養的形成[2]的重要載體。這類試題自2010年進入江蘇高考后，開始受到命題專家的重視。在最近五年的高考命題中，全國卷（2011年、2014年）、安徽高考題[2012年第28題第（4）小題]、江蘇高考題（2010年、2014年）和江蘇省2012年學業水平測試等，均出現了熱重曲線問題的考查。這類試題對學生來說非常陌生，往往因思路不清或運算量大而失分嚴重。如何有效解決這一難題，目前可供參考的文獻極少。但也有個別教師開始關注其解題策略研究，有的提出了利用差量法或相對分子質量法求解的策略[3]，也有的針對殘留固體中金屬元素有無變價提出了一種通用解法[4]。這些研究成果雖然在一定程度上為學生解熱重曲線類題型提供了幫助，但筆者認為從物料守恒角度求解熱重曲線類習題，可形成通識性的解題策略，更容易被學生掌握。現將此法介紹如下，與同仁分享。

1 基于物料守恒的熱重曲線類習題解題思路

通過分析熱重曲線，可以確定各熱穩定區殘留物質的化學組成。在高考命題中，常常要求學生通過分析熱重曲線中失重區的質量變化或固體殘留率的變化來確定熱穩定區的化學組成和失重區發生的化學反應方程式。對于這類試題，在失重區發生的反應一般分為兩大類型：第一類是結晶水合物（M·nH2O）逐步失水轉化為不含結晶水的鹽（M）[注：金屬氫氧化物從廣義上講也可以看作是含水化合物，因為氫氧化物也可以改寫成氧化物的形式，如Al（OH）3可改寫成Al2O3·3H2O]。第二類是無水鹽（M）在空氣中加熱，形成金屬氧化物的過程（或變價金屬氧化物轉變成其他價態的金屬氧化物）。考題中的熱重曲線失重區的化學變化可能是其中的一類情況，也可能兩類兼有。無論是哪一類，確定熱穩定區的殘留物化學組成都可以利用物料守恒求解。具體操作流程如下：

2 典型例題分析

2.1 結晶水合物的熱重曲線試題分析

例1 （根據2010年全國卷改編）硫酸銅晶體樣品受熱過程的熱重曲線（固體殘留率隨溫度變化的曲線）如圖2所示。試確定溫度在113℃、650℃時殘留物的化學式。

[答案]略。

當結晶水合物為無氧酸鹽時，其熱重曲線的失重區主要發生脫水過程。確定其熱穩定區的化學組成時可根據物料守恒列比例求解。

例2 圖3是CoCl2·6H2O晶體受熱分解時，剩余固體質量隨溫度變化的曲線。B物質的化學式是 。

（2）灼燒Al（OH）3·Cu（OH）2固體，殘留固體質量與溫度的關系如圖7所示。請寫出BC段的化學方程式。

（3）在焙燒NH4VO3的過程中，固體質量的減少值（縱坐標）隨溫度變化的曲線如圖8所示，則有關NH4VO3在分解過程中的說法正確的是 。

（3）B。

通過上述訓練，可以讓學生熟練掌握熱重曲線的解題技巧和熱重曲線的分析策略。

3 教學反思

利用熱重曲線圖譜對固體試樣進行定量分析，其關鍵在于確定失重區的固體殘留率變化值或殘留固體質量的變化值。然后根據物料守恒即可正確分析熱穩定區殘留固體的化學組成和失重區發生的反應。學生對這類試題感到陌生、難解的原因主要在于：（1）對各類圖形表征的問題具有陌生感，不能正確認識熱重曲線圖譜的含義，不能正確理解熱重曲線圖譜中失重區質量變化或固體殘留率變化的本質；（2）對化學計算的學習比較弱化，未能正確建立化學學科的學科思想（守恒思想和量變引起質變等），遇到計算無從著手，造成試題難度加大；（3）對元素化合物之間的轉化規律未能形成基本網絡，不能正確判斷物質受熱過程中發生的變化。

因此，在教學過程中教師要善于引導學生正確認識圖形、圖表，重視圖形表征在高考命題中的價值取向；要重視學生化學學科素養、化學信息素養等核心素養的培養，讓學生學會運用化學學科思想、化學方式來解決熱重曲線圖譜問題；要通過跟蹤訓練或變式訓練培養學生“舉一反三”的質疑精神和學習反思能力，完善解題過程與技能，提高解題能力。總而言之，能否正確解答熱重曲線題型，需要我們在教學中進一步關注學科方法、學科思想，進一步注重能力的培養和綜合實踐。

參考文獻：

[1]彭梭，王后雄.高考化學圖表信息題的功能及價值分析[J].化學教育，2015，（15）：35～42.

[2]林小駒，李躍，沈曉紅.高中化學核心素養體系的構成和特點[J].全球教育展望，2015，（5）：78～81.

[3]劉敏，魏良怡.例談熱重曲線問題的解題技巧[J].化學教學，2014，（11）：75～77.

[4]張順清.求算熱重曲線中某點化學式的一種通用方法[J].中學化學教學參考，2015，（10）：65～67.