实验六差热分析草酸钙的热分解过程

1、实验六差热分析草酸钙的热分解过程时间：2021.03.09创作：欧阳法一、实验目的1. 掌握差热分析法的基本原理。2. 了解热分析仪的结构，掌握仪器的基本操作。3. 利用差热分析技术研究草酸钙的热分解过程。二、实验原理热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质 与温度关系的一类技术。程序控制温度一般是指线性 升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、 降温。物质性质包括质量、温度、热恰变化、尺寸、 机械特性、声学特性、电学和磁学特性等等。在热分析技术中，热重法是指在程序控制温度 下，测量物质质量与温度关系的一种技术，被测参数 为质量（通常为重量），检测装置为“热天平”，热 重法测试得到的曲

2、线称为热重曲线（TG） o热重曲 线以质量作为纵坐标，可以用重量、总重量减少的百 分数、重量剩余百分数或分解分数表示。曲线从上往 下表示质量减少，以温度（或时间）作横坐标，从左 向右表示温度（或时间）增加，所得到的重量变化对 温度的关系曲线则称之为热重曲线。热重法的主要特点咼定量性强，能准确地测量物 质质量变化及变化的速率。在正常的情况下，热重曲 线的水平部分看作咼恒定重量的特征，变化最陡峭的 部分，可以给出重量变化的斜率，曲线的形状和解析 取决于试验条件的稳定性。热重曲线开始偏离水平部 分的温度为反应的起始温度，测量物质的质量是在加 热情况下测量试样随温度的变化，如含水和化合物的 脱水，无机

3、和有机化合物的热分解。物质在加热过程 中与周围气氛的作用，固体或液体物质的升华和蒸发 等，都是在加热过程中伴随有重量的变化。从热重法派生出微商热重法（DTG）和二阶微 商法（DDTG）,前者咼TG曲线对温度（或时间） 的一阶导数，后者是TG曲线的二阶导数。差热分析（DTA）是在程序控制温度下，测量 物质与参比物之间的温度差与温度函数关系的一种技 术，只要被测物质在所用的温度范围内具有热活性， 则热效应联系着物理或化学变化，在所记录的差热曲 线上呈现一系列的热效应峰，峰的位置由物质的化学 组成的晶体结构所决定而峰的面积则与发生反应时 所放出的能量有关。差热分析曲线（DTA曲线）是 描述样品与参比

4、物之间的温度随时间或温度的变化关 系。样品温度的变化是由于相转变或反应的吸热或放 热效应引起的，比如：相转变、熔化、结晶结构的转 变、沸腾、升华、蒸发、脱氢反应、断裂或分解反 应、氧化或还原反应、晶格结构的破坏和其他化学反 应。一般说来，相转变、脱氢还原和一些分解反应产 生吸热效应，而结晶、氧化和一些分解反应产生放热 效应。这些化学或物理变化过程所引起的温度变化可 通过差示技术检测。如果样品和参比物的温度分别为 Ts和Tr,那么温度差（Ts-Tr）就是DTA曲线的纵 坐标。由于检测的是温差，所用的热电偶彼此是反向 串接的，所以Ts和Tr之间的微小差值可以通过适当 的电压放大装置检测，也即可用少

5、量样品进行测试。差示担描量热法（DSC）是在程序控制温度下， 测量输送被测物质和参比物质的能量差与温度关系的 一种技术。定量性和重复性都很好。其仪器和方法发 展都很快，DSC仪器分为两大类，一类为功率补 式，另一类称热流式。差热分析与差示扫描量热法比较，差热分析体系 承受样品和参比物质在程序控温下的温度差，样為温 度明显地增加或减少，归因于发生在样品中能量的放 出（放热）或能量的吸收（吸热），差示扫描量热体 系是在相同温度下测量样器和参比物回路之间的能量 差，当吸热变化产时能量被样品吸收，以增加能量来 补偿、输出给样品，使温度保持平衡。因为这个能量 的输入平衡了被吸收的能量，在量热计上产生了一

6、个 能量的转变。DSC对热分析的贡献就在于它能直接 定量测量物质的转变能量。热分析仪器，主要由样器支持器、能量转变放大 系统、程序温度控制系统、记录显示系统，气氛控制 系统及数据处理系统组成。由于电子技术的发展，集 成电路和微电子学，以及先进的热测量技术，大大提 高了热分析仪器的灵敏度和重现性，计算机的应用使 热分析仪器的操作和数据处理完全自动化。三、实验仪器与试剂1. 仪器#热分析仪(#);电子天平；氧化铝站堀； 子；小勺。2. 试剂待测样品CaC2O4 H2O,差热参比物A12O3o四、实验步骤1. 通水：提前3h接通冷却循环水，按下温控开关保 持水温高于室温10°C o2. 通

7、气：将气瓶出口压力调节至0.2-0.5MPa,提前半 小时开启使气流畅通。调节气体流量，使吹扫气/样 品气为 2()30mL/min ; 天平保护气为 1()2()mL/min。3. 开机：依次打开稳压电源开关、热分析仪开关、工 作站开关，同时开启计算机和打印机。4. 称量：用电子天平准确称取已装入约占绘堀 1/31/2高度的样品(5mg),另准确称取放入适量 参比物的2甘坍。试样为无机物时，试样与参比物 1:1；试样为有机物时，试样与参比物为1:2,。将两只 培堀轻轻敲打颠实。5. 放样：按热分析仪面板控制按键，炉子升起，将样 器托板拨至炉子磁体端口。为避免操作失误导致杂物 调入加热炉中，在

8、打开炉子操作时，一定要将样品托 板拨至热电偶下。用镶子取一只空址堀放入白金样品 吊篮内，将试样绘堀放在检测支持器前皿，将参比物 培堀放在后皿，移开样品托板，按键放下炉子。待天 平稳定后，仪器自动扣除绘坍自重。6. 参数设定：进入操作软件界面，依次输入测量序 号、样品名称、样品质量、绘坍质量、气氛、操作者 姓名等。打开温度校正文件和灵敏度校正文件，设定 初始温度、终止温度和升温速率，采样速率。打开气 体阀门开关。7. 测量：在对话界面，依次点击初始化、清零、开 始。当试样达到预设的终止温度时，测量自动停止。8. 关机：待炉温降下来后再依次关闭工作站开关、电 脑开关、稳压电源开关，关闭冷却水，关闭

9、气瓶。为 了保护仪器，炉温在50()°C以上时不得关闭仪器主机 电源。9. 数据分析：进入仪器分析软件界面，打开测试文件 夹，对原始TG和DTA记录曲线进行适当处理，可 对其求导，得到DTG曲线。选定每个台阶或峰的起 止位置，算出各个反应阶段的TG失重百分比、失重 始温、终温、失重速率最大点温度等。DTA又可选 择项目进行分析，如切线求反应外推起始点、峰值、 峰高、峰面积等。最后数据保存，打印曲线图。CaC2()4 - H2O 的 TG 和 DTA 曲线五、注意事项1. 差热分析是一种动态技术，吸热和放热曲线峰的形 状、位置、数目是重要的。改善实验条件，如升温速 率或炉子气氛，不但峰

10、的位置会改变，也许峰的数目 也会改变，从氮气氛改变成氧气氛，可能产生另外的 放热峰。2. 试样用量、粒度、气氛、容器、装样的紧密程度对 热分析实验结果的影响。六、数据处理1. 由所测DTA曲线，求出各峰的起始温度，将数据 列表记录，求出所测样品的失重率。CaC2()4 H2()的热分析过程：第一阶段脱水：CaC2()4 H2()(固) CaC2H4(固)+ H2()(气)第二阶段脱 CO: CaC2H4 CaC()5 (固)+ CO(气)+()2第三阶段脱 C()2： CaC()3Ca()(固)+C()2(气)18 失重量% =146 X 100% = 12.3%28 草酸钙分解w% = 146 x 100% = 19.2%44 碳酸钙分解= 16 x 100% = 30.1%