2024年差热分析实验报告

差热分析试验汇报一、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(或時间)关系的一种技术。描述這种关系的曲线称為差热曲线或DTA曲线。描述這种关系的曲线称為差热曲线或DTA曲线。由于试样和参比物之间的温度差重要取决于试样的温度变化，因此就其本质来說，差热分析是一种重要与焓变测定有关并籍此理解物质有关性质的技术。

二、试验目的1、理解差热分析的基本原理和试验基本环节。2、测量五水硫酸铜和锡的差热曲线,并简朴计算曲线峰的面积。三、试验原理物质在加热或冷却過程中會发生物理变化或化學变化，与此同步，往往還伴随吸热或放热現象。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，以及氧化還原、分解、脱水和离解等化學变化。另有某些物理变化，虽無热效应发生但比热容等某些物理性质也會发生变化，此类变化如玻璃化转变等。物质发生焓变時质量不一定变化，但温度是必然會变化的。差热分析正是在物质此类性质基础上建立的一种技术。若将在试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)，并以线性程序温度對它們加热。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後時，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，由于热量不也許從试样瞬间导出，于是试样温度偏离线性升温线，且向高温方向移動。反之，在试样发生吸热变化時，由于试样不也許從环境瞬间吸取足够的热量，從而使试样温度低于程序温度。只有經历一种传热過程试样才能答复到与程序温度相似的温度。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似的理想状况，用图1装置测得的试样和参比物的温度及它們之间的温度差随時间的变化如图2所示。图中参比物的温度一直与程序温度一致，试样温度则随吸热和放热過程的发生而偏离程序温度线。當TS-TR=ΔT為零時，因中参比物与试样温度一致，两温度线重叠，在ΔT曲线则為一条水平基线。图2线性程序升温時试样和参比物的温度及温度差随時间的变化试样吸热時ΔT<0，在ΔT曲线上是一种向下的吸热峰。當试样放热時ΔT>0，在ΔT曲线上是一种向上的放热峰。由于是线性升温，通過了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，表达试样和参比物之间的温度差随時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、峰的形状和個数。由它們不仅可以對物质進行定性和定量分析，并且還可以研究变化過程的動力學。曲线上峰的起始温度只是试验条件下仪器可以检测到的開始偏离基线的温度。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點所對应的温度。若不考虑不一样仪器的敏捷度不一样等原因，外推起始温度比峰温更靠近于热力學平衡温度。由差热曲线获得的重要信息之一是它的峰面积。根据經验，峰面积和变化過程的热效应有著直接联络，而热效应的大小又取决于活性物质的质量。Speil(斯贝尔)指出峰面积与對应過程的焓变成正比： 式中，A是差热曲线上的峰面积，由试验测得的差热峰直接得到，K是系数。在A和K值已知後，即能求得待测物质的热效应Qp和焓变∆H四、试验仪器1、计算机一台，差热分析仪一台2、三氧化二铝（Al2O3）样品，五水合硫酸铜（CuSO4•5H2O）样品，锡（Sn）样品五、试验内容1、启動计算机,打開差热分析程序。2、将三氧化二铝和五水硫酸铜样品放進炉子,降下炉体,點击開始试验。3、将温差△T置零，升温速率设為10℃/min，程序開始自動测量温度和温差的变化,观测屏幕上的差热曲线，最终保留试验数据。4、當差热曲线出現3個峰後来，停止试验。将升温炉升起，取出五水硫酸铜。5、當炉内温度降後，放入锡样品，再将炉子放下，按照前面的环节開始试验。6、在锡的一种峰出来之後的合适位置停止试验并取出样品。7、关闭仪器和電脑。

六、试验成果及分析五水硫酸铜差热曲线如下图所示：從图中可以看出有三個峰，前两個峰交叠。由于基线漂移和较零的問題，差热曲线的基线并不為零。使用origin软件對曲线進行基线校准，校准後的图如下所示运用oringin分峰如下图峰面积分别為：A1=1622、A2=1789、A3=1304三個峰的特性温度，可以运用切线计算特性温度，切线法如下图所示從图中可以看出，五水硫酸铜的三個特性温度分别為T1=72℃、T2=102℃、T3=230℃。2、锡差热曲线如下图所示基线拟合後：用切线法计算特性温度如下图所示：從图中可以看出，锡的特性温度為T=230℃用origin求峰的积分為A=2041，Origin高斯函数拟合得面积為A=1992取平均值得A=.成果分析计算五水硫酸铜焓变查表得ΔHSn=7.2kJ/mol，由于试验中用的参照样品三氧化二铝物质的量一直保持不变，因此Speil公式中的系数K不变，五水合硫酸铜在脱水過程中的焓变计算得△H1=5.79kJ/mol、△H2=6.39kJ/mol、△H3=4.66kJ/mol（2）特性温度分析五水硫酸铜试验所得的三個特性温度分别為T1=72℃、T2=102℃、T3=230℃，而资料显示當五水硫酸铜分三步失水的時候，三個特性温度分别為：48℃、115℃和245℃，可以看出基本吻合，但也有较大的误差。试验所得锡的特性温度為230℃，而锡的熔點為231.9℃，误差已經非常小了，因此可以断定锡在试验中发生了固液相变。七、试验误差分析误差重要来源有两個方面1、数据处理误差：用origin处理数据時，例如基线拟合、多峰分离以及切线拟合過程中存在误差（許多参数是手動设定）。2、仪器系统误差：试验设备与外界有热互换、五水硫酸铜也許部分失水、材料密度對试验的影响等。八、思索題1、為何差热峰有時向上，有時向下？答：差热峰的方向和两個原因有关，首先，差热分析中是以参比物還是试样為基准来算差值（即TS-TR=ΔT還是TR-TS=ΔT）；另一方面，发生的反应自身是吸热還是放热的。若以参比物為基准，则放热時ΔT<0，峰向上，吸热時ΔT>0，峰向下；而以试样為基准则是吸热時ΔT>0，峰向上，放热時ΔT<0，峰向下。在本次试验中以试样為基准，由于是吸热反应，因此差热峰向上。2、克服基线漂移，可以采用哪些措施？答：首先，只有當参比物和试样的热性质、质量、密度等完全相似時才能在试样無任何类型能量变化的對应温区内保持∆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原因的影响，這些原因的变化均能引起差热曲线基线的偏移。虽然同一试样用不一样参比物试验，引起的基线偏移也不一样样。為減小试样和参比物在热性质上的明显差异导致的基线漂移，可用试样和参比物均匀混合(即稀释试样)後使用的措施来減小。用厚约O.5mm的参比物覆盖试样，也可以減小试样和参比物与环境热互换上的差异，從而提高测量成果的可靠性。另一方面，较慢的升温速率，使体系靠近平衡条件，基线漂移小。此外，试样量小，差热曲线出峰明显、辨别率高，基线漂移也小。3、影响峰高度和峰面积的原因有哪些？答：试样的导热系数增長，峰高下降。由于试样装填後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，伴随试样容重的变化，装填密度的变化，试样的导热系数也将发生变化。假如粒度变化引起装填空隙減小，而装填空隙中充斥的是导热能力较差的空气時，试样的导热能力将随变大而增大。從而峰高下降，峰面积也下降。對于有气体参与或有气体产物的反应，因粒度变化而使气体的扩散阻力增大時，這不仅阻碍反应進行，并且還會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。