差热分析实验报告.docVIP

10.7 差热分析实验报告 一、实验目的 1、掌握差热分析的基本原理及测量方法 2、学会差热分析仪的操作，并绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。 3、掌握差热曲线的处理方法，对实验结果进行分析。 二、实验原理 1、差热分析基本原理 物质在加热或冷却过程中，当达到特定温度时，会产生物理或化学变化，同时产生吸热和放热的现象，反映了物质系统的焓发生了变化。在升温或降温时发生的相变过程，是一种物理变化，一般来说由固相转变为液相或气相的过程是吸热过程，而其相反的相变过程则为放热过程。在各种化学变化中，失水、还原、分解等反应一般为吸热过程，而水化、氧化和化合等反应则为放热过程。差热分析利用这一特点，通过对温差和相应的特征温度进行分析，可以鉴别物质或研究有关的转化温度、热效应等物理化学性质，由差热图谱的特征还可以用以鉴别样品的种类，计算某些反应的活化能和反应级数等。 在差热分析中，为反映微小的温差变化，用的是温差热电偶。在作差热鉴定时，是将与参比物等量、等粒级的粉末状样品，分放在两个坩埚内，坩埚的底部各与温差热电偶的两个焊接点接触，与两坩埚的等距离等高处，装有测量加热炉温度的测温热电偶，它们的各自两端都分别接人记录仪的回路中在等速升温过程中，温度和时间是线性关系，即升温的速度变化比较稳定，便于准确地确定样品反应变化时的温度。样品在某一升温区没有任何变化，即也不吸热、也不放热 ，在温差热电偶的两个焊接点上不产生温差，在差热记录图谱上是一条直线，已叫基线。如果在某一温度区间样品产生热效应，在温差热电偶的两个焊接点上就产生了温差，从而在温差热电偶两端就产生热电势差，经过信号放大进入记录仪中推动记录装置偏离基线而移动，反应完了又回到基线。吸热和放热效应所产生的热电势的方向是相反的，所以反映在差热曲线图谱上分别在基线的两侧,这个热电势的大小，除了正比于样品的数量外，还与物质本身的性质有关。 ΔT为零；而试样在某温度下有放热（吸热）效应时，试样温度上升速度加快（减慢），就产生温度差ΔT，把ΔT转变成电信号放大后记录下来，可得差热曲线图。 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和程序温度一致，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。当为零时，因参比物与试样温度一致，两温度线重合，在ΔT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ΔT0，在ΔT曲线上是一个向下的吸热峰。当试样放热时ΔT0，在ΔT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ΔT-t图转换成ΔT-T图。ΔT- 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。差热图谱中峰的数目表示在测定温度范围内，待测样品发生变化的次数；峰的位置表示发生转化的温度范围；峰的方向指示过程是吸热还是放热；峰的面积反映热效应大小（在相同测定条件下）。峰高、峰宽及对称性除与测定条件有关外，往往还与样品变化过程的动力学因素有关。这样从差热图谱中峰的方向和面积可测得变化过程的热效应（吸热或放热、以及热量的数值）。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。(斯贝尔)指出峰面积与相应过程的焓变成正比： 式中，是A差热曲线上的峰面积，m是样品质量，、分别为峰的起始、终止时刻，为时间t内样品与参比物的温差，由实验测得的差热峰直接得到，K是系数。在峰值已知后，即能求得待测物质的热效应和焓变。 三、实验试剂与仪器 试剂：CuSO4·5H2O，Sn，参比物 Al2O3 仪器：差热分析仪（CRY—2台 四、实验内容 (1) 将待测样品CuSO45H2O放入一只坩埚中，在另一只坩埚中放入重量基本相等的参比物Al2O3)。然后将其分别放在样品托的两个托盘上，盖好保温盖。 开始升温。 () 记录升温曲线和差热曲线，直至温度升至发生要求的相变且基线变平后，停止记录。 (5) 打开炉盖，取