差热分析
小组成员（邓静詹孝军杨盼）
一．预习提问
1. 简述差热分析的基本原理.
答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物（参比物）之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中, 凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或DTA 曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。2. 差热分析中如何判断物质发生了变化答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化
3. 差热分析中如何选择参比物？答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用阿尔法氧化铝、煅烧过的氧化镁、
二氧化硅及金属镍等。选择时应尽量采用与待测物比热容、热导率及颗粒度相一致的物质，以提高准确性。
4. 实验中，作温度工作曲线的目的是什么？答：目的是为了间接测定物质在加热过程中的温度变化以及差热曲线出现峰或者谷时的温度，以准确快速的
测出物质在相应温度下产生的
热效应。
5. 差热曲线主要受哪些实验条件的影响答：（1）仪器方面的因素：包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形状、热电偶性能及其位置、显示、记
录系统精度、走纸速率等。（2）试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的选择等。（3）实验条件：包括加热速度、气氛和压力等。
二．思考题
1. 简述差热分析的基本原理.
答：差热分析，是在温度程序控制下，测量物质与基准物（参比物）之间的温度差随时间变化的技术。试样在加热（冷却）过程中, 凡有物理变化或化学变化发生时，就有吸热（或放热）效应发生，若以在实验温度范围内不发生物理变化和化学变化的惰性物质作参比物，试样和参比物之间就出现温度差，温度差随温度变化的曲线称差热曲线或DTA 曲线。差热分析是研究物质在加热（或冷却）过程中发生各种物理变化和化学变化的重要手段。2. 差热分析中如何判断物质发生了变化答：当差热曲线出现峰或者谷时，表示物质发生了热焓的变化，即说明了物质发生了变化
3. 差热分析中如何选择参比物？答：作为参比物的材料必须具备的条件是在测定的温度范围内保持热稳定，一般用阿尔法氧化铝、煅烧过的氧化镁、二氧化硅及金属镍等。选择时应尽量采用与待测物比热容、热导率及颗粒度相一致的物质，以提高准确性。
4. 实验中，作温度工作曲线的目的是什么？答：目的是为了间接测定物质在加热过程中的温度变化以及差热曲线出现峰或者谷时的温度，以准确快速的测出物质在相应温度下产生的热效应。
6. 差热分析什么说明物质的变化次数？答：差热图中峰的数目说明了样品在这段时间内变化的次数。
7. 差热图主要受哪些实验条件的影响？
答：（1）仪器方面的因素：包括加热炉的形状和尺寸、坩埚材料及大小形
状、热电偶性能及其位置、显示、记录系统精度、走纸速率等。
（2）试样因素：包括试样的热容量、热导率和试样的纯度、结晶度或离子取代以及试样的颗粒度、用量及装填密度、参比物的选择等。
（3）实验条件：包括加热速度、气氛和压力等。
7. 为什么加热过程中即使试样未发生变化，差热曲线仍会出现基线漂移？答：可能是机器的噪音，样品与参比物的粒度和热容不一致所引起的基线漂移。
8. 在差热实验中，为什么要控制升温速度？升温过快或过慢有何后果？
答：升温速率对差热曲线有重大的影响，常常影响峰的形状、分辨率和峰所对应的温度值。升温速率较低时，基线漂移较小，分辨率较高，但测定的
时间相对较；而升温速率过高，基线漂移严重，分辨率较低，
但测试时间较短
9. 如何应用差热曲线来解释物质的物理变化及化学变化过程？答：：通过测定样品与参比物的温度差对时间的函数关系，来鉴别物质或确定组成结构以及转化温度、热效应等物理化学性质。
10. 差热曲线的形状与哪些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？
答：影响差热曲线的形状：升温速率，样品的颗粒大小，气氛和压力。影响差热分析结果的主要因素：差热峰是否圆滑，基线是否漂移，质量是否准确。
11. 差热分析和简单热分析（步冷曲线法）有何异同？答：相同点：都是研究物质随着温度的变化发生各种物理和化学效应时产生的各种能量变化，
依据这些能量的变化对试样进行定性和定量分析。不同点：简单的热分析是直接研究物质本身的温度随时间的变化关系，通过步冷曲线的拐点和平台对样品进行定性和定量分析是热力学平衡状态。差热分析是研究物质与参比物的温度差随温度的变化关系，通过差热峰的峰的数目，位置，方向，大小对样品进行定性和定量分析，不是热力平衡状态。
12. 试从物质的热容解释差热曲线的基线漂移答：基线漂移说明参比物和样品有热容差异，且与粒子的颗粒，填装的密度有关。
13. 在什么情况下，升温过程与降温过程所得到的差热分析结果相同？在什么情况下，只能采用升温或降温方法？
答：1?一般来说高纯度金属样品的熔点（凝固点），由于其熔距极窄, 用升温或降温分析的结果基本相同。2.根据物质测定所需要的条件来确定，如熔化，脱水则升温，物质凝聚则降温。
14. 装试样与参比物的两只坩埚如果放颠倒了，出来的图谱会怎样？答：出来图像凹凸与正常测试图像相反（原来凹的凸原来凸的凹）。
15. 试样的量过多有什么不好？
答：有些物质加热伴随的体积增大使式样溢出坩锅影响时间准确度。
16. 本实验中为什么参考物都置于样品杆上？
答：必须都放在样品杆的托盘上，因为参考物和被测物必须同时升温，在被测物不发生热效应时，保持两者温差厶T=O,在被测物发生热效应时，反应出此时两者的温差△ T O
17. 反应前后差热曲线的基线往往不在一条水平线上，为什么？答：在实际测量时，由于样品与参比物的比热容，导热系数，粒度，装填情况等不可能
完全相同，因而差热曲线的极限不一定与时间轴平行，峰前后的基线也不一定在同一条直线上。试样的热容量和热导率的变化会引起差热曲线的基线变化，一台性能良好的差热仪的基线应是一条水平直线，但试样差热曲线的基线在热反应的前后往往不会停留在同一水平上。这是由于试样在热反应前后热容或热导率变化的缘故。
18..从差热图上我们可以得出哪些信息？
解：从差热图上可清晰在看到差热峰的数目、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；峰的位置表示物质发生变化的转化温度范围；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；在相同的情况下，峰面积大的表示热效应也大。
19. 在样品的处理上，有哪些要求？为什么？
解：样品粒度大约200 目左右（可用分子筛筛选，如果没有，直接目测，如在本实验中，研磨后的试样CuSO?5H2O与参比物α-氧化铝粒径差不多则可）。虽然颗粒小可以改善导热条件，但太细可能破坏晶格或分解，颗粒太大则会造成较大的基线漂移
20. 升温速率对峰的形状有何影响？
答；升温速率较低时，基线漂移较小，分辨率较高，但测定的时间相对较；而升温速率过高，基线漂移严重，分辨率较低，但测试时间较短，一般升温速率10 度每分钟。
三．书后思考题
1. 如何应用差热曲线来解释物质的物理变化及化学变化过程？答：通过测定
样品与参比物的温度差对时间的函数关系，来鉴别物质或确定组成结构以及
转化温度、热效应等物理化学性质。
2. 差热曲线的形状与哪些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？答：影响差热曲线的形状：升温速率，样品的颗粒大小，气氛和压力。
影响差热分析结果的主要因素：差热峰是否圆滑，基线是否漂移，质量是否准确。
3. DTA和简单热分析（步冷曲线法）有何异同
答：相同点：都是研究物质随着温度的变化发生各种物理和化学效应时产生的各种能量变化，依据这些能量的变化对试样进行定性和定量分析。不同点：简单的热分析是直接研究物质本身的温度随时间的变化关系，通过步冷曲线的拐点和平台对样品进行定性和定量分析是热力学平衡状态。差热分析是研究物质与参比物的温度差随温度的变化关系，通过差热峰的峰的数目，位置，方向，大小对样品进行定性和定量分析，不是热力平衡状态。
4. 试从物质的热容解释差热曲线的基线漂移？
答：基线漂移说明参比物和样品有热容差异，且与粒子的颗粒，填装
的密度有关
5. 在什么情况下，升温过程与降温过程所得到的差热分析结果相同？在什么情况下，只能采用升温或降温方法？
答：1?一般来说高纯度金属样品的熔点（凝固点），由于其熔距极窄，用升温或降温分析的结果基本相同。2.根据物质测定所需要的条件来确定，如物质的熔化，脱水等则升温，物质的凝聚等则降温。
四.选择题
1. 在差热分析实验中，当使用双笔记录仪同时记录加热时的升温曲线和差热曲线时，若已知试样在加热过程中既有吸热效应也有放热效应，则差热曲线的基线应调在（C）
（A）记录仪量程范围内的任何位置（B）记录仪的左端位置
（C）记录仪的中间位置（D）记录仪的右端位置
2. 差热分析中样品的粒度大约为（A ）
A. 200 目
B.100
C.300 目
D.50 目
3. 下面哪种物质不能作为差热分析的参比物（A ）
A. CuSQ ?5HO
B. : -Al 2O
C. MgO C. Ni
4. 差热分析测CUSO? 5H2O的实验，所设定的升温速率为（C）
A .20 C/min B.30 C/min
C. 10 C/min
D.40 C /min
5. 差热分析图谱峰的个数代表（B）
A. 方向
B. 变化的次数
C.大小
D. 物质的种类
6. 差热分析图谱中面积的大小表示（A）
A. 热效应的大小
B. 质量差
C.减少的质量
7. 关于差热分析中温度笔和差热笔的说法正确（C ）
A. 温度笔放置差热图纸右端，温差笔放置差热图纸左端
B. 温差笔放置差热图纸左端，温度笔放置差热图纸右端
C. 温度笔放置差热图纸右端，温差笔放置差热图纸中间
D. 温差笔放置差热图纸中间，温度笔放置差热图纸右端
8. 本实验中，在加热炉中放置样品时，是按下面哪个选项？（A ）
A. 左参比右样品
B. 左样品右参比
C没有要求
9. 在调节差热笔与温度笔位置时，下面哪项操作是正确（B ）
A. 直接用手移动差热笔与温度笔至所要求的位置
B. 打开记录仪开关，用调零旋纽将差热笔调到纸张的中央，同时用调零旋纽将温度笔调至纸张的右端。
C. 打开记录仪开关，用调零旋纽将差热笔调到纸张的右端，同时用调零旋纽将温度笔调至纸张的右端中央。
D. 打开记录仪开关，用调零旋纽将差热笔调到纸张的中央，同时用调零旋纽将温度笔调至纸张的左端。
10. 差热分析实验结束后，下面哪项对实验所用的铝坩埚的处理是正确的（C ）
A. 用碱泡，再用水洗
B. 直接用水洗则可
C. 用酸泡，再用水洗
11. 差热分析实验中，下面哪项操作是正确的（D ）
A. 打开差热仪主机开关，预热20 分钟，按实验要求处理好样品，调好记录仪，设定差热仪主机上的差热量程为250 μV设定升温速率为10 oC/min ,按下功能键“加热”，“升温”即可。
B. 打开记录仪开关，将差热笔和温度笔置于0.5 mV/cm, 将开关打开，按要求调好两笔位置，设定走纸速度，按下“ START即可。
C. 实验结束后，关闭记录仪开关，拉出记录纸，并撕下图形部分，则可分析图形。
D. 在调节电控机箱时，设定差热量程为250 μV,同时摁灭“ 0”键, 设定升温速率为10 oC/min,按下功能键“加热”，“升温”即可。
12. 在设定升温速率时，下面哪项是正确的（D ）
A. 升温速率越快越好
B. 升温速率越慢越好
C. 升温速率不影响实验结果，因此可以任意设定
D升温速率适中则可，如本实验中设定为10 oC/min
13. 差热分析中，关于数据处理上，下面哪个说法是正确的 ( C )
A. 从峰顶A作平行线与温度线T及基线L相交于MN两点，测其两点间的距离d(cm), 用d 乘以量程( 0.5 mV/cm )，得一电压值，查表，则可得其温度。
B. 从峰顶A作平行线与温度线T及基线L相交于M.N两点，若差热笔在前(设定走纸方向为正向)，则沿与走纸相反的方向将MN平移笔间距，交温度线及基线于M.Nι两点，测M.Nι两点距离d,用d乘以量程(0.5 mV/cm)，得一电压值，查表，则可得其对应的温度。
C. 从峰顶A作平行线与温度线T及基线L相交于M.N两点，若差热笔在前(设定走纸方向为正向)，则沿与走纸相反的方向将MN平移笔间距，交温度线及基线于M.Nι两点，测M.Nι两点距离d,用d乘以量程(0.5 mV/cm)，得一电压值U ,加上当天室温所对应的电压值U2, 得U,查表得U所对应的温度值，即为所求的温度。
14. 关于参比物的选择，下面哪个选项是最好的( D )
⑴作为参比物在实验测定温度范围内，必须有好的热稳定性。
⑵选择参比物时在尽量采用与待测物比热容一致的物质。
⑶选择参比物时在尽量采用与待测物热导率一致的物质。
⑷选择参比物时在尽量采用与待测物颗粒度一致的物质。
A.(l)
B.⑵⑶
C.⑴⑵⑶
D.(l)⑵⑶⑷
15. 差热分析中, 以下哪种类型的水会对基线产生较大影响？( C )
A. 结晶水
B. 结构水
C. 受潮产生的吸湿水
D. 空气中的水蒸气
16. 当试样称得越多时,试验中差热峰的高度会发生何种变化？( A)
A. 变高
B. 变低
C. 不变
17. 差热分析广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热
量，包括（D）等物理或化学反应。
1）相变2 ）分解3 ）化合4 ）凝固5 ）脱水6 ）蒸发
A.1 ）、2）、3）
B.3 ）、4）、5）
C.2)、4) 6)
D.1) 、2）、3）、4）、5）、6）
18. 一般的差热分析仪由（A ）等组成。
A. 加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统
B. 加热系统、温度控制系统、信号放大系统
C. 加热系统、温度控制系统、记录系统
D. 加热系统、温度控制系统、信号放大系统、差热系统
19. 本实
验对五水硫酸铜的差热分析过程中，一共会出现几个峰（C）
A.1个
B.2 个
C.3 个
D.4 个
20. 本实验升温速率设定为10 C∕min,若将升温速率的设定值太小或
太大将分别会对实验操作有何影响？（A）
A. （1）升温速率的设定值太小使差热曲线有较小的基线移漂，接近于
体系的平衡条件，可以分辨出靠很近的变化过程，但每次测定须要较长时
间。（2 ）升温速率的设定值太大峰形比较尖锐，测定时间较短，而基线漂
移明显，与平衡条件相距较远，出峰温度误差较大，分辨能力也下降。
B. 这两种情况下差热曲线的形状不发生明显变化，均不会对实验造成
较大影响
C. （1 ）升温速率的设定值太小出了使差热曲线的基线漂移幅度变大，无
其他影响.（2）升温速率的设定值太大除了使差热曲线的基线漂
移幅度变小，亦无其他影响