差热分析

物理化学实验教案（魏西莲）【实验目的】

1. 用差热仪绘制CuSO?5HO等样品的差热图。 42

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。【实验要求】

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。【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。

差热分析仪的结构如图5-1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)。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。若炉子等速升温，则笔1记录下一条倾斜直线，如图5-2中T；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

ΔV＝0，笔2划出一条直线，如图5-2中AB、DE、GH段，是平直的基线。反AC

之，样品发生物理化学变化时，ΔV?0，笔2发生左右偏移(视热效应正、负而AC

异)，记录下差热峰如图5-2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。

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物理化学实验教案（魏西莲）

图5-1 典型的差热图图5-1 差热分析原理图

从差热图上可清晰地看到差热峰的数目、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物理化学变化的次数；峰的位置表示物质

发生变化的转化温度(如图5-2中T)；峰的方向表明体系发生热效应的正负性；峰B

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可按下式计算：

DK

HT,,,d, （1） ,Bm

式中，m为样品质量；b、d分别为峰的起始、终止时刻；ΔT为时间τ内样品与参

D,Td,比物的温差；代表峰面积；K为仪器常数，可用数学方法推导，但较麻,B

-3-1烦，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

59.36×10J?mg，

可由锡的差热峰面积求得K值。

【仪器试剂】

差热分析仪(实验用CDR-4P型)1套。分析纯BaCl?2HO；CuSO?5HO；2242

NaHCO；Sn；参比物α-AlO。 323

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物理化学实验教案（魏西莲）【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-AlO）和标准样品样品（Sn）分别称取

5mg23

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

-1-1200mL?min～300mL?min；根据需要在通气口通入一定流量的保护气体。

(4) 将差热放大器单元的量程选择开关置于?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）。

(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（略）

3. 实验完毕，等炉温降到100?以下时，关闭仪器开关和微机，关闭总电源。

【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。样品要均匀平铺在坩锅底部。否则作出的曲线极限不平

整。

, 实验过程中注意不要动计算机键盘。

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物理化学实验教案（魏西莲）

【数据记录】

Sn 样品 CuSO。5HO 42

1 2 3 峰号

开始温度

峰顶温度

结束温度

外延点温度

峰面积

质量

【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. 根据公式（1）由锡的差热峰面积求得K值，然后求出所测样品的热效应值。

3. 样品CuSO?5H0的三个峰各代表什么变化，写出反应方程式。根据实验42