差热分析

学号：201014400116 成绩：
基础物理化学实验
实验名称：差热分析
10级冶金班8组
实验人姓名：何婉芳
同组人姓名：黄波邵雪村樊星亚
指导老师：周崇松
实验日期：2012-12-13
湘南学院化学与生命科学系
一、实验目的：
1. 用差热仪绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。

2. 了解差热分析仪的工作原理及使用方法。

3. 了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。

二、实验原理：
物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。

差热分析(Differentiai Thermal Analysis.简称DTA)就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。

差热分析仪的结构如图5-1所示。

它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。

差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，
见图5-1)。

A、B两端引入记录笔1，记录炉温信号。

若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图5-2中T；A、C 端引入记录笔2，记录差热信号。

若样品不发生任何变化，样品和参比物的温度相同，两支热电偶产生的热电势大小相等，方向相反，所以ΔVAC＝0，笔2划出一条直线，如图5-2中AB、DE、GH段，是平直的基线。

反之，样品发生物理化学变化时，ΔVAC≠0，笔2发生左右偏移(视热效应正、负而异)，记录下差热峰如图5-2中BCD、EFG所示。

两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。

图5-2典型的差热分析
从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。

峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度(如图5-2中TB)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。

在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。

因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。

理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。

样品的相变热ΔH 可按下式计算：
式中，m 为样品质量；b 、d 分别为峰的起始、终止时刻；ΔT 为时间τ内样品与参比物的温差； 代表峰面积；K 为仪器常数，可用数学方法推导，但较麻烦，本实验用已知热效应的物质进行标定。

已知纯锡的熔化热为59.36×10-3J·mg-1，可由锡的差热峰面积求得K 值。

三三、实验步骤：
1、 仪器常数的测定
(1)将电源和数据线接在主机上，数据线的另一端接在计算机的主机上，打开电源进行预热五分钟。

(2)将标准样品样品（Sn ）称重（约6mg-7mg ）放入坩锅中，在另一只坩埚中放入质量相等的参比物（Al2O3）,然后将样品坩埚放在样专架有左边托盘上，参比物放在右边托盘上。

(3)设置参数值。

按一下仪器主机上的设置键，仪器将进入设置状态，用→键选择所要设置的参数，用△▽键将温度调至所需值d D
B K H T m τ
∆=∆⎰
(CuSO4·5H2O的实验温度为450℃)，将升温速度调节至所需升温速度10℃min-1。

再按一下结束键，退出设置状态。

(4)设置完成后，按RUN键即可进行实验。

将差热分析仪软件打开点击开始测试，此时电脑上将出现温度和温差随时间变化的两条曲线。

同时，“运行”将一直闪动，待听到主机滴一声后，表示运行结束，“运行”也就停止闪动。

实验完毕。

(5)待仪器温度降至50℃后，准备测定试样（CuSO4·5H2O）。

2、CuSO4·5H2O差热曲线的测定（方法同1）。

四、注意事项：
1、坩埚一定要清理干净，否则埚垢不仅影响导热，杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。

2、样品必须研磨的很细，否则差热峰不明显；但也不要太细。

一般差热分析样品研磨到200目为宜。

样品要均匀平铺在坩锅底部。

否则作出的曲线极限不平整。

3、实验过程中注意不要动计算机键盘。

五、数据记录：
六、数据处理：
1. 由所测样品的差热图，求出各峰的起始温度和峰温，将数据列表记录。

解：如上记录表所示。

处理如图所示：
50100150200250300
-8
-6
-4
-2
2
4
6
8
10
12
差热t/min
2. 根据公式（1）由锡的差热峰面积求得K 值，然后求出所测样品的热效应值。

解：差热热效应如图所示：
实验参数
样品名称:CuSO4.5H2O
样品质量:6.1mg
升温速率:7℃/m in
仪器系数:3.0
3. 样品CuSO4·5H20的三个峰各代表什么变化，写出反应方程式。

根据实验结果，结合无机化学知识，推测CuSO4·5H2O中5个H2O 的结构状态。

解：第一峰：CuSO4·5H20→CuSO4·3H2O+2H2O △H=15260.31J/g 第二峰：CuSO4·3H2O→CuSO4·H2O+2H2O △H=59064.93J/g
第三峰：CuSO4·H2O→CuSO4+H20 △H=40142.56J/g 七、实验结果讨论与问题解答：
实验结果分析：本实验是测五水硫酸铜的差热分析，从实验结果
看当出现第一峰时，放出的热效应为15260.31J/g，其中没脱出一分
子水的热效应为7630.155J/g，同理，出现第二峰，没脱出一分子水的热效应为29532.465J/g，出现第三峰时脱去一分子水放出的热效应为40142.56J/g，从中比较可知脱水所需的能量越来越高，是因为在分子外层的水分子收到硫酸铜中心分子的吸引力较小，脱水较容易，所以没脱去一分子的水所需的能量越来越高。

1.DTA实验中如何选择参比物？
答：参考物要在整个实验温度范围内不发生任何物理化学变化，不产生热效应。

常有三氧化二铝或煅烧过的氧化镁，或石英砂作为参比物。

2. 差热曲线的形状与那些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？
答：主要影响因素为气氛和压力，升温速度，试样的预处理和用量，参比物的选择。

3. DTA和简单热分析(步冷曲线法)有何异同？
答：步冷法用体系的温度随时间的变化情况来来判断体系是否发生了相变化。

差热分析是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。

共同点：利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析。

4. 差热峰前后基线不在同一水平线上，是何原因？
答：在实际测量中，由于样品与参比物的比热容、导热系数、粒度、填充情况等不可能完全相同，因而峰前后基线往往不在一条水平线上。