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物理化学实验课件. 化学化工学院 物理化学实验室. 化学化工学院 实验楼. 实验五 差 热 分 析. 实验五 差 热 分 析. 注意事项. 实验目的. 数据处理. 基本要求. 实验原理. 实验成败的关键. 药品仪器. 实验讨论. 实验步骤. 思考题. 一 实验目的. 1. 用差热仪绘制 CuSO 4 · 5H 2 O 等样品的差热图。. 2. 了解差热分析仪的工作原理及使用方法。. 3. 了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。. 1. 掌握差热分析原理和定性解释差热谱图。. 2. 热仪绘制五水硫酸铜等样品的差热图。.
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物理化学实验课件 化学化工学院 物理化学实验室
化学化工学院 实验楼 实验五 差 热 分 析
实验五 差 热 分 析 注意事项 实验目的 数据处理 基本要求 实验原理 实验成败的关键 药品仪器 实验讨论 实验步骤 思考题
一 实验目的 1. 用差热仪绘制CuSO4·5H2O等样品的差热图。 2. 了解差热分析仪的工作原理及使用方法。 3. 了解热电偶的测温原理和如何利用热电偶绘制差热图。
1. 掌握差热分析原理和定性解释差热谱图。 2. 热仪绘制五水硫酸铜等样品的差热图。 二 基本要求
三 实验原理 物质在受热或冷却过程中，当达到某一温度时，往往会发生熔化、凝固、晶型转变、分解、化合、吸附、脱附等物理或化学变化，并伴随着有焓的改变，因而产生热效应，其表现为物质与环境(样品与参比物)之间有温度差。 差热分析(Differentiai Thermal Analysis.简称DTA)就是通过温差测量来确定物质的物理化学性质的一种热分析方法。
三 实验原理 差热图的绘制是通过两支型号相同的热电偶，分别插入样品和参比物中，并将其相同端连接在一起(即并联，见图5-1)。A、B两端引入记录笔 1,记录炉温信号。 A、C端引入记录笔2，记录差热信号。 笔2 笔1
图5-1 差热分析原理图 笔2 笔1
T或△T 笔2接 AC F 笔1接 A B E A B D C 时间 若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图5-2中红线；若样品不发生任何变化，样品和参比物的温度相同，两支热电偶产生的热电势大小相等，方向相反，所以ΔVAC＝0，笔2划出一条垂直直线，如图5-2中兰线的ab、ce、ef段。 图5-2 差热分析图 反之，样品发生变化时，ΔVAC≠0，笔2发生左右偏移，记录下差热峰如图5-2中bc、de所示。两支笔记录的时间—温度(温差)图就称为差热图，
T或△T 笔2接 AC F 笔1接 A B E A B D C 时间 图 5 - 2 差 热 分析 图 从图可看到峰的数目、位置、方向、宽度、高度、对称性以及峰面积等。峰的数目表示物质发生变化的次数，峰的位置表示物质发生变化的转化温度(图中b、c、d、e)；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：相同条件下，峰面积大的表示热效应也大。
式中，m为样品质量；b、d分别为峰的起始、终止时刻 代表峰面积。 ΔT为时间τ内样品与参比物的温差 三 实验原理 样品的相变热ΔH可按下式计算： K为仪器常数，本实验用已知热效应的物质进行标定。 已知纯锡的熔化热为59.36×10-3J·mg-1，可由锡的差热峰面积求得K值。
四 仪器试剂 差热 分析仪 药品： 分析纯BaCl2·2H2O CuSO4·5H2O Sn； 参比物α-Al2O3。
四 仪器试剂 主机 加热炉
五实验步骤 1. 仪器常数的测定 (1) 开启仪器电源开关，将各控制箱开关打开，仪器预热20～30min。然后开启计算机开关。 (2) 取两只空坩埚，将参比物（α-Al2O3）和标准样品样品（Sn）分别称取5mg左右，放在样品杆上部的两只托盘上。样品放在左边，参比物放在右边，盖好保温盖。 (3) 通水和通气：接通冷却水，开启水源使水流畅通，保持冷却水流量约200mL·min-1～300mL·min-1；根据需要在通气口通入一定流量的保护气体。
五实验步骤 (4) 差热放大器单元量程选择开关置于±100μV档，转动“调零”旋钮，使“差热指示”表头指在“0”位。 (5)按住第三个按键，出现run时立即松手，等待1min，仪器不出现异常就可以打开电炉开关，开始升温。 (6) 点击计算机上的软件程序，设置量程、起始温度、结束温度、样品名称、样品重量和操作者等。同时记录升温曲线和差热曲线，直至温度升至发生要求的相变且基线变平后，鼠标点击存盘返回（注意不要点击停止记录）。
五实验步骤 (7) 打开炉盖，取出坩埚，，等炉壁温度降到100℃时。打开炉盖，继续降温，待炉温降至50℃以下时，换上另一样品，按上述步骤操作。 2. 差热曲线处理
六、 注意事项 1.坩埚一定要清理干净，否则埚垢不仅影响导热，杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。 2.样品必须研磨的很细，否则差热峰不明显；但也不要太细。一般差热分析样品研磨到200目为宜。样品要均匀平铺在坩锅底部。否则作出的曲线极限不平整。 3.实验过程中注意不要动计算机键盘。
样品 CuSO4.5H2O Sn 峰号 1 2 3 开始温度 峰顶温度 结束温度 外延点温度 峰面积 质量 七 数据处理 1. 实验数据：
七 数据处理 1. 由所测样品的差热图，求出各峰的起始温度和峰温，将数据列表记录。 2. 求出所测样品的热效应值。 3. 样品CuSO4·5H20的三个峰各代表什么变化，写出反应方程式。根据实验结果，结合无机化学知识，推测CuSO4·5H2O中5个H2O的结构状态。
八 实验成败的关键 （1）坩埚一定要清洗干净，否则坩埚不仅影响导热， 杂质在受热过程中也会发生物理化学变化，影响实验结果的准确性。 （2）称量一定要准确。两个坩锅一定要平整的放在坩锅架上。
九 实验讨论 1. 差热仪根据使用温度不同而选用不同材料的热电偶，不同热电偶的使用范围参见附录。同样材料的热电偶，在相同的温度下，其热电势也不尽相同。差热分析实验所用的两根热电偶，应事先挑选，选择热电势尽可能相同的热电偶以配对。否则基线会有较大的漂移。 差热分析基线平稳的条件有以下几点： (1)有加热均匀的保持器和适当的基准物； (2)选用热电势尽可能相同的热电偶；
九 实验讨论 (3)加热速度不宜太快； (4)热电偶要插在保持器孔眼的中心。 2. 从理论上讲，差热曲线峰面积(S)的大小与试样所产生的热效应(ΔH)大小呈正比，即ΔH=KS，K为比例常数。将未知试样与已知热效应物质的差热峰面积相比，就可求出未知试样的热效应。
九 实验讨论 实际上，由于样品和和参比物之间往往存在着比热、导热系数、粒度、装填紧密程度等方面不同，在测定过程中又由于熔化，分解转晶等物理、化学性质的改变，未知物试样和参比物的比例常数K并不相同，所以用它来进行定量计算误差较大。 但差热分析可用于鉴别物质，与X射线衍射，质谱、色谱、热重法等方法配合可确定物质的组成、结构及动力学等方面的研究。
十 思考题 1. DTA实验中如何选择参比物？常用的参 比物有哪些？ 2.差热曲线的形状与那些因素有关？影响差热分析结果的主要因素是什么？ 3. DTA和简单热分析(步冷曲线法)有何异同？ 4.试分析差热曲线上的热力学平衡和非平衡线段。 5. 差热峰前后基线不在同一水平线上，是何原因？ 6. DTA实验中,若把样品和参比物位置放颠倒，对所测差热图谱有何影响？对实验结果有无误差？为什么？
