物理化学实验一差热分析.doc

实验一 差热分析 【目的要求】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。 【实验原理】 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。 差热分析仪的结构如图-6-1所示。它包括带有控温装置的加热炉、放置样品和参比物的坩埚、用以盛放坩埚并使其温度均匀的保持器、测温热电偶、差热信号放大器和信号接收系统 记录仪或微机 。 即并联，见图-6-1 。A、B两端引入记录笔1，记录炉温信号。若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图2-6-2中MN；A、C端引入记录笔2，记录差热信号。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2-6-2中ab、de、gh段，是平直的基线。反之，样品发生物理化学变化时，ΔVAC≠0，笔2发生左右偏移 视热效应正、负而异 ，记录下差热峰如图2-6-2中bcd、efg所示。两支笔记录的时间—温度 温差 图就称为差热图，或称为热谱图。 图2-6-差热分析 图2-6- 典型的差热图 如图2-6-2中Tb ；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。在相同的测定条件下，许多物质的热谱图具有特征性：即一定的物质就有一定的差热峰的数目、位置、方向、峰温等，因此，可通过与已知的热谱图的比较来鉴别样品的种类、相变温度、热效应等物理化学性质。因此，差热分析广泛应用于化学、化工、冶金、陶瓷、地质和金属材料等领域的科研和生产部门。理论上讲，可通过峰面积的测量对物质进行定量分析。 样品的相变热ΔH按下式计算 式中，m为样品质量；b、d；ΔT； ；K59.36×10-3J·mg-1，可由锡的差热峰面积求得K值。 三、【仪器】 CRY-1型；CRY-2P型；CDR系列；简易差热分析仪等 1套。 分析纯BaCl2·2H2O；CuSO4·5H2O；NaHCO3；Sn。 四、【实验步骤】 1. 准备工作 1 取两只空坩埚放在样品杆上部的两只托盘上。 2 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。 3 开启仪器电源开关，然后开启计算机和打印机电源开关。 4 零位调整：将差热放大器单元的量程选择开关置于“短路”位置，转动“调零”旋钮，使“差热指示”表头指在“0”位。 5 将升温速度设定为5·min-1或10·min-1。 6 斜率调整：将差热放大单元量程选择开关置于±50或100μV档，然后开始升温，同时记录温差曲线，该曲线应为一条直线，称为“基线”。如发现基线漂移，则可用“斜率调整”旋钮来进行校正。基线调好后，一般不再调整。 2. 差热测量 1 将待测样品放入一只坩埚中精确称重 约5mg ，在另一只坩埚中放入重量基本相等的参比物，如α-Al2O3。然后将其分别放在样品托的两个托盘上，盖好保温盖。 2 微伏放大器量程开关置于适当位置，如±50或100μV。 3 在一定的气氛下，将升温速度设定为5·min-1或10·min-1，开始升温。 4 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，停止记录。 5 打开炉盖，取出坩埚，待炉温降至50以下时，换上另一样品，按上述步骤操作。 ?【注意事项】 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。 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。 【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。 【】 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； 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