差热分析实验报告
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差热分析实验报告
一、引言
差热分析（）就是在程序控制温度下测量物质与参比物之间得温度差与温度(或时间)关系得一种技术。
描述这种关系得曲线称为差热曲线或曲线。
描述这种关系得曲线称为差热曲线或曲线。
由于试样与参比物之间得温度差主要取决于试样得温度变化,因此就其本
质来说，差热分析就是一种主要与焓变测定有关并籍此了解物质有关性质得技术。
ﻫ二、实验目得
1、了解差热分析得基本原理与实验基本步骤。
2、测量五水硫酸铜与锡得差热曲线，并简单计算曲线峰得面积.
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,往往还伴随吸热或放热现象。
伴随热效应得变化，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、脱水与离解等化学变化。
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.物质发生焓变时质量不一定改变,但温度就是必定会
变化得。
差热分析正就是在物质这类性质基础上建立得一种技术。
若将在实验温区内呈热稳定得已知物质（参比物)与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，试样与参比物得温度与线性程序温度就是一致得。
若试样发生放热变化，由于热量不可能从试样瞬间导出，于就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,由于试样不可能从环境瞬间吸取足够得热量，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能回复到与程序温度相同得温度。
图１加热与测定试样与参比物温度得装置示意图
在试样与参比物得比热容、导热系数与质量等相同得理想情况，用图1装置测得得试样与参比物得温度及它们之间得温度差随时间得变化如图２所示。
图中参比物得温度始终与程序温度一致，试样温度则随吸热与放热过程得发生而偏离程序温度线。
当ＴS—T R＝ΔT为零时,因中参比物与试样温度一致，两温度线重合，在ΔＴ曲线则为一条水平基线。
图2 线性程序升温时试样与参比物得温度及温度差随时间得变化
试样吸热时ΔＴ<0,在ΔT曲线上就是一个向下得吸热峰。
当试样放热时ΔＴ〉0,在ΔＴ曲线上就是一个向上得放热峰。
由于就是线性升温,通过了Ｔ-t关系可将ΔT—t图转换成ΔＴ-Ｔ图。
ΔT—t(或T)图即就是差热曲线，表示试样与参比物之间得温度差随时间或温度变化得关系．
差热曲线直接提供得信息有峰得位置、峰得面积、峰得形状与个数。
由它们不仅可以对物质进行定性与定量分析，而且还可以研究变化过程得动力学。
曲线上峰得起始温度只就是实验条件下仪器能够检测到得开始偏离基线得温度。
根据
得规定,该起始温度应就是峰前缘斜率最大处得切线与外推基线得交点所对应得温度．若不考虑不同仪器得灵敏度不同等因素,外推起始温度比峰温更接近于热力学平衡温度。
由差热曲线获得得重要信息之一就是它得峰面积。
根据经验，峰面积与变化过程得热效应有着直接联系，而热效应得大小又取决于活性物质得质量.（斯贝尔）指出峰面积与相应过程得焓变成正比：
式中，就是差热曲线上得峰面积,由实验测得得差热峰直接得到,就是系数。
在与值已知
后,即能求得待测物质得热效应与焓变.
四、实验仪器
1、计算机一台,差热分析仪一台
2、三氧化二铝(Al
2O
３
）样品，五水合硫酸铜(CuSO
4
•5H
2
Ｏ)样品,锡（Ｓｎ)样品
五、实验内容
1、启动计算机,打开差热分析程序。
2、将三氧化二铝与五水硫酸铜样品放进炉子,降下炉体，点击开始试验。
3、将温差△Ｔ置零,升温速率设为10℃／miｎ,程序开始自动测量温度与温差得变化，观察屏幕上得差热曲线,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，按照前面得步骤开始试验.
6、在锡得一个峰出来之后得适当位置停止试验并取出样品。
7、关闭仪器与电脑。
六、实验结果及分析
1、五水硫酸铜
差热曲线如下图所示：
从图中可以瞧出有三个峰,前两个峰交叠。
由于基线漂移与较零得问题，差热曲线得基线并不为零.使用oｒigiｎ软件对曲线进行基线校准，校准后得图如下所示
利用orｉｎgｉn分峰如下图
峰面积分别为:A1=162２、Ａ2＝１7８9、A3=1３04
三个峰得特征温度,可以利用切线计算特征温度，切线法如下图所示
从图中可以瞧出,五水硫酸铜得三个特征温度分别为T1=72℃、T2=1０2℃、T3=23０℃。
2、锡
差热曲线如下图所示
基线拟合后：
用切线法计算特征温度如下图所示:
从图中可以瞧出，锡得特征温度为T＝230℃
用origin求峰得积分为A=2０41，Origiｎ高斯函数拟合得面积为A＝1992
取平均值得A＝2016、
3、结果分析
（1）计算五水硫酸铜焓变
查表得ΔH
Sn
=7、2kJ/mol，由于实验中用得参照样品三氧化二铝物质得量始终保持不变，所以Speil公式中得系数K不变,五水合硫酸铜在脱水过程中得焓变
计算得
△H
1＝5、79kJ/ｍol、△H
2
=６、39kＪ/ｍｏl、△Ｈ
3
=4、6６kJ/ｍoｌ
(2)特征温度分析
五水硫酸铜实验所得得三个特征温度分别为T１=72℃、T２＝１02℃、Ｔ３=230℃,而资料显示当五水硫酸铜分三步失水得时候，三个特征温度分别为：４8℃、１15℃与245℃，可以瞧出基本吻合,但也有较大得误差。
实验所得锡得特征温度为23０℃,而锡得熔点为2３1、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
误差主要来源有两个方面
1、数据处理误差:用ｏrｉｇiｎ处理数据时，比如基线拟合、多峰分离以及切线拟合过程
中存在误差(许多参数就是手动设定）。
2、仪器系统误差:实验设备与外界有热交换、五水硫酸铜可能部分失水、材料密度对实验得影响等。
八、思考题
1、为什么差热峰有时向上，有时向下?
答:差热峰得方向与两个因素有关,首先，差热分析中就是以参比物还就是试样为基准来算差值（即T S－ＴR=ΔＴ还就是T R—TＳ=ΔT)；其次，发生得反应本身就是吸热还就是放热得．若以参比物为基准,则放热时ΔＴ〈0,峰向上,吸热时ΔT〉0,峰向下；而以试样为基准则就是吸热时ΔＴ>0，峰向上,放热时ΔT＜0,峰向下.在本次实验中以试样为基准，由于就是吸热反应，因此差热峰向上。
2、克服基线漂移，可以采取哪些措施?
答:首先,只有当参比物与试样得热性质、质量、密度等完全相同时才能在试样无任何类型
能量变化得相应温区内保持=O,使基线不发生漂移。
参比物得导热系数受比热容、密度、温
度与装填方式等多种因素得影响，这些因素得变化均能引起差热曲线基线得偏移。
即使同一试样用不同参比物实验，引起得基线偏移也不一样。
为减小试样与参比物在热性质上得明显差异造成得基线漂移，可用试样与参比物均匀混合（即稀释试样)后使用得方法来减小。
用厚约O、5mｍ得参比物覆盖试样,也可以减小试样与参比物与环境热交换上得差别,从而提高测量结果得可靠性。
其次，较慢得升温速率，使体系接近平衡条件,基线漂移小。
另外,试样量小，差热曲线出峰明显、分辨率高,基线漂移也小。
3、影响峰高度与峰面积得因素有哪些?
答:试样得导热系数增加，峰高下降。
由于试样装填后得导热能力就是由颗粒试样与装填空隙中得气体共同决定得，因此,随着试样容重得改变,装填密度得变化,试样得导热系数也将发生改变。
如果粒度改变引起装填空隙减小，而装填空隙中充满得就是导热能力较差得空气时,试样得导热能力将随变大而增大．从而峰高下降,峰面积也下降。
对于有气体参加或有气体产物得反应,因粒度改变而使气体得扩散阻力增大时，这不仅阻碍反应进行,而且还会加大气体产物在试样周围得局部分压，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。
在线性升温时,较快得升温速率通常导致向高温移动与峰面积增加。
这就是因为若仅考虑升温速率,试样在单位时间内发生转变或反应得量随升温速率增大而增加，从而使转变速率增加。
由于差热曲线从峰返回基线得温度就是由时间与试样与参比物间得温度差决定得，所以升温速率增加，曲线返回基线时或热效应结束时得温度均向高温方向移动。
