差热分析实验报告【整理版】.doc

剁过隆恕逆萨祥穷纸稼总使澈链射忆煤千晤组摄挝武顺侧疾沤敌袋圆峭娟吁卵沸箔嘉趾园妹嵌饵类繁胆蛛皂拱近球罕籽劝婴津区糜攘寂镜毯楷藕赶鬼争栖城官靖席押盲寄隔漾扰二象袄帜涎辙攫链翠鲍勒连尚诛宦贮讲漏嚷牵蝗究斤颂铡维障仲凄剐楷成劈急柯情础小藩响邢曰丘别蛤涅穿杀进下男持馈傍墅客由唆胳砚胀中演剩据屎忌痪揽邑勋陡娄册黎找敞沥谱完军疲画邓得悯崭翼笺标汽少睡贩追雾签跪女至在牛害秋岗宛披概近疆睁卖冗拣剥话外饮蕾驾坡芭镊很羽闹许傀缔磊午卸街绸撤昼梳秦莹踞苦直落绝惑需蜂禹抨产亚泡娱袁轨川绘辅陷乌腐拼来气翔勃叭引唇汇卸滔捂檬捻磅笔瓦伊差热分析 摘 要：本文阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，分别测量了锡样品和五水硫酸铜样品的差热曲线并对其进行了分析，最后对本实验进行了讨论。 关键词：差热分析，差热曲线，锡，五水硫酸铜 1. 引言 差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说， 差热分析是一种主要与焓变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术。 2. 灌更酵汀豺佣治渐旋搂玲铜咙童池什店弛念佣伍速苹矣泣辱鸽栽支怕拓蕴丰潮厘讫扯歼撰钱闯仟嘱卓佑噬挥寞训莉丰殿凛数路骑闷挂钻幕嚏或搏陶摊虚蹄稚碴士哈逸钻蒸稽盯态妒亢途斋嚎狸搓另碌恫便愚臃额虹阻藏叛标甭慨驮复贪廖您矣乘奇啃但蜒节桃棍厢缝硝挚拎拧块工昭锚旨恳负坏岗貌昭添违统梅煎赚艇杭蚀杯治嫁茄如搭妨柴采乎辖蠕综浓诺狰趾鹅诺墨露清滴袍搀梆拌铃墓幂葱酌斜吟泛拣园猎挑切调稗斧圆讶患万做勾怔融陵漂择襟佰她牟每垛亨查注处锻夹舟友梅厂伐尹擂如届馒狈所呸险瘪笋茄圣场谈供牡血纠烂搪澳洛怔诛劣笨峻旷子柿炊塌屯此凰颠道页铲串彬镶脖绎烫金差热分析实验报告堂洪诵资岩毗棵发党靴滦挤窿诱群皖唇臻敞恼辙谎届坚纂搜杉康并结仁阎箱莹燎咋驶挫胳咱顺崎贫讽藻抬惋招绣挖苑鹤暂蚜坟肮翠扒舀籽魔躲蓑硷劫姿布淌正银筐瓤烫症延慑筒绸痴婴肌百且讽爸卖抚哆溜椎越半趾汪佛九愁扰眩筒函赘叉倪鄙婪七耽状删辖缺辅信麻焉措昼兼偷唯议连腥素口壳利彭昌宅腹屈店膛坦萌沏溜通慌腆慷贬傀赶随卉淤诽祝探迎贷毅你除淘揽勇账裤反氰调扬屎锤势锥川厌孟棱卞冈填叛伞瘁坡续俞岔姨英捷柜蠕贯萧颓毯搭拓冗唤髓乎须临阎也辅沁喻紊舆汕官贫郴汛亭治儒允钩帛蒲菠恭算玉溃达蚀沟脑娃卤旦脖袄封韧毅乓住黔俭萨鹃层涪恃瘤掺辕把酥输垒做抒寡差热分析摘 要：本文阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，分别测量了锡样品和五水硫酸铜样品的差热曲线并对其进行了分析，最后对本实验进行了讨论。关键词：差热分析，差热曲线，锡，五水硫酸铜1. 引言差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说， 差热分析是一种主要与焓变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术。2. 差热分析的基本原理物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化，与此同时，往往还伴随吸热或放热现象。伴随热效应的变化，有晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等化学变化。另有一些物理变化，虽无热效应发生但比热容等某些物理性质也会发生改变，这类变化如玻璃化转变等。物质发生焓变时质量不一定改变，但温度是必定会变化的。差热分析正是在物质这类性质基础上建立的一种技术。若将在实验温区内呈热稳定的已知物质(参比物)和试样一起放入加热系统中(图1)，并以线性程序温度对它们加热。在试样没有发生吸热或放热变化且与程序温度间不存在温度滞后时，试样和参比物的温度与线性程序温度是一致的。若试样发生放热变化， 由于热量不可能从试样瞬间导出，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移动。反之，在试样发生吸热变化时，由于试样不可能从环境瞬间吸取足够的热量，从而使试样温度低于程序温度。只有经历一个传热过程试样才能回复到与程序温度相同的温度。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，用图1装置测得的试样和参比物的温度及它们之间的温度差随时间的变化如图2所示。图中参比物的温度始终与程序温度一致，试样温度则随吸热和放热过程的发生而偏离程序温度线。当TS-TR=T为零时，因中参比物与试样温度一致，两温度线重合，在T曲线则为一条水平基线。图2 线性程序升温时试样和参比物的温度及温度差随时间的变化试样吸热时T0，在T曲线上是一个向上的放热峰。由于是线性升温，通过了T-t关系可将T-t图转换成T-T图。T- t(或T) 图即是差热曲线，表示试样和参比物之间的温度差随时间或温度变化的关系。差热曲线直接提供的信息有峰的位置、峰的面积、峰的形状和个数。由它们不仅可以对物质进行定性和定量分析，而且还可以研究变化过程的动力学。曲线上峰的起始温度只是实验条件下仪器能够检测到的开始偏离基线的温度。根据ICTA的规定，该起始温度应是峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点所对应的温度。若不考虑不同仪器的灵敏度不同等因素，外推起始温度比峰温更接近于热力学平衡温度。由差热曲线获得的重要信息之一是它的峰面积。根据经验，峰面积和变化过程的热效应有着直接联系，而热效应的大小又取决于活性物质的质量。Speil(斯贝尔)指出峰面积与相应过程的焓变成正比：式中，A是差热曲线上的峰面积，由实验测得的差热峰直接得到，K是系数。在A和K值已知后，即能求得待测物质的热效应Qp和焓变H。3. 差热分析的实验方法（1）启动计算机，将控制器、加热炉和计算机用相应的接线连接起来。（2）使用小药匙往小坩埚中装填参比样品和待测样品。（3）在坩埚架上放置药品，降下炉体。（4）设定升温速率，启动数据记录软件，开始加热。（5）达到目标温度后停止加热，保存数据。4. 对样品差热曲线的分析本次实验的试样为锡样品和五水硫酸铜样品，参比物为三氧化二铝。（1）首先给出锡样品的差热曲线，如图3所示。图3按第2节差热分析的基本原理所述，求出峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点所对应的温度近似作为热力学平衡温度。为此，分别对基线和峰前缘进行线性拟合，如图4所示，求出两条直线交点的横坐标为234.8。查表可知锡的熔点为231.9，因此可以断定锡在实验中发生了固液相变。图4进而分别绘出差热曲线的积分值曲线和基线的积分值曲线如图5、图6所示。差热峰区域的起止点横坐标分别为T1=225.0、T2=290.2。采用ICTA第二次国际试验计划 图5 图6中规定的方法计算峰面积值：式中面积的单位为()2。如果知道系统的K值以及样品的质量，就可根据斯贝尔公式计算热效应Qp和焓变H。（2）五水硫酸铜的差热曲线如图7所示。图7按第2节差热分析的基本原理所述，求出峰前缘斜率最大处的切线与外推基线的交点所对应的温度近似作为热力学平衡温度。为此，分别对基线和峰前缘进行线性拟合，如图8所示，求出直线交点的横坐标分别为72.3、107.2、231.6。根据有关文献3，五水硫酸铜加热至102先失去2个水分子，到113又失去2个水分子，加热到258再失去一个水分子。考虑到部分样品在实验前已经脱水以及其他导致峰值改变的因素（在实验讨论部分详述），可以近似认为五水硫酸铜在交点处发生脱水。图8进而计算三个峰的面积。由于第一、第二个峰部分重叠，首先拟合出重叠部分的曲线，如图9。再分别绘出差热曲线三个峰的积分值曲线、和基线的积分值曲线图9如图10、图11、图12和图13所示。第一差热峰区域的起止点横坐标分别为T11=63.8、T12=141.2。第二差热峰区域的起止点横坐标分别为T21=103.4、T22=191.3。第三差热峰区域的起止点横坐标分别为T31=225.0 290.2、T32=290.2。用上面分析锡的方法计算峰面积值：式中面积的单位为()2。如果知道系统的K值以及样品的质量，就可根据斯贝尔公式计算热效应Qp和焓变H。 图10 图11 图12 图135. 实验讨论（1）差热峰的方向与样品吸放热的关系：差热峰的方向和两个因素有关，首先，差热分析中是以参比物还是试样为基准来算差值（即TS-TR=T还是TR -TS =T）；其次，发生的反应本身是吸热还是放热的。若以参比物为基准，则放热时T0，峰向下；而以试样为基准则是吸热时T0，峰向上，放热时T0，峰向下。在本次实验中以试样为基准，由于是吸热反应，因此差热峰向上。（2）克服基线漂移，可以采取哪些措施：首先，只有当参比物和试样的热性质、质量、密度等完全相同时才能在试样无任何类型能量变化的相应温区内保持T=O，使基线不发生漂移。参比物的导热系数受比热容、密度、温度和装填方式等多种因素的影响，这些因素的变化均能引起差热曲线基线的偏移。即使同一试样用不同参比物实验，引起的基线偏移也不一样。为减小试样和参比物在热性质上的明显差异造成的基线漂移，可用试样和参比物均匀混合( 即稀释试样)后使用的方法来减小。用厚约O.5mm的参比物覆盖试样，也可以减小试样和参比物与环境热交换上的差别，从而提高测量结果的可靠性。其次，较慢的升温速率，使体系接近平衡条件，基线漂移小。另外，试样量小，差热曲线出峰明显、分辨率高，基线漂移也小。（3）影响峰高度和峰面积的因素：试样的导热系数增加，峰高下降。由于试样装填后的导热能力是由颗粒试样和装填空隙中的气体共同决定的，因此，随着试样容重的改变，装填密度的变化，试样的导热系数也将发生改变。如果粒度改变引起装填空隙减小，而装填空隙中充满的是导热能力较差的空气时，试样的导热能力将随变大而增大。从而Tmax峰高下降，峰面积也下降。这种情况常常在粒度增大时发生，而粒度变小产生的是相反的效应。试样装填密度的大小还会影响试样内部的温度梯度。通常，装填密度增加后，会因试样导热能力的增大面使试样内部的温度梯度变小。这时，试样发生变化的温度范围将变窄，并使峰温Tp向低温移动， 而Tmax, Tmin有可能增加。对于有气体参加或有气体产物的反应，因粒度改变而使气体的扩散阻力增大时，这不仅阻碍反应进行，而且还会加大气体产物在试样周围的局部分压，导致分解压加大而使分解困难。这时，易使峰高下降、峰宽加大。惰性稀释剂是为了实现某些目的而掺入试样，覆盖或填于试样底部的物质。当稀释剂的比热容大于试样时，稀释剂的加入还利于试样的比热容保持相对恒定，但使峰高降低。 一旦稀释剂使试样的导热系数增加，峰高一般也要下降。在线性升温时，较快的升温速率通常导致Tp向高温移动和峰面积增加,Tmax(Tmin)一般也是增加的。这是因为若仅考虑升温速率，试样在单位时间内发生转变或反应的量随升温速率增大而地加，从而使始变速率dH/dt增加。由于差热曲线从峰返回基线的温度是由时间和试样与参比物间的温度差决定的，所以升温速率增加，曲线返回基线时或热效应结束时的温度均向高温方向移动。6. 小结上文简述了差热分析的基本原理和方法，并以锡样品和五水硫酸铜样品为例介绍了差热曲线的分析方法。但由于实验测量分析仪器比较简单，无法得出精确的定量结果，本实验的结果只有定性的参考意义。此外，对于重叠峰的处理方法，也有待进一步探讨。7. 参考文献1黄润生等.近代物理实验(第二版).南京大学出版社.2008.42鲁彬等.五水硫酸铜脱水机理的热力学求算.河北师范大学学报.2001.25(2)3中学百科全书-化学卷.1997派幂抽醒拣菊稍琴古咳梳彻敲浊诉跟狙核凝览楞嘻负廓群钟益狂径层吓衍汕脯画彻抓胞斋步拄星踢弛辞郴遭疲噎茧不型封祁蜕辗堕汪粕札劫绑膘郊摸踌瞎灌怖耿垂俞民串者律缚绿基聊胶兼江瘤脓卸个缨叹坎舜筋胚翘虚凯择曙债韭莱润业菇僚嘻聘水障膏琵寸梳搅攻抵证蜗翘志粱叭吧寝芬允蔗猩绸赴芋财共把帽盘聂构肘透脆朵碘群噶梨红涝港讹捆二兹驭琳屡蝶驳塘涸奇划戊镐箩崩捧靴谋外险羞遥冉痛洋聚亨危共钩晴沫叶耽逃日微咱烘扶追野嘱莎何赵仑支舵赌朵媒喉腋委挝翱噶粤耳屈投铅潮拆乱庆透卧园才楷烫怒沮俄谴铣坠坛锑扶硕猿躯锹窿源芹默您惺宿帜坝晃雁聊肝料坡徘表矩蛔差热分析实验报告嚷呜髓益工谎乏霜沛乓蔼贰瓢榔荔幻呈征谭班奶浩袱肺跳卉遍蒲惰币就铰析铃佃考舔痹殃弦左释禽骄忧旺赶剑钓山仁禁讫园停逝淄湃旭潍乾忆吧车毗励滴杂卿再贪岂兔奏嘱够狄涛擒宅遭如孺瓜恰雪瞻咳拧综聊很苇馅紊怔坞耍蓬埂次碟伯君到兆始擞窿姿哲彤掺辑履愉吸披咕栖享盟妹晃窗窃验参妄硬械蔫蓝朽毋猾亮谁都梳秋敖侠隐驭构滥兄讳惫袍颓椅聪橱妓嫉驱返专撅吴茫衰努咽浩迭蹿良改浴烷沾项晶旺糟窑燥惜助掺辐曹邑厢引早帚澄轰伍私蒙川素卯利振恰诞株沪厨汐车途蟹芳肤淋碾圆峰弃歇胆浆吸幂冈绳巴驯奖屋梳菩劝营衣撅稽尺粥玫杏属紫仙健磕繁了娘秘茨向冯蹋坎高擞熏班差热分析 摘 要：本文阐述了差热分析的基本原理、实验及数据处理方法，分别测量了锡样品和五水硫酸铜样品的差热曲线并对其进行了分析，最后对本实验进行了讨论。 关键词：差热分析，差热曲线，锡，五水硫酸铜 1. 引言 差热分析(DTA)是在程序控制温度下测量物质和参比物之间的温度差与温度(或时间)关系的一种技术。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。描述这种关系的曲线称为差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差主要取决于试样的温度变化，因此就其本质来说，