文档介绍：实验10 差热分析
一、目的
①掌握差热分析法的一般原理、实验技术,学会正确控制实验条件。
②用差热分析仪测定CuSO4·5H2O和KNO3在加热过程中发生变化的温度,并对热谱图进行定性和定量的解释处理。
了解差热分析仪的工作原理及操作方法。
二、基本原理
差热分析法是一种重要的物理化学分析方法,它可以对物质进行定性和定量分析,在生产和科学研究中有着广泛的应用。目前在化学领域的许多方面,诸如相图绘制、固体热、分解反应、脱水反应、相变、配位化合物、反应速率及活化能测定等被广泛地应用,已成为常规分析手段之一。因而,理解并掌握差热分析方法的基本原理及其特点是作好本实验的先决条件。
将试样和参比物同置于以一定速率升温或冷却的相同温度状态的环境中,记录下试样和参比物之间的温度差,随着测定时间的延续,可得一张温差随时间或温度的变化图, 即所谓的热谱图或称差热曲线。这种测量温差,用于分析物质变化规律、鉴定物质种类的技术称为差热分析,简称DTA(Differential Thermal Analysis)。
物质在加热或冷却过程中,当达到某一温度时,往往会发生熔化、升华、汽化、凝固、晶型转变、化合、分解、氧化、脱水、吸附、脱附等物理的和化学的变化,并伴随有热量的变化,因而产生热效应。这时在体系的温度-时间曲线上会发生停顿、转折,但在许多情况下,体系中发生的热效应相当小,不足以引起体系温度有明显的突变,从而曲线顿、折并不显著,甚至根本显示不出来。在这种情况下,常将有物相变化的物质和一个参比(或称基准)物质(它在实验温度变化的整个过程中不发生任何物理变化和化学变化、没有任何热效应产生,如Al2O3、MgO等)在程序控温条件下进行加热或冷却,―旦被测物质发生变化,则表现为该物质与参比物之间产生温差。,若试样没有发生变化,它与参比物的温度相同,两者的温差ΔT=0,在热谱图上显示水平段(ab);当试样在某温度下有放热(或吸热)效应时,试样温度上升速度加快(或减慢),由于传热速度的限制,试样就会低于(吸热时)或高于(放热时)参比物的温度,就产生温度差ΔT,热谱图上就会出现放热峰(efg段)或吸热峰(bcd段)直至过程完毕、温差逐渐消失,曲线又复现水平段(gh或de段)。,示温曲线b1、c1、d1、e1、f1、g1表示试样实际温度随时间变化的情况,表示反应过程中均为等速升温。
从差热曲线上峰的位置、方向、峰的面积和数目等可以得出,测定温度范围内样品发生变化所对应的温度、热效应的符号和大小以及变化的次数,从而确定物质的相变温度、热效应的大小,以鉴别物质和进行定性定量分析,并可得到某些反应的动力学参数,如活化能和反应级数等。通常用峰开始时所对应的温度(、e1)作为相变温度,对很尖的峰可取峰的极大值所对应的温度()。但在实际測定时, 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,反应过程中样品可能收缩或膨胀,而两支热电偶的热电势也不一定完全相同,因而差热曲线的基线不一定与时间轴平行,峰前后的基线也不一定在同一直线上,会发生不同程度的漂移。,通过作切线的方法确定峰的起点、终点和峰面积。
本实验用PCR-1型差热分析仪进行测定,