差熱分析實驗報告

1、.差熱分析實驗報告一、 引言差熱分析(DTA)是在程序控制溫度下測量物質和參比物之間的溫度差與溫度(或時間)關系的一種技術。描述這種關系的曲線稱為差熱曲線或DTA曲線。描述這種關系的曲線稱為差熱曲線或DTA曲線。由于試樣和參比物之間的溫度差主要取決于試樣的溫度變化，因此就其本質來說， 差熱分析是一種主要與焓變測定有關并籍此了解物質有關性質的技術。二、實驗目的1、了解差熱分析的基本原理和實驗基本步驟。2、測量五水硫酸銅和錫的差熱曲線,并簡單計算曲線峰的面積。三、實驗原理物質在加熱或冷卻過程中會發(fā)生物理變化或化學變化，與此同時，往往還伴隨吸熱或放熱現象。伴隨熱效應的變化，有晶型轉變、沸騰、升華、蒸

2、發(fā)、熔融等物理變化，以及氧化還原、分解、脫水和離解等化學變化。另有一些物理變化，雖無熱效應發(fā)生但比熱容等某些物理性質也會發(fā)生改變，這類變化如玻璃化轉變等。物質發(fā)生焓變時質量不一定改變，但溫度是必定會變化的。差熱分析正是在物質這類性質基礎上建立的一種技術。若將在實驗溫區(qū)內呈熱穩(wěn)定的已知物質(參比物)和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，試樣和參比物的溫度與線性程序溫度是一致的。若試樣發(fā)生放熱變化， 由于熱量不可能從試樣瞬間導出，于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，由于試樣不可

3、能從環(huán)境瞬間吸取足夠的熱量，從而使試樣溫度低于程序溫度。只有經歷一個傳熱過程試樣才能回復到與程序溫度相同的溫度。圖1 加熱和測定試樣與參比物溫度的裝置示意圖在試樣和參比物的比熱容、導熱系數和質量等相同的理想情況，用圖1裝置測得的試樣和參比物的溫度及它們之間的溫度差隨時間的變化如圖2所示。圖中參比物的溫度始終與程序溫度一致，試樣溫度則隨吸熱和放熱過程的發(fā)生而偏離程序溫度線。當TS-TR=T為零時，因中參比物與試樣溫度一致，兩溫度線重合，在T曲線則為一條水平基線。圖2 線性程序升溫時試樣和參比物的溫度及溫度差隨時間的變化試樣吸熱時T0，在T曲線上是一個向上的放熱峰。由于是線性升溫，通過了T-t關系

4、可將T-t圖轉換成T-T圖。T- t(或T) 圖即是差熱曲線，表示試樣和參比物之間的溫度差隨時間或溫度變化的關系。差熱曲線直接提供的信息有峰的位置、峰的面積、峰的形狀和個數。由它們不僅可以對物質進行定性和定量分析，而且還可以研究變化過程的動力學。曲線上峰的起始溫度只是實驗條件下儀器能夠檢測到的開始偏離基線的溫度。根據ICTA的規(guī)定，該起始溫度應是峰前緣斜率最大處的切線與外推基線的交點所對應的溫度。若不考慮不同儀器的靈敏度不同等因素，外推起始溫度比峰溫更接近于熱力學平衡溫度。由差熱曲線獲得的重要信息之一是它的峰面積。根據經驗，峰面積和變化過程的熱效應有著直接聯系，而熱效應的大小又取決于活性物質的

5、質量。Speil(斯貝爾)指出峰面積與相應過程的焓變成正比：式中，A是差熱曲線上的峰面積，由實驗測得的差熱峰直接得到，K是系數。在A和K值已知后，即能求得待測物質的熱效應Qp和焓變H。四、實驗儀器 1、計算機一臺，差熱分析儀一臺2、三氧化二鋁（Al2O3）樣品，五水合硫酸銅（CuSO45H2O）樣品，錫（Sn）樣品五、實驗內容1、啟動計算機,打開差熱分析程序。2、將三氧化二鋁和五水硫酸銅樣品放進爐子,降下爐體,點擊開始試驗。3、將溫差T置零，升溫速率設為10/min，程序開始自動測量溫度和溫差的變化,觀察屏幕上的差熱曲線，最后保存實驗數據。4、當差熱曲線出現3個峰以后，停止實驗。將升溫爐升起，

6、取出五水硫酸銅。5、當爐內溫度降后，放入錫樣品，再將爐子放下，按照前面的步驟開始試驗。6、在錫的一個峰出來之后的適當位置停止試驗并取出樣品。7、關閉儀器和電腦。六、實驗結果及分析1、 五水硫酸銅差熱曲線如下圖所示：從圖中可以看出有三個峰，前兩個峰交疊。由于基線漂移和較零的問題，差熱曲線的基線并不為零。使用origin軟件對曲線進行基線校準，校準后的圖如下所示利用oringin分峰如下圖峰面積分別為：A1=1622、A2=1789、A3=1304三個峰的特征溫度，可以利用切線計算特征溫度，切線法如下圖所示 從圖中可以看出，五水硫酸銅的三個特征溫度分別為T1=72、T2=102、T3=230。2、

7、錫差熱曲線如下圖所示基線擬合后：用切線法計算特征溫度如下圖所示：從圖中可以看出，錫的特征溫度為T=230用origin求峰的積分為A=2041，Origin高斯函數擬合得面積為A=1992取平均值得A=2016.3、 結果分析（1） 計算五水硫酸銅焓變查表得HSn=7.2kJ/mol，由于實驗中用的參照樣品三氧化二鋁物質的量始終保持不變，所以Speil公式中的系數K不變，五水合硫酸銅在脫水過程中的焓變計算得H1=5.79kJ/mol、H2=6.39kJ/mol、H3=4.66kJ/mol（2）特征溫度分析五水硫酸銅實驗所得的三個特征溫度分別為T1=72、T2=102、T3=230，而資料顯示當

8、五水硫酸銅分三步失水的時候，三個特征溫度分別為：48、115和245，可以看出基本吻合，但也有較大的誤差。 實驗所得錫的特征溫度為230，而錫的熔點為231.9，誤差已經非常小了，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、數據處理誤差：用origin處理數據時，比如基線擬合、多峰分離以及切線擬合過程中存在誤差（許多參數是手動設定）。2、儀器系統(tǒng)誤差：實驗設備與外界有熱交換、五水硫酸銅可能部分失水、材料密度對實驗的影響等。八、思考題1、為什么差熱峰有時向上，有時向下？答：差熱峰的方向和兩個因素有關，首先，差熱分析中是以參比物還是試樣為基準來算差值（即TS-T

9、R=T還是TR-TS =T）；其次，發(fā)生的反應本身是吸熱還是放熱的。若以參比物為基準，則放熱時T0，峰向下；而以試樣為基準則是吸熱時T0，峰向上，放熱時T0，峰向下。在本次實驗中以試樣為基準，由于是吸熱反應，因此差熱峰向上。2、克服基線漂移，可以采取哪些措施？答：首先，只有當參比物和試樣的熱性質、質量、密度等完全相同時才能在試樣無任何類型能量變化的相應溫區(qū)內保持T=O，使基線不發(fā)生漂移。參比物的導熱系數受比熱容、密度、溫度和裝填方式等多種因素的影響，這些因素的變化均能引起差熱曲線基線的偏移。即使同一試樣用不同參比物實驗，引起的基線偏移也不一樣。為減小試樣和參比物在熱性質上的明顯差異造成的基線漂

10、移，可用試樣和參比物均勻混合( 即稀釋試樣)后使用的方法來減小。用厚約O.5mm的參比物覆蓋試樣，也可以減小試樣和參比物與環(huán)境熱交換上的差別，從而提高測量結果的可靠性。其次，較慢的升溫速率，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、影響峰高度和峰面積的因素有哪些？答：試樣的導熱系數增加，峰高下降。由于試樣裝填后的導熱能力是由顆粒試樣和裝填空隙中的氣體共同決定的，因此，隨著試樣容重的改變，裝填密度的變化，試樣的導熱系數也將發(fā)生改變。如果粒度改變引起裝填空隙減小，而裝填空隙中充滿的是導熱能力較差的空氣時，試樣的導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物的反應，因粒度改變而使氣體的擴散阻力增大時，這不僅阻礙反應進行，而且還會加大氣體產物在試樣周圍的局部分壓，導致分解壓加大而使分解困難。這時，易使