差热分析实验报告.docx

差热分析实验报告 091120*** 一、实验目的 1、掌握差热分析的基本原理及测量方法 2、学会差热分析仪的操作，并绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。 3、掌握差热曲线的处理方法，对实验结果进行分析。 二、实验原理 1、差热分析基本原理 物质在加热或冷却过程中，当达到特定温度时，会产生物理或化学变化，同时产生吸热和放热的现象，反映了物质系统的焓发生了变化。在升温或降温时发生的相变过程，是一种物理变化，一般来说由固相转变为液相或气相的过程是吸热过程，而其相反的相变过程则为放热过程。在各种化学变化中，失水、还原、分解等反应一般为吸热过程，而水化、氧化和化合等反应则为放热过程。差热分析利用这一特点，通过对温差和相应的特征温度进行分析，可以鉴别物质或研究有关的转化温度、热效应等物理化学性质，由差热图谱的特征还可以用以鉴别样品的种类，计算某些反应的活化能和反应级数等。 在差热分析中，为反映微小的温差变化，用的是温差热电偶。在作差热鉴定时，是将与参比物等量、等粒级的粉末状样品，分放在两个坩埚内，坩埚的底部各与温差热电偶的两个焊接点接触，与两坩埚的等距离等高处，装有测量加热炉温度的测温热电偶，它们的各自两端都分别接人记录仪的回路中在等速升温过程中，温度和时间是线性关系，即升温的速度变化比较稳定，便于准确地确定样品反应变化时的温度。样品在某一升温区没有任何变化，即也不吸热、也不放热 ，在温差热电偶的两个焊接点上不产生温差，在差热记录图谱上是一条直线，已叫基线 。如果在某一温度区间样品产生热效应，在温差热电偶的两个焊接点上就产生了温差，从而在温差热电偶两端就产生热电势差，经过信号放大进入记录仪中推动记录装置偏离基线而移动，反应完了又回到基线。吸热和放热效应所产生的热电势的方向是相反的，所以反映在差热曲线图谱上分别在基线的两侧,这个热电势的大小，除了正比于样品的数量外，还与物质本身的性质有关。 将在实验温区内呈热稳定的已知物质（即参比物）与试样一起放入一个加热系统中，并以线性程序温度对它们加热。如以Al2O3为参比物，它在整个试验温度内不发生任何物理化学变化，因而不产生任何热效应。将参比物和试样分别放在坩埚中然后放入电炉中加热升温。在升温过程中试样如没有热效应，则试样与参比物之间的温度差ΔT为零；而试样在某温度下有放热（吸热）效应时，试样温度上升速度加快（减慢），就产生温度差ΔT，把ΔT转变成电信号放大后记录下来，可得差热曲线图。 图1 加热和测定试样与参比物温度的装置示意图 在试样和参比物的比热容、导热系数和质量等相同的理想情况，试样的参比物的温度及它们之间的温度差随时间的变化如图所示。图中参比物的温度始终和程序温度已知，试样温度则随吸热和放热过程的发生而偏离程序温度。当△T为零时，图中参比物与试样温度一直，两温度线重合，在△T曲线则为一条水平基线。 图2 典型的差热图 差热图谱中峰的数目表示在测定温度范围内，待测样品发生变化的次数；峰的位置表示发生转化的温度范围；峰的方向指示过程是吸热还是放热；峰的面积反映热效应大小（在相同测定条件下）。峰高、峰宽及对称性除与测定条件有关外，往往还与样品变化过程的动力学因素有关。这样从差热图谱中峰的方向和面积可测得变化过程的热效应（吸热或放热、以及热量的数值）。 差热峰的面积与过程的热效应成正比，即 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为常数。 三、实验试剂与仪器 试剂：CuSO4·5H2O，标准物 Sn，参比物 Al2O3 仪器：差热分析仪（CRY—2）一台；计算机一台 四、实验内容 (1) 将待测样品放入一只坩埚中，在另一只坩埚中放入重量基本相等的参比物(Al2O3)。然后将其分别放在样品托的两个托盘上，盖好保温盖。 (2)启动热分析软件，依次设定所需参数。升温速率设置为15℃/min开始升温。 (3) 记录升温曲线和差热曲线，直至温度升至发生要求的相变且基线变平后，停止记录。 (5) 打开炉盖，取出坩埚，待炉温降至50℃以下时，换上另一样品Sn，按上述步骤操作。 五、数据记录和处理 (1)锡的差热曲线如图3所示。（横轴为时间t，纵轴为温差△T） 图3 可见基线并不是一条水平的线，作出的外推基线如图4所示 图4 峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点即为Sn熔化的起始点，如图5， 图5 可得该点温度为256℃，比较接近Sn的熔点。 下面计算差热曲线与外推基线围成的面积。横坐标的取值范围近似为[202,456]，采用类似微积分的方法计算此面积：将差热曲线与横轴围成的面积等效为宽为1（对应于温度为每秒升高的温度0.25℃）的一系列矩形的面积和，每一个矩形的面积即为该点对应