2024年差熱分析實驗報告

差熱分析試驗匯報一、引言差熱分析(DTA)是在程序控制溫度下測量物質(zhì)和參比物之間的溫度差與溫度(或時間)關(guān)系的一種技術(shù)。描述這種關(guān)系的曲線稱為差熱曲線或DTA曲線。描述這種關(guān)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重要取決于試樣的溫度變化，因此就其本質(zhì)來說，差熱分析是一種重要與焓變測定有關(guān)并籍此理解物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)的技術(shù)。

二、試驗?zāi)康?、理解差熱分析的基本原理和試驗基本環(huán)節(jié)。2、測量五水硫酸銅和錫的差熱曲線,并簡樸計算曲線峰的面積。三、試驗原理物質(zhì)在加熱或冷卻過程中會發(fā)生物理變化或化學(xué)變化，與此同步，往往還伴隨吸熱或放熱現(xiàn)象。伴隨熱效應(yīng)的變化，有晶型轉(zhuǎn)變、沸騰、升華、蒸發(fā)、熔融等物理變化，以及氧化還原、分解、脫水和離解等化學(xué)變化。另有某些物理變化，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)生變化，此類變化如玻璃化轉(zhuǎn)變等。物質(zhì)發(fā)生焓變時質(zhì)量不一定變化，但溫度是必然會變化的。差熱分析正是在物質(zhì)此類性質(zhì)基礎(chǔ)上建立的一種技術(shù)。若將在試驗溫區(qū)內(nèi)呈熱穩(wěn)定的已知物質(zhì)(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後時，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，由于熱量不也許從試樣瞬間導(dǎo)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，由于試樣不也許從環(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(jīng)歷一種傳熱過程試樣才能答復(fù)到與程序溫度相似的溫度。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(dǎo)熱系數(shù)和質(zhì)量等相似的理想狀況，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。圖中參比物的溫度一直與程序溫度一致，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(dāng)TS-TR=ΔT為零時，因中參比物與試樣溫度一致，兩溫度線重疊，在ΔT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ΔT<0，在ΔT曲線上是一種向下的吸熱峰。當(dāng)試樣放熱時ΔT>0，在ΔT曲線上是一種向上的放熱峰。由于是線性升溫，通過了T-t關(guān)系可將ΔT-t圖轉(zhuǎn)換成ΔT-T圖。ΔT-t(或T)圖即是差熱曲線，表達試樣和參比物之間的溫度差隨時間或溫度變化的關(guān)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(shù)。由它們不僅可以對物質(zhì)進行定性和定量分析，并且還可以研究變化過程的動力學(xué)。曲線上峰的起始溫度只是試驗條件下儀器可以檢測到的開始偏離基線的溫度。根據(jù)ICTA的規(guī)定，該起始溫度應(yīng)是峰前緣斜率最大處的切線與外推基線的交點所對應(yīng)的溫度。若不考慮不一樣儀器的敏捷度不一樣等原因，外推起始溫度比峰溫更靠近于熱力學(xué)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(jù)經(jīng)驗，峰面積和變化過程的熱效應(yīng)有著直接聯(lián)絡(luò)，而熱效應(yīng)的大小又取決于活性物質(zhì)的質(zhì)量。Speil(斯貝爾)指出峰面積與對應(yīng)過程的焓變成正比： 式中，A是差熱曲線上的峰面積，由試驗測得的差熱峰直接得到，K是系數(shù)。在A和K值已知後，即能求得待測物質(zhì)的熱效應(yīng)Qp和焓變?H四、試驗儀器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（CuSO4?5H2O）樣品，錫（Sn）樣品五、試驗內(nèi)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(shè)為10℃/min，程序開始自動測量溫度和溫差的變化,觀測屏幕上的差熱曲線，最終保留試驗數(shù)據(jù)。4、當(dāng)差熱曲線出現(xiàn)3個峰後來，停止試驗。將升溫爐升起，取出五水硫酸銅。5、當(dāng)爐內(nèi)溫度降後，放入錫樣品，再將爐子放下，按照前面的環(huán)節(jié)開始試驗。6、在錫的一種峰出來之後的合適位置停止試驗并取出樣品。7、關(guān)閉儀器和電腦。

六、試驗成果及分析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(zhǔn)，校準(zhǔn)後的圖如下所示運用oringin分峰如下圖峰面積分別為：A1=1622、A2=1789、A3=1304三個峰的特性溫度，可以運用切線計算特性溫度，切線法如下圖所示從圖中可以看出，五水硫酸銅的三個特性溫度分別為T1=72℃、T2=102℃、T3=230℃。2、錫差熱曲線如下圖所示基線擬合後：用切線法計算特性溫度如下圖所示：從圖中可以看出，錫的特性溫度為T=230℃用origin求峰的積分為A=2041，Origin高斯函數(shù)擬合得面積為A=1992取平均值得A=.成果分析計算五水硫酸銅焓變查表得ΔHSn=7.2kJ/mol，由于試驗中用的參照樣品三氧化二鋁物質(zhì)的量一直保持不變，因此Speil公式中的系數(shù)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）特性溫度分析五水硫酸銅試驗所得的三個特性溫度分別為T1=72℃、T2=102℃、T3=230℃，而資料顯示當(dāng)五水硫酸銅分三步失水的時候，三個特性溫度分別為：48℃、115℃和245℃，可以看出基本吻合，但也有較大的誤差。試驗所得錫的特性溫度為230℃，而錫的熔點為231.9℃，誤差已經(jīng)非常小了，因此可以斷定錫在試驗中發(fā)生了固液相變。七、試驗誤差分析誤差重要來源有兩個方面1、數(shù)據(jù)處理誤差：用origin處理數(shù)據(jù)時，例如基線擬合、多峰分離以及切線擬合過程中存在誤差（許多參數(shù)是手動設(shè)定）。2、儀器系統(tǒng)誤差：試驗設(shè)備與外界有熱互換、五水硫酸銅也許部分失水、材料密度對試驗的影響等。八、思索題1、為何差熱峰有時向上，有時向下？答：差熱峰的方向和兩個原因有關(guān)，首先，差熱分析中是以參比物還是試樣為基準(zhǔn)來算差值（即TS-TR=ΔT還是TR-TS=ΔT）；另一方面，發(fā)生的反應(yīng)自身是吸熱還是放熱的。若以參比物為基準(zhǔn)，則放熱時ΔT<0，峰向上，吸熱時ΔT>0，峰向下；而以試樣為基準(zhǔn)則是吸熱時ΔT>0，峰向上，放熱時ΔT<0，峰向下。在本次試驗中以試樣為基準(zhǔn)，由于是吸熱反應(yīng)，因此差熱峰向上。2、克服基線漂移，可以采用哪些措施？答：首先，只有當(dāng)參比物和試樣的熱性質(zhì)、質(zhì)量、密度等完全相似時才能在試樣無任何類型能量變化的對應(yīng)溫區(qū)內(nèi)保持?T=O，使基線不發(fā)生漂移。參比物的導(dǎo)熱系數(shù)受比熱容、密度、溫度和裝填方式等多種原因的影響，這些原因的變化均能引起差熱曲線基線的偏移。雖然同一試樣用不一樣參比物試驗，引起的基線偏移也不一樣樣。為減小試樣和參比物在熱性質(zhì)上的明顯差異導(dǎo)致的基線漂移，可用試樣和參比物均勻混合(即稀釋試樣)後使用的措施來減小。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)境熱互換上的差異，從而提高測量成果的可靠性。另一方面，較慢的升溫速率，使體系靠近平衡條件，基線漂移小。此外，試樣量小，差熱曲線出峰明顯、辨別率高，基線漂移也小。3、影響峰高度和峰面積的原因有哪些？答：試樣的導(dǎo)熱系數(shù)增長，峰高下降。由于試樣裝填後的導(dǎo)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，伴隨試樣容重的變化，裝填密度的變化，試樣的導(dǎo)熱系數(shù)也將發(fā)生變化。假如粒度變化引起裝填空隙減小，而裝填空隙中充斥的是導(dǎo)熱能力較差的空氣時，試樣的導(dǎo)熱能力將隨變大而增大。從而峰高下降，峰面積也下降。對于有氣體參與或有氣體產(chǎn)物的反應(yīng)，因粒度變化而使氣體的擴散阻力增大時，這不僅阻礙反應(yīng)進行，并且還會加大氣體產(chǎn)物在試樣周圍的局部分壓，導(dǎo)致分解壓加大而使分解困難。