综合热分析法测定CaC2O4.H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计

本人的大学实验报告

* * 大 学

综 合 化 学 实 验 报 告

实 验 名

称 综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲

线以及用非等温方法计算各步反应的活化能

学 院 学生姓名 专 业 学 号 年 级 指导教师

二〇 年 月 日

本人的大学实验报告

综合热分析法测定CaC2O4·H2O的脱水、分解曲线以及用非等温方法计算各步反应的

活化能

***

(**大学 **学院，**(省) **(市) ******(邮编))

摘 要：综合热分析方法测量CaC2O4·H2O的脱水、分解反应的质量和热效应，用得到的热重曲线

来研究反应过程.实验观察到反应中有三个失重阶段，最后计算了体系变化过程中的一些物理化学参数.

关键词：热分析;热重法;差热法;TG;DSC;CaC2O4·H2O

0 引言

热分析是测量在程序控制温度下，物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术.最常用的热分析方法有:差(示)热分析(DTA)、热重法(TG)、微分热重量法(DTG)、差示扫描量热法 (DSC)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)等.

许多物理化学过程都伴随有热效应.而固-气和液-气体系在反应过程中又可出现固相或液相的质量变化.因此，借助于对其热效应或质量的测量来了解过程的变化，从而解决研究中的一些问题.随着差热-热重方法联用的进展，用它们研究固态或液态反应动力学的工作日渐增多.这种方法的特点是由简单的实验曲线可以了解体系的变化过程和计算出物理化学参数，给研究者带来很大的方便.近年来随着电子技术的发展使这个方法向微量、快速等方面发展，使用领域也逐渐扩大. 0.1 热重分析

热重分析是在程序控制下借助热天平连续测定物质受热过程中质量与温度关系的一种实验技术，有助于研究晶体的熔化、蒸发、升华和吸附等性质变化，也常用于研究物质脱水、解离、氧化、还原等过程.热重法实验得到的曲线称为热重(TG)曲线.TG 曲线以温度作横坐标，以试样的失重作纵坐标，显示试样的绝对质量随温度的恒定升高而发生的一系列变化.这些变化表征了试样在不同温

度范围内发生的挥发组分的挥发，以及在不

1.单臂天平2.别热炉3.热电偶4.保护气体5.尾气出口6.真空系统7.水冷系统8.样品9.炉体升降机构

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同温度范围内发生的分解产物的挥发.曲线上每一个阶梯都与一个热重变化机理相对应，每一条水平线意味着某一化合物在当前条件下的稳定存在.阶梯的垂直高度，定量反应出变化过程中的质量改变值.

0.2 差热分析和差示扫描量热分析

差热分析（DTA）是在试样与参比物处于控制速率下进行加热或冷却地环境中，在相同地温度条件时，记录两者之间地温度差随时间或温度地变化.当试样发生热效应(熔化、分解、相变等)时，试样实际温度与程序升温所控制的温度会有差异这就需要一定的时间来建立零温度差，此时，何用差示扫描量热法可以更准确地测定热量数值变化.差示扫描量热分析（DSC）记录地则是在二者之间建立零温度差所需地能量随时间或温度地变化.差热分析和差示扫描量热分析所得到的谱图或曲线常画成在恒定加热或冷却的速率下随时间或温度变化的形式，其横坐标相应于时间或温度，作差热分析测量时，纵坐标为试样与参比物之温差，而作差示扫描量热分析时，纵坐标为试样池与参比池之功率差（dΔC/dt）.

凡是有热量变化的物理和化学现象都可以借助于差热分析或差示扫描热分析的方法来进行精确的分析，并能定量地加以描述.本实验分析草酸钙的热分解过程，发生了如下三步：

△

CaC2O4 H2O s CaC2O4 s H2O g

[1]

△

CaC2O4 s CaCO3 s CO g △CaCO3 s CaO s CO2 g

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

Ca2C2O4·H2O、N2、STA 449F3热分析仪、恒温水浴. 1.2 实验内容

打开恒温水浴、STA 449F3主机与计算机电源.在水浴与热天平打开2～3小时后，可以开始测试，如果配有低温系统，打开冷却控制器CC200电源，打开电脑中的操作软件.

调整保护气体及吹扫气体的输出压力和流速.

参比使用空坩埚，参比物与样品使用相同的坩埚且参比物坩埚应置于传感器的后方. 进入测量运行程序，选文件菜单中的打开选项，打开所需的测试基线进入编程文件.选择测量模式，输入识别号、样品名称与样品质量.选择标准温度校正文件和标准灵敏度校正文件后，仪器开始测量直到测量结束.

2 数据处理

实验得到差示扫描量热曲线(DSC)、热重曲线（TG）和升温曲线等.

现由TG曲线计算脱水及分解各步反应所失重量百分数，并与理论值相比较，如下：

化学反应过程

△

CaC2O4 H2O s CaC2O4 s H2O g

百分失重测量值

12.21% 18.18%

百分失重理论值

12.33% 19.18%

△

CaC2O4 s CaCO3 s CO g

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△

CaCO3 s CaO s CO2 g

29.93% 30.14%

表一 各步反应过程所失重量百分数

这些数据显示了试样在不同温度范围内发生的各个过程中，挥发组分的挥发量，测量值与理论值差距不大.

下面由DSC曲线计算过程中的热效应

化学反应过程

△CaC2O4 H2O s CaC2O4 s H2O g

焓变J/g 372.0 215.1 902.6

理论吸热量kJ/mol

136.9 300.2 275.5

△

CaC2O4 s CaCO3 s CO g

△CaCO3 s CaO s CO2 g

表二 各步反应过程的热效应

实验得到的热重曲线，有三个非常明显的失重阶段，相应地DSC曲线有三个吸热峰.分别对应失去结晶水与C2O4和CO3的分解过程.

2-2-

3 讨论

3.1 影响热分析的因素

主要有：1.试样因素，如颗粒尺寸，热传导性，试样重量，试样化学成分和晶体结构，试样空隙度和表面特性等；2.条件因素，如试样装填状况，试样稀释情况，加热或冷却速度，环境气氛、压力、流量，参比材料等；3.仪器因素，如炉子的形状和尺寸，坩埚材料、形状、尺寸，坩埚和热电偶接触情况等.4.挥发物的再次冷凝等其它因素. 3.2 DSC曲线第二个峰向下

DSC曲线的第二个峰有时会出现与文献值方向相反的情况，即出现放热过程，这主要是由于在第二个峰处的过程为CaC2O4 分解为CaCO3并放出CO，放出的CO与N2中带有的O2反应放出热量，这个热量要比CaC2O4 分解为CaCO3所吸收的热量要大，所以便出现了与文献上相反的峰.

3.3 TG曲线开始阶段上升

在温度刚开始升高，物质还未发生变化前，TG曲线应该是水平的，但实际上是一条向上斜的线，原因是N2气在升温过程中密度减小，天平在N2中受到的浮力也减小，表现在天平上就相当于反应物质量增加，导致曲线上斜. 参考文献：

[1] 邱金恒,高卫等.氮气氛下CaC2O4·H2O热分解过程的综合研究[J].广西师范大学学报,2003. [2] 张仲礼,黄兆铭,李选培.热学式分析仪器[M]. 北京:机械工业出版社,1984. [3] 陈镜泓,李传儒编,热分析及其应用[M],科学出版社,1985. [4] 神户博太郎著,刘振海等译.热分析[M]. 北京：化学工业出版社.

[5] 日本化学会编,无机化合物合成手册[M],第三卷,北京:化学工业出版社,1988. …… 此处隐藏：1727字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……