实验热重法分析CaC2O4

1、实验十三SDT Q600热分析仪的应用及热分析谱图的解析方法一、实验目的1、掌握热分析法的一般原理。2、掌握SDT Q600热分析仪的工作原理，了解其使用方法。3、掌握热分析谱图的解析方法。二、实验原理和技术热重法（TG）热重法是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一 种技术。物质受热时，发生化学反应，质量也就随之改变，测定物质质量的变化就可研究其变化 过程。热重法实验得到的 曲线称为热重曲线（即TG 曲线）。TG曲线以质量作 纵坐标，从上向下表示质 量减少；以温度（或时间） 为横坐标，自左向右表示 温度（或时间）增加。热重法的主要特点是定量性强，能准确地测量物质的变化及 变化的速率。差

2、热分析（DTA）差热分析是在程序控制温度下，测量试样与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。许多物质在加热或冷却过程中会发生熔化、凝固、晶型转变、 分解、化合、吸附、脱附等物理化学变化，这些变化必将伴随体 系焓的改变，因而产生热效应，其表现为该物质与外界环境之间 有温度差。选择一种对热稳定的物质作为参比物，将其与样品一 起按设定速率升温。分别记录参比物的温度以及样品与参比物间 的温度差，以温差对温度作图就可以得到一条差热分析曲线，或m 0.05fC 0.00：e -0.05r -0.10：-0.15：-0.20；-0.25-0.30孕 d eruTareom e020040060080010

3、00Temperature称差热谱图（DTA曲线）。 DTA曲线以AT（或C/mg） 作纵坐标，从上向下表示 吸热；以温度（或时间） 为横坐标，自左向右表示 温度（或时间）增加。DTA有两个缺点，其一，试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系 数K值变化，难以进行定量；其二，试样产生热效应时，由于与 参比物、环境的温度有较大差异，因而三者之间会发生热交换， 这样就降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。由于这两个缺点， 使得DTA技术难以进行定量分析工作，只能进行定性或半定量的 分析工作。为了克服DTA的缺点，发展了差示扫描量热法，即DSC。（3）差示扫描量热法（DSC）差示扫描量热法

4、是在程序控制温度下，测量输给物质与参比 物的功率差与温度关系的一种技术。由于对试样产生的热效应能及时得到应有的补偿，使得试样 与参比物之间无温差、无热交换；而且试样升温速率始终跟随炉温线性升温。因此不仅对测量灵敏度和精度都大有提高、而且也 能进行热量的定量分析工作。DSC曲线纵坐标为 热流率dH/dt（单位 mcal/s或者w/g），峰向上 为放热，向下为吸热；自 左向右表示温度（或时 间）增加。仪器SDT Q600热分析仪一台试剂CaC2O4H2O （化学纯）四、实验操作步骤Al2O3坩蜗两只气氛高纯氮（99.999%）三、实验用品（一）开启仪器先打开保护气（氮气）气瓶总阀门，再打开减压阀，

5、使减压阀刻度小于0.1MPa；打开稳压电源；打开仪器电源开关，仪器即开始启动，当TA Instruments徽标 出现在触摸屏上，表示仪器可以开始使用了；打开电脑的电源，待电脑启动完毕，双击桌面“Q Series Explore 按钮，电脑与仪器即开始进行连接；在打开的“Q系列仪器浏览器”窗口中找到“Q600-277”图标，双击它打开仪器控制界面。（二）操作顺序根据需要编辑好操作程序里面的“Summary” Procedure”以及 “Notice”选项卡。（包括：选择模式和要保存的信号；选择测杯类 型和材料；设置主净化气体和辅助净化气体流速；创建或选择实 验过程，并通过TA仪器控制软件输入实

6、验信息，具体见参数设 定部分）；去皮：打开炉门，在参比和样品横梁上分别放置一个洁净的空 坩蜗，关闭炉门，按“Tare”键去皮；加载样品：打开炉门，取出样品坩蜗并往坩蜗里放置待测样品， 然后关闭炉门（样品加载量约10 mg左右，仅需在坩蜗底部平 铺一层即可）；按“开始”键，仪器即按照既定程序开始工作，在仪器操作界 面中可出现数据记录曲线和仪器状态表；主机按照既定程序工作完毕，即自动开始降温，待温度降至室 温后，即可取出样品和根据需要决定是否关闭仪器；数据处理，从计算机中调出实验数据文件，然后进行分析。（三）“草酸钙热分解过程”实验参数的设定“Procedure mode” 设定为“SDT Sta

7、ndard”。“Procedure test” 设定为“Custom”。升温速度“method”为“以20 C每分钟的加热速度加热到850 C ”。保护气选择氮气，气体流量为100 mL/min。样品坩蜗为Al2O3坩蜗。（四）关闭仪器热分析系统的所有组件均设计为可长时间通电，如果将由开 关引起的电源波动降到最低，则仪器的性能便更可靠，鉴于这些 原因，不赞成频繁地打开和关闭系统。因此当您在仪器上完成实 验并想将热分析系统用于其他任务时，建议您让仪器保持打开状 态。五、数据处理调出实验数据文件，对谱图做热重数据处理，即标出 CaC2O4.H2O在各阶段分解的失重百分比、分解温度和残留量。六、思考

8、题根据CaC2O4.H2O各阶段失重百分比，请分析CaC2O4.H2O在各 阶段分解后的分解产物，并写出化学方程式，计算理论失重量， 并与实验值相比较。根据五水硫酸铜各阶段失重百分比（第一阶段14.29%，第二阶 段14.42%，第三阶段7.02%，第四阶段32.13%，第五阶段3.21%， 残留28.93%，），分析五水硫酸铜在各阶段分解后的分解产物， 用化学方程式表示。（CuSO4.5H2O分子量250）为什么在升温过程中即使样品无质量变化也会出现DSC峰？简述分别在空气和氮气气氛下进行CaC2O4 . H2O的热分析实 验，所得的热重谱图是否完全一样，为什么？所得的差热谱图（DTA曲线）

9、是否完全一样，为什么？取NiC2O4.2H2O试样分别在空气和N2气氛下做热重分析，前者 得到失重百分比为分别为19.5%和39.3%（相邻两步分解合计 39.3%），后者条件的失重率分别为19.45%和48%（相邻三步 分解合计48%），试写出NiC2O4.2H2O在空气和N2气氛下分解的化学方程式。(NiC2O4.2H2O 分子量为 182.75, NiC2O4.2H2O的草酸根分解机理同CaC2O4.H2O和CuSO4.5H2O)七、附注1仪器简介SDT Q600 (Simultaneous DSC-TGA Q SeriesTM)仪器是一种可以同 时执行差式扫描量热(DSC)和热重分析(

10、TGA)的分析仪器。SDT Q600 可在从室温到1500C的温度范围内测量与材料内部的转变和反应相关的 热流(DSC)和重量(TG)变化。Q600非常适合高温材料(金属、矿物质、陶瓷和玻璃)的研究，在以 下方向有广泛的应用：无机物、有机物及聚合物的热分解；金属在高温下受 各种气体的腐蚀过程；含湿量、挥发物及灰份含量的测定；反应动力学研究； 发现新化合物；催化活度的测定；氧化稳定性和还原稳定性的研究；反应机 制的研究等。样品为有机物时，温度超过600C，户机物将被炭化。样品坩埚可以在酒精喷灯上灼烧后 重机仅当温度低于560C，才能够用强制空气冷却。(仪器此时会提示“喀 嚓”声）。炉内温度太高时，炉门不能打开。加载样品的量不能太多，在坩埚底部平铺一层即可。加载样品时，