实验五差热分析.ppt

实验五 差热分析,湘南学院化学与生命科学系,(一)实验目的1.用差热仪绘制CuSO45H2O等样品的差热图。2.了解差热分析仪的工作原理及使用方法。3.了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。(二)实验要求1.掌握差热分析原理和定性解释差热谱图。2.热仪绘制五水硫酸铜等样品的差热图。,一、实验目的与要求：,二、实验原理：,物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。差热分析(Differentiai Thermal Analysis.简称DTA)就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。,差热分析仪的结构如图5-1所示。它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统(记录仪或微机)。差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，见图5-1)。A、B两端引入记录笔1，记录炉温信号。,图5-1 差热分析原理图,若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图5-2中T；A、C端引入记录笔2，记录差热信号。若样品不发生任何变化，样品和参比物的温度相同，两支热电偶产生的热电势大小相等，方向相反，所以VAC0，笔2划出一条直线，,图5-2 典型的差热图,图5-2 典型的差热图,如图5-2中AB、DE、GH段，是平直的基线。反之，样品发生物理化学变化时，VAC0，笔2发生左右偏移(视热效应正、负而异)，记录下差热峰如图5-2中BCD、EFG所示。两支笔记录的时间温度(温差)图就称为差热图，或称为热谱图。,从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生物理化学变化的次数；峰的位置表示物质发生变化的转化温度(如图5-2中TB)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰面积说明热效应的大小：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。,在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。,样品的相变热H可按下式计算：（1）式中，m为样品质量；b、d分别为峰的起始、终止时刻；T为时间内样品与参比物的温差；代表峰面积；K为仪器常数，可用数学方法推导，但较麻烦，本实验用已知热效应的物质进行标定。已知纯锡的熔化热为59.3610-3Jmg-1，可由锡的差热峰面积求得K值。,差热分析仪(实验用DZ3320型)1套。分析纯CuSO45H2O；CaC2O4H2O;Sn；参比物-Al2O3。,三、仪器试剂,四、实验步骤,1、仪器常数的测定(1)将电源和数据线接在主机上，数据线的另一端接在计算机的主机上，打开电源进行预热五分钟。,(2)将标准样品样品（Sn）称重（约6mg-7mg）放入坩锅中，在另一只坩埚中放入质量相等的参比物（Al2O3）,然后将样品坩埚放在样专架有左边托盘上，参比物放在右边托盘上。(3)设置参数值。按一下仪器主机上的设置键，仪器将进入设置状态，用键选择所要设置的参数，用键将温度调至所需值(CuSO45H2O的实验温度为450)，将升温速度调节至所需升温速度10min-1。再按一下结束键，退出设置状态。,(4)设置完成后，按RUN键即可进行实验。将差热分析仪软件打开点击开始测试，此时电脑上将出现温度和温差随时间变化的两条曲线。同时，“运行”将一直闪动，待听到主机滴一声后，表示运行结束，“运行”也就停止闪动。实验完毕。(5)待仪器温度降至50后，准备测定试样（CuSO45H2O）。2、CuSO45H2O差热曲线的测定（方法同1）。,四、注意事项,1、坩埚一定要清理干净，否则埚垢不仅影响导热，杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。2、样品必须研磨的很细，否则差热峰不明显；但也不要太细。一般差热分析样品研磨到200目为宜。样品要均匀平铺在坩锅底部。否则作出的曲线极限不平整。3、实验过程中注意不要动计算机键盘。,五、数据记录,六、数据处理,1.由所测样品的差热图，求出各峰的起始温度和峰温，将数据列表记录。2.根据公式（1）由锡的差热峰面积求得K值，然后求出所测样品的热效应值。3.样品CuSO45H20的三个峰各代表什么变化，写出反应方程式。根据实验结果，结合无机化学知识，推测CuSO45H2O中5个H2O的结构状态。,七、实验成败的关键,（1）坩埚一定要清洗干净，否则坩埚不仅影响导热，杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。（2）称量一定要准确。两个坩锅一定要平整的放在坩锅架上。,思考题,1.DTA实验中如何选择参比物？常用的参比物有哪些？2.差热曲线的形状与那些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？3.DTA和简单热分析(步冷曲线法)有何异同？4.试分析差热曲线上的热力学平衡和非平衡线段。5.DTA实验中,若把样品和参比物位置放颠倒，对所测差热图谱有何影响？对实验结果有无误差？这什么？6.差热峰前后基线不在同一水平线上，是何原因？,