差熱分析實驗報告

1、差熱分析實驗報告引言差熱分析（J就是在程序控制溫度下測量物質(zhì)與參比物之間得溫度差與溫度（或時間）關(guān)系得一種技術(shù)。描述這種關(guān)系得曲線稱為差熱曲線或DTA曲線。描述這種關(guān)系得曲線稱為差熱曲線或曲線。由于試樣與參比物之間得溫度差主要取決于試樣得溫度變化，因此就其本質(zhì)來說，差熱分析就是一種主要與焓變測定有關(guān)并籍此了解物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)得技術(shù)。 ?二、實驗?zāi)康?、了解差熱分析得基本原理與實驗基本步驟。2、測量五水硫酸銅與錫得差熱曲線，并簡單計算曲線峰得面積 .三、實驗原理物質(zhì)在加熱或冷卻過程中會發(fā)生物理變化或化學(xué)變化，與此同時，往往還伴隨吸熱或放熱現(xiàn) 象。伴隨熱效應(yīng)得變化，有晶型轉(zhuǎn)變、沸騰、升華、蒸發(fā)、熔融等

2、物理變化，以及氧化還原、 分解、脫水與離解等化學(xué)變化。另有一些物理變化 ，雖無熱效應(yīng)發(fā)生但比熱容等某些物理性質(zhì) 也會發(fā)生改變，這類變化如玻璃化轉(zhuǎn)變等物質(zhì)發(fā)生焓變時質(zhì)量不一定改變，但溫度就是必定會 變化得。差熱分析正就是在物質(zhì)這類性質(zhì)基礎(chǔ)上建立得一種技術(shù)。若將在實驗溫區(qū)內(nèi)呈熱穩(wěn)定得已知物質(zhì)（參比物 ）與試樣一起放入加熱系統(tǒng)中（圖1）,并 以線性程序溫度對它們加熱。在試樣沒有發(fā)生吸熱或放熱變化且與程序溫度間不存在溫度滯后 時，試樣與參比物得溫度與線性程序溫度就是一致得。若試樣發(fā)生放熱變化，由于熱量不可能從試樣瞬間導(dǎo)出，于就是試樣溫度偏離線性升溫線，且向高溫方向移動。反之，在試樣發(fā)生吸熱變化時，由于

3、試樣不可能從環(huán)境瞬間吸取足夠得熱量， 從而使試樣溫度低于程序溫度只有 經(jīng)歷一個傳熱過程試樣才能回復(fù)到與程序溫度相同得溫度。Tt Tt圖1加熱與測定試樣與參比物溫度得裝置示意圖在試樣與參比物得比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)與質(zhì)量等相同得理想情況，用圖1裝置測得得試樣與 參比物得溫度及它們之間得溫度差隨時間得變化如圖2所示。圖中參比物得溫度始終與程序溫度一致，試樣溫度則隨吸熱與放熱過程得發(fā)生而偏離程序溫度線。當(dāng)TsTr= AT為零時，因中參比物與試樣溫度一致，兩溫度線重合，在 AT曲線則為一條水平基線。圖2線性程序升溫時試樣與參比物得溫度及溫度差隨時間得變化試樣吸熱時AT<0,在AT曲線上就是一個向下得吸

4、熱峰。當(dāng)試樣放熱時AT0,在AT曲線上就是一個向上得放熱峰。由于就是線性升溫，通過了 T -t關(guān)系可將A Tt圖轉(zhuǎn)換成AT -T圖。A T t（或T）圖即就是差熱曲線，表示試樣與參比物之間得溫度差隨時間或溫度變 化得關(guān)系.差熱曲線直接提供得信息有峰得位置、 峰得面積、峰得形狀與個數(shù)。由它們不僅可以對物 質(zhì)進(jìn)行定性與定量分析，而且還可以研究變化過程得動力學(xué)。曲線上峰得起始溫度只就是實驗條件下儀器能夠檢測到得開始偏離基線得溫度。根據(jù)KTA得規(guī)定，該起始溫度應(yīng)就是峰前緣斜率最大處得切線與外推基線得交點所對應(yīng)得溫度若不考 慮不同儀器得靈敏度不同等因素，外推起始溫度比峰溫更接近于熱力學(xué)平衡溫度。由差熱曲

5、線獲得得重要信息之一就是它得峰面積。 根據(jù)經(jīng)驗，峰面積與變化過程得熱效應(yīng) 有著直接聯(lián)系，而熱效應(yīng)得大小又取決于活性物質(zhì)得質(zhì)量 .I （斯貝爾）指出峰面積與相應(yīng) 過程得焓變成正比： 式中，'就是差熱曲線上得峰面積，由實驗測得得差熱峰直接得到，；就是系數(shù)。在：與值已知后,即能求得待測物質(zhì)得熱效應(yīng)啟動計算機，打開差熱分析程序。 將三氧化二鋁與五水硫酸銅樣品放進(jìn)爐子，降下爐體，點擊開始試驗。 將溫差A(yù)T置零,升溫速率設(shè)為10C/min ,程序開始自動測量溫度與溫差得變化，觀 察屏幕上得差熱曲線，最后保存實驗數(shù)據(jù). 當(dāng)差熱曲線出現(xiàn)3個峰以后，停止實驗。將升溫爐升起，取出五水硫酸銅。 當(dāng)爐內(nèi)溫度降

6、后，放入錫樣品，再將爐子放下，按照前面得步驟開始試驗 在錫得一個峰出來之后得適當(dāng)位置停止試驗并取出樣品。 關(guān)閉儀器與電腦。六、實驗結(jié)果及分析1、五水硫酸銅差熱曲線如下圖所示:與焓變】四、實驗儀器1計算機一臺，差熱分析儀一臺2、三氧化二鋁（Al O ）樣品，五水合硫酸銅（CuSQ?5HO）樣品,錫（Sn ）樣品五、實驗內(nèi)容從圖中可以瞧出有三個峰，前兩個峰交疊。由于基線漂移與較零得問題，差熱曲線得基線 并不為零.使用or igi n軟件對曲線進(jìn)行基線校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后得圖如下所示Subtracted froila£eq 上MS.1iiini50100150200250300350400Subt

7、racted Data X1利用or in g i n分峰如下圖448813217622026430835239660.0 -52.5-45.0-I37.5 -30.0 J22.515.07.5 -0.0 -0峰面積分別為：A1=1622、A 2= 1 7 8 9、A3=13 04三個峰得特征溫度，可以利用切線計算特征溫度，切線法如下圖所示從圖中可以瞧出,五水硫酸銅得三個特征溫度分別為 T1=72C、T2=10 2C、T3=230 C2、錫差熱曲線如下圖所示AT100150200250300350400100-80-60 -4020-0-50基線擬合后:Subtracted frolasbq

8、peoanqnCD-20 -1»|< i1 i1 i1 i i1 i50100150200250300350400Subtracted Data X1用切線法計算特征溫度如下圖所示LAsBa pwoanqns從圖中可以瞧出，錫得特征溫度為 T= 230C用origin求峰得積分為A=20 41, Origi n高斯函數(shù)擬合得面積為 A= 1992取平均值得A= 2016、3、結(jié)果分析(1)計算五水硫酸銅焓變查表得 HSn=7、2kJ/mol，由于實驗中用得參照樣品三氧化二鋁物質(zhì)得量始終保持不變, 所以Speil公式中得系數(shù)K不變,五水合硫酸銅在脫水過程中得焓變計算得 H = 5

9、、79kJ/ m ol、 H2= 6、39k J / mo l > H 3=4、6 6 kJ/ m o 1(2)特征溫度分析五水硫酸銅實驗所得得三個特征溫度分別為 T1 =72C、T2 = l 02C、T 3 =230°C ,而資 料顯示當(dāng)五水硫酸銅分三步失水得時候，三個特征溫度分別為：4 8C、1 15C與245C，可 以瞧出基本吻合，但也有較大得誤差。實驗所得錫得特征溫度為230 C ,而錫得熔點為2 3 1、9C,誤差已經(jīng)非常小了 ,因此可 以斷定錫在實驗中發(fā)生了固液相變。七、實驗誤差分析誤差主要來源有兩個方面1、數(shù)據(jù)處理誤差：用o r ig i n處理數(shù)據(jù)時，比如基線擬

10、合、多峰分離以及切線擬合過程 中存在誤差（許多參數(shù)就是手動設(shè)定）。2、儀器系統(tǒng)誤差：實驗設(shè)備與外界有熱交換、五水硫酸銅可能部分失水、材料密度對實驗 得影響等。八、思考題1、為什么差熱峰有時向上，有時向下？答:差熱峰得方向與兩個因素有關(guān)，首先，差熱分析中就是以參比物還就是試樣為基準(zhǔn)來算 差值（即TsT r=AT還就是TrTs = T）;其次，發(fā)生得反應(yīng)本身就是吸熱還就是放熱得. 若 以參比物為基準(zhǔn)，則放熱時AT 0,峰向上，吸熱時A T0,峰向下；而以試樣為基準(zhǔn)則就是吸熱 時AT >0,峰向上，放熱時A Tv0,峰向下.在本次實驗中以試樣為基準(zhǔn)，由于就是吸熱反應(yīng)，因 此差熱峰向上。2、克服

11、基線漂移，可以采取哪些措施 ？答:首先,只有當(dāng)參比物與試樣得熱性質(zhì)、質(zhì)量、密度等完全相同時才能在試樣無任何類型能量變化得相應(yīng)溫區(qū)內(nèi)保持AT=O,使基線不發(fā)生漂移。參比物得導(dǎo)熱系數(shù)受比熱容、密度、溫 度與裝填方式等多種因素得影響，這些因素得變化均能引起差熱曲線基線得偏移。 即使同一試 樣用不同參比物實驗，引起得基線偏移也不一樣。為減小試樣與參比物在熱性質(zhì)上得明顯差異 造成得基線漂移，可用試樣與參比物均勻混合（即稀釋試樣）后使用得方法來減小。用厚約O 5mn得參比物覆蓋試樣，也可以減小試樣與參比物與環(huán)境熱交換上得差別 ，從而提高測量結(jié)果 得可靠性。其次，較慢得升溫速率，使體系接近平衡條件，基線漂移小。另外,試樣量小，差熱曲線出峰明顯、分辨率高，基線漂移也小。3、影響峰高度與峰面積得因素有哪些？答:試樣得導(dǎo)熱系數(shù)增加，峰高下降。由于試樣裝填后得導(dǎo)熱能力就是由顆粒試樣與裝填 空隙中得氣體共同決定得，因此,隨著試樣容重得改變，裝填密度得變化，試樣得導(dǎo)熱系數(shù)也將發(fā) 生改變。如果粒度改變引起裝填空隙減小，而裝填空隙中充滿得就是導(dǎo)熱能力較差得空氣時 ， 試樣得導(dǎo)熱能力將隨變大而增大從而峰高下降，峰面積也下降。對于有氣體參加或有氣體產(chǎn)物得反應(yīng)，因粒度改變而使氣體得擴散阻力增大時，這不僅阻 礙反應(yīng)進(jìn)行，而且還會加大氣體產(chǎn)物在試樣周圍得局部分