差热分析实验报告一、 引言差热分析（ D T A ）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（ 或时间） 关系的一种技术描述这种关系的曲线称为差热曲线或D T A曲线描述这种关系的曲线称为差热曲线或D T A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，因此就其本质来说， 差热分析是一种重要与焰变测定有关并籍此了解物质有关性质的技术A二、实验目的1、了解差热分析的基本原理和实验基本环节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、实验原理物质在加热或冷却过程中会发生物理变化或化学变化， 与此同时， 往往还随着吸热或放热现象随着热效应的变化，有晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等化学变化另有一些物理变化, 虽无热效应发生但比热容等某些物理性质也会发生改变，这类变化如玻璃化转变等物质发生焙变时质量不一定改变， 但温度是必然会变化的差热分析正是在物质这类性质基础上建立的一种技术若将在实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 ）， 并以线性程序温度对它们加热 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后时, 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，由于热量不也许从试样瞬间导此于是试样温度偏离线性升温线, 且向高温方向移动反之, 在试样发生吸热变化时，由于试样不也许从环境瞬间吸取足够的热量， 从而使试样温度低于程序温度只有经历一个传热过程试样才干回复到与程序温度相同的温度 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同的抱负情况， 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Ts—TR= A T为零时，因中参比物与试样温度一致，两温度线重合，在A T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AT V 0 ,在A T曲线上是一个向下的吸热峰当试样放热时AT〉 ，在AT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AT-t图转换成A T —T图AT-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、峰的形状和个数由它们不仅可以对物质进行定性和定量分析, 并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可以检测到的开始偏离基线的温度 根据KTA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相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S p ei l( 斯贝尔) 指出峰面积与相应过程的焰变成正比:A =「NTdtm„\H= Kg 2)= KQpg入式中，A是差热曲线上的峰面积，由实验测得的差热峰直接得到，K是系数在A和K值已知后,即能求得待测物质的热效应QP和焰变A H四、实验仪器1、计算机一台，差热分析仪一台2、三氧化二铝( A I 2 O 3 )样品， 五水合硫酸铜( C u S O j 5 H 2)样品， 锡( S n )样品五、实验内容1、启动计算机, 打开差热分析程序2、将三氧化二铝和五水硫酸铜样品放进炉子， 降下炉体， 点击开始实验3、将 温 差 置 零 ，升温速率设为1 0 ℃/ m i n ,程序开始自动测量温度和温差的变化， 观测屏幕上的差热曲线, 最后保存实验数据。
4、当差热曲线出现3个峰以后， 停止实验将升温炉升起， 取出五水硫酸铜5、当炉内温度降后，放入锡样品， 再将炉子放下, 按照前面的环节开始实验6、在锡的一个峰出来之后的适当位置停止实验并取出样品7、关闭仪器和电脑A六、实验结果及分析1、五水硫酸铜 差热曲线如下图所示:从图中可以看出有三个峰, 前两个峰交叠 由于基线漂移和较零的问题, 差热曲线的基线并不为零使 用ori g in软件对曲线进行基线校准, 校准后的图如下所示 60504030201000 1 i 1 i • । • । , । • । , । , i0 50 100 150 200 250 300 350 400Subtracted Data X1运用orin g in分峰如下图 60.0-52.5-45.0-37.5-30.0-22.5-15.0-7.5-0.0-0 44 88 132 176 220 264 308 352 396峰面积分别为:Al= 1 622> A2=l 789> A3 = 13 0 4三个峰的特性温度，可以运用切线计算特性温度, 切线法如下图所示 Er oclP①oBeqns从图中可以看出， 五水硫酸铜的三个特性温度分别为T l= 7 2 ℃、T 2 = l 0 2 ℃> T 3 = 2 3 0 ℃o2、锡差热曲线如下图所示 T基线拟合后: Subtracted fro-20 । । । । 1 । 1 । 1 । 1 । 1 ।50 100 150 200 250 300 350 400Subtracted_Data X1用切线法计算特性温度如下图所示: 20[Sn]Sn!D[363] ---------Subtracted froSlope=4.97195T00X-J80n60---oO4251 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0Subtracted Data X1从图中可以看此锡的特性温度为T =2 3 0 °C用 o r i g i n 求峰的积分为A = 2 0 4 1 , O r i g i n 高斯函数拟合得面积为A=1 9 9 2取平均值得A =2 0 2 3 .3 、 结果分析（ 1 ） 计算五水硫酸铜焰变查表得AH s n =7 . 2 k J/ mo l, 由于实验中用的参照样品三氧化二铝物质的量始终保持不变,所以S p e i 1 公式中的系数K不变，五水合硫酸铜在脱水过程中的焰变计算得△ H , =5 . 7 9 kJ / m o 1 、A H2= 6 . 3 9 k J / m o 1 , A H3= 4 . 6 6 k J / m o 1( 2 ) 特性温度分析 五水硫酸铜实验所得的三个特性温度分别为T l=7 2 ℃、T 2 =1 0 2 ℃, T 3 = 2 3 ( ) C ,而资料显示当五水硫酸铜分三步失水的时候， 三个特性温度分别为： 4 8 ℃、1 1 5 C和2 4 5 ℃,可以看出基本吻合，但也有较大的误差。
实验所得锡的特性温度为2 3 0 ℃,而锡的熔点为2 3 1 . 9 ℃,误差已经非常小了， 因此可以断定锡在实验中发生了固液相变七、实验误差分析误差重要来源有两个方面1、 数据解决误差: 用o r i g i n解决数据时， 比如基线拟合、 多峰分离以及切线拟合过程中存在误差( 许多参数是手动设定) 2、仪器系统误差：实验设备与外界有热互换、五水硫酸铜也许部分失水、材料密度对实验的影响等八、思考题1、为什么差热峰有时向上， 有时向下？答：差热峰的方向和两个因素有关，一方面， 差热分析中是以参比物还是试样为基准来算差 值 ( 即 TS—TR= A T 还 是 TR-TS =AT ) ;另一方面， 发生的反映自身是吸热还是放热的若以参比物为基准， 则放热时△T < 0 ,峰向上， 吸热时AT〉峰向下; 而以试样为基准则是吸热时△” ( ) ,峰向上， 放热时AT v O ,峰向下在本次实验中以试样为基准， 由于是吸热反映，因此差热峰向上2、克服基线漂移， 可以采用哪些措施？答：一方面， 只有当参比物和试样的热性质、质量、密度等完全相同时才干在试样无任何类型能量变化的相应温区内保持AT u 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因素的影响， 这些因素的变化均能引起差热曲线基线的偏移即使同一试样用不同参比物实验， 引起的基线偏移也不同样为减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）后使用的方法来减小用厚约0. 5mm的参比物覆盖试样， 也可以减小试样和参比物与环境热互换上的差别， 从而提高测量结果的可靠性另一方面，较慢的升温速率， 使体系接近平衡条件，基线漂移小止匕外, 试样量小, 差热曲线出峰明显、分辨率高, 基线漂移也小3、影响峰高度和峰面积的因素有哪些？答：试样的导热系数增长，峰高下降由于试样装填后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，随着试样容重的改变，装填密度的变化, 试样的导热系数也将发生改变假如粒度改变引起装填空隙减小，而装填空隙中充满的是导热能力较差的空气时，试样的导热能力将随变大而增大从而峰高下降，峰面积也下降对于有气体参与或有气体产物的反映， 因粒度改变而使气体的扩散阻力增大时， 这不仅阻碍反映进行，并且还会加大气体产物在试样周边的局部分压，导致分解压加大而使分解困难。
这时， 易使峰高下降、峰宽加大性升温时， 较快的升温速率通常导致向高温移动和峰面积增长这是由于若仅考虑升温速率， 试样在单位时间内发生转变或反映的量随升温速率增大而增长， 从而使转变速率增长由于差热曲线从峰返回基线的温度是由时间和试样与参比物间的温度差决定的， 所以升温速率增长， 曲线返回基线时或热效应结束时的温度均向高温方向移动。