草酸鈣的熱重-差熱分析

1、綜合熱分析法測定草酸鈣實驗目的】（1）掌握熱重 -差熱分析原理和 ZCT-A 型綜合熱分析儀的操作方法，了解其 應用范圍。（2）對草酸鈣進行熱重及差熱分析，測量化學分解反應過程中的分解溫度。（3）測量物質在加熱過程中所發(fā)生的物理化學變化，繪制相應曲線，從而研 究材料的反應過程。實驗原理】熱分析是物理化學分析的基本方法之一。 綜合熱分析研究物質在加熱過程中 發(fā)生相變或其他物理化學變化時所伴隨的能量、 質量和體積等一系列的變化， 可 以確定其變化的實質或鑒定礦物。 熱分析技術種類很多， 比較常用的方法有 （1） 差熱法（DTA）, （2）熱重法（TG）包括微分熱重（DTG） , （3）差示掃描量

2、熱法（ DSC）。（ 1）熱重分析熱重分析是在程序控制溫度下， 測量物質質量與溫度關系的一種技術。 熱重 法實驗得到的曲線稱為熱重（TG）曲線。TG曲線以溫度作橫坐標，以試樣的失 重作縱坐標， 顯示試樣的絕對質量隨溫度的恒定升高而發(fā)生的一系列變化。 這些 變化表征了試樣在不同溫度范圍內發(fā)生的揮發(fā)組分的揮發(fā)， 以及在不同溫度范圍 內發(fā)生的分解產物的揮發(fā)。如圖1、圖2 CaC2O4 H2O的熱重曲線，有三個非常 明顯的失重階段。第一個階段表示水分子的失去，第二個階段表示CaC2O4分解為CaCO3，第三個階段表示CaCO3分解為CaO。當然，CaC2O4H2O的熱失重比 較典型，在實際上許多物質的

3、熱重曲線很可能是無法如次明了地區(qū)分為各個階段 的，甚至會成為一條連續(xù)變化地曲線。 這時， 測定曲線在各個溫度范圍內的變化 速率就顯得格外重要，它是熱重曲線的一階導數(shù)，稱為微分熱重曲線 圖 1 也現(xiàn) 示出了 CaC2O4 H2O的微分熱重曲線（DTG）。微分熱重曲線能很好地顯示這些 速率地變化。圖2 CaQ04 H2O的TG曲線（文獻圖）（2）差熱分析（DTA）和差示掃描量熱分析（DSC）差熱分析（DTA）是在試樣與參比物處于控制速率下進行加熱或冷卻地環(huán)境 中，在相同地溫度條件時，記錄兩者之間地溫度差隨時間或溫度地變化。差示掃 描量熱分析（DSC）記錄地則是在二者之間建立零溫度差所需地能量隨時間

4、或溫 度的變化。差熱分析和差示掃描量熱分析所得到的譜圖或曲線常畫成在恒定加熱或冷 卻的速率下隨時間或溫度變化的形式，其橫坐標相應于時間或溫度，作差熱分析 測量時，縱坐標為試樣與參比物之溫差， 而作差示掃描量熱分析時，縱坐標為試 樣池與參比池之功率差（dA C/d）。從圖1可以看出，CaC2O4 H2O的DSC曲線（DTA曲線與DSC曲線相似）有三個向上的峰，分別表示 CaC2O4 H2O熱分解 時發(fā)生了三個吸熱反應。所以 DSC （或DTA）反映的是所測試樣在不同的溫度 范圍內發(fā)生的一系列伴隨著熱現(xiàn)象的物理或化學變化。換言之，凡是有熱量變化 的物理和化學現(xiàn)象都可以借助于差熱分析或差示掃描熱分析

5、的方法來進行精確 的分析，并能定量地加以描述。(3) 草酸鈣熱分解過程CaC2O4 H2O的熱分解過程有如下三步：-1 aC：0j(SHH：O(a)*mol 1CaCOxts) -CaCO3(sXO(g)AH *-3OO.2kJ hoL'XCW" CaO(s)*CQg)AH *=27550 - mof1【實驗儀器設備及材料】北京精儀高科儀器有限公司 ZCT-A型綜合熱分析儀；氮氣(純度 99.99%); 專用坩堝、鑷子、藥勺；電子分析天平；CaQO4H2O (分析純)。【實驗步驟及方法】1.實驗前準備(1) 首先應檢查儀器連接系統(tǒng)是否正常，樣品支架上清潔無任何雜質；(2) 打

6、開N2鋼瓶調壓閥，將氮氣瓶的出口壓力調整到 0.15-0.2MPa之間， 將氣氛箱的出口壓力調整到O.IMPa，調節(jié)流量計的大小在80ml/min左右，開始 實驗前至少通氣30分鐘以上以確?？諝馀艃?。(3) 開啟電腦，待電腦啟動完成后，開啟綜合熱分析儀主機上的電源開關， 應該能聽到儀器的自檢報警聲，響幾聲后停止。開機預熱儀器至少三十分鐘。(4) 用鑷子轉移坩堝，先將坩堝放于電子分析天平上歸零，然后移出天平用專用小藥勺往坩堝中添加草酸鈣，并準確稱取8-10mg(約占據(jù)2/3坩堝容積)， 保證樣品在坩堝中均勻鋪平，并記錄數(shù)值。(5) 天平操作(此步驟指導老師操作):抬起爐體，觀察托盤的左邊是否 有

7、參比坩堝(正常情況下該坩堝會一直留在左盤)，被測樣品放置于托盤的右邊； 放下爐體。(6) 開啟冷卻水。2實驗開始(1) 進入熱分析數(shù)據(jù)站，運行電腦桌面上的“ RSZ2013”軟件，鼠標左鍵 單擊窗口上出現(xiàn)的圖片。(2) 量程設置鼠標左鍵單擊菜單欄上的“新采集”選項，此時系統(tǒng)首先自動進行熱重調零，調整完畢后進入“參數(shù)設定”畫面：輸入“基本實驗參數(shù)”，操作鍵盤及鼠標，對試驗名稱 、試驗序號、操作者姓名、試樣重量等參數(shù)正確輸入；對DSC量程，TG量程，DTG量程選??；輸入“升溫參數(shù)”：操作鼠標、鍵盤，對起始溫度(顯示為當前爐溫)、升溫速率(< 40E /min) 20C /min、終值溫度 9

8、50C 等內容輸入完畢。具體參數(shù)的設置根據(jù)用戶的實際使用要求按分析步驟進行操作。單擊確定“確定”，此時繼電器吸合，加熱指示燈亮，此時熱分析系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。此時觀察狀態(tài)欄內 TG數(shù)值應在TG量程的90%左右，不超過量程 最大值。如果不符，按取消鍵重新進行采集。(3) 采集結束屏上箭頭指向“停止”鈕，并確認 丫、雙擊鼠標左鍵，使指示燈滅掉。(4) 數(shù)據(jù)存儲鼠標左鍵單擊菜單欄的“保存”選項，輸入文件名(中文、分子式或字符 代號)后；單擊“保存”。3數(shù)據(jù)處理TG-DSC曲線分析打開保存的文件，根據(jù)實驗報告的要求，可任選以時間為橫軸或溫度為橫軸(從主菜單“設置”中的“溫度坐標”切換得到)。TG曲線分析

9、：右擊鼠標，進入“曲線分析”菜單，選擇 TG曲線，在該曲 線待分析失重段的左端起點雙擊鼠標左鍵，然后拖動至所選峰段的右端點處，觀 察所出現(xiàn)的文字位置是夠合適，不合適的話通過上下移動鼠標調整至合適位置， 然后松開左鍵，按上述方法依次分析三個失重過程。DSC曲線分析：右擊鼠標，選擇處理 DSC曲線，分別在該曲線上的三個吸 熱峰左端雙擊鼠標左鍵，然后拖動至所選吸收峰的右端點處雙擊， 在彈出的窗口 -4 -的左端選擇需要分析的數(shù)據(jù)， 并以此單擊左鍵并將數(shù)值移動至合適位置 （依次得 到外推起始溫度Te、峰頂溫度Tm、反應峰面積、反應熱焓）后單擊“返回”鍵， 此時回到原圖并顯示得到的分析數(shù)據(jù)。若對分析結果不滿意， 單擊的主菜單“重畫”紐， 可刪除已寫上去的分析數(shù) 據(jù)。鼠標左鍵單擊主菜單的“打印”鈕， 此時，將從打印機輸出一張“ RSZ 熱分 析報告”。4 系統(tǒng)退出鼠標左鍵單擊 RSZ 主菜單的“文件”鈕，選擇“關閉”項，按屏幕提示正 常退出該系統(tǒng)，并依次關閉儀器、電腦、N2 鋼瓶總閥、冷卻水?！緦嶒炞⒁馐马棥?（1）轉移坩堝和稱取樣品時，嚴禁用手直接觸碰，而使用專用鑷子夾取坩 堝，并輕拿輕放；（2）樣品要均勻平鋪在坩堝中，保證待測樣品受熱均勻；（ 3）軟件