热分析习题答案

热分析习题解答

1．名词解释

热重分析：在程序控温条件下，测量物质的质量与温度的关系的方法。

差热分析：在程序控温条件下，测量物质与参比物的温度差与温度的关系的方法。

差示扫描量热分析：在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法。

2 .影响热重曲线的主要因素？

答：影响热重曲线的主要因素包括：1 仪器因素（1）浮力和对流(2)挥发物的再凝集(3)坩埚与试样的反应及坩埚的几何特性2实验条件(1)升温速率(2)气氛的种类和流量3.试样影响（1）试样自身的结构缺陷情况、表面性质(2)试样用量(3)试样粒度。

3.DSC与DTA测定原理的区别？DTA分析方法的缺点。

答：DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。DTA是测量T-T 的关系，而DSC是保持T = 0，测定H-T 的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。DTA在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如在升温时试样由于放热而一度加速升温)。而DSC由于试样的热量变化随时可得到补偿，试样与参比物的温度始终相等，避免了参比物与试样之间的热传递，故仪器的反应灵敏，分辨率高，重现性好。

DTA分析方法的缺点：1）试样在产生热效应时，升温速率是非线性的，从而使校正系数K值变化，难以进行定量；2）试样产生热效应时，由于与参比物、环境的温度有较大差异，三者之间会发生热交换，降低了对热效应测量的灵敏度和精确度。

使得差热技术难以进行定量分析，只能进行定性或半定量的分析工作

4.DTG曲线体现的物理意义及其相对于TG曲线的优点。

答：DTG曲线表示的是物质在加热过程中质量随时间的变化率（失重速率）与温度（或时间）的关系。其相对于TG曲线的优点有：

1.能准确反映出起始反应温度Ti，最大反应速率温度Te和Tf 。更能清楚地区分相继发生的热重变化反应，DTG比TG分辨率更高。DTG曲线峰的面积精确对应着变化了的样品重量，较TG能更精确地进行定量分析。能方便地为反应动力学计算提供反应速率（dw/dt）数据。DTG与DTA具有可比性，通过比较，能判断出是重量变化引起的峰还是热量变化引起的峰。TG对此无能为力。

5.有一石灰石矿，其粉料的TG-DSC联合分析图上可见一吸热谷，其T onset为

880℃，所对应的面积为360×4.184J/g ，对应的TG 曲线上失重为39.6%，计算：①该矿物的碳酸钙含量？（碳酸钙分子量为100.9）②碳酸钙的分解温度？③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量？

答：①该矿物的碳酸钙含量

设：石灰石粉料的质量为m 克，碳酸钙的百分比含量为x ，CO2气体的质量为y 克，则CaCO 3的质量为mx 。

CaCO 3−→−CaO+CO 2↑

100.9 44

mx y

y mx 44100= 而%6.39=m

y %90=∴x ②碳酸钙的分解温度的起始温度T onset 为880℃。

③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量为

g KJ g J /6736.1/9

.0184.4360=⨯

6.下图为一金属玻璃的DSC 曲线。根据DSC 曲线，指出该金属玻璃在加热过程

中经历的玻璃化转变及析晶过程所对应的特征温度或温度范围。

某金属玻璃的DSC 曲线

答：玻璃化转变温度384.3℃；449.9℃、482.0℃、547.3℃均为放热峰，可能为析晶所对应的放热过程。

7.快速凝固的化学组分为Al 87Ni 7Cu 3Nd 3金属材料的XRD 、DSC 分析结果分别

见下图。请根据分析结果初步判断是否是金属玻璃，并写出判断依据。该金属玻璃的Tg 为多少度？该金属玻璃经不同的温度（见图中所标）热处理1小时后，随热处理温度的升高晶相种类和组成如何变化？

金属材料DSC 结果图 不同温度热处理1小时后金属材料的XRD 图

答：是金属玻璃。依据有两点：1）DSC 图中可见有明显的玻璃化转变温度（Tg ），温度高于Tg 后，可见有明显的吸晶放热峰。2）XRD 衍射图中热处理温度小于等于110℃时呈弥散的衍射峰，这是玻璃态物质的特征。Tg=384.3℃。由XRD 图可见，热处理1小时后，晶相的种类及组成变化：110℃时为玻璃态；410℃析出金属Al 晶相；500℃下，出现Al 、Al 3Ni 、Al 11Nd 3和Al 8Cu 3Nd 四种晶相。

8. 下图分别为玻璃原料及粘结剂在氧气气氛下，升温速率为10K/min 时的DSC-TG 同步热分析曲线，试分析其整个反应过程（包括每个阶段的反应类型，反应的起始及结束温度范围，失重量，反应峰值温度等等）。

□Al ■Al 3Ni

○Al 11Nd 3 ●Al 8Cu 3

Nd

玻璃原料及粘结剂在氧气气氛下，升温速率为10K/min时的DSC-TG曲线（左）；TG-DTG

曲线（右）

答：从图可以看出，整个反应过程分别为玻璃原料的脱水、粘结剂的烧蚀、以及进一步氧化等三个阶段；其中脱水阶段位于30-200℃，110.9℃时失重最快，失重量为3.008%，需要吸热38.7J/g；粘结剂的烧蚀位于200-520℃，256.3℃及353℃时失重最快，失重量分别为2.14%、3.344%，分别为粘结剂分解为CO、CO2、SO、SO2等气体释放导致的失重，反应中放热322.97J/g；进一步氧化过程位于52-700℃，564.3℃时失重最快，失重量为0.317%，需要吸热3.3J/g。

9.高岭石是在天然粘土中的一种含铝的硅酸盐。用STA 409 PC 可以研究它们的分解行为

和相转变。图4分别为高岭石在氧气气氛下，升温速率为10K/min时的DSC-TG同步热分析曲线，试分析其整个反应过程（包括每个阶段的反应类型，反应的起始及结束温度范围，失重量，反应峰值温度等等）。

答：从图可以看出，整个反应过程分别为高岭石的脱水、杂质的烧蚀、脱羟基以及相变等四个阶段；其中脱水阶段位于30-320℃，失重量为7.19%，需要吸热157.4J/g，127.3℃为吸热峰值温度；杂质的烧蚀阶段位于320-580℃，失重量为0.52%，产生放热51.02J/g，484.2℃为放热峰值温度；脱羟基阶段位于580-850℃，失重量为 3.67%，需要吸热229.55J/g，756.8℃为吸热峰值温度；相变阶段位于850-1200℃，DTA 曲线位于923.1℃时有一个较大的吸热峰，而TG 曲线显示无失重过程，因此为相变过程，需要吸热

51.02J/g。