热分析习题一、填空（10分，共10题，每题1分）。

1、差热分析是在程序控温条件下，测量样品坩埚与坩埚间的温度差与温度的关系的方法。

（参比）2、同步热分析技术可以通过一次测试分别同时提供-TG或-TG两组信号。

（DTA-TG ,DSD-TG）3、差示扫描量热分析是在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法，其纵坐标单位为。

（mw或mw/mg）4、硅酸盐类样品在进行热分析时，不能选用材质的样品坩埚。

（刚玉）5、差示扫描量热分析根据所用测量方法的不同，可以分类为热流型DSC 与型DSC。

（功率补偿）6、与差热分析（DTA）的不同，差示扫描量热分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以用于分析。

（定量）7、差热分析（DTA）需要校正，但不需要灵敏度校正。

（温度）8、TG热失重曲线的标注常常需要参照DTG曲线，DTG曲线上一个谷代表一个失重阶段，而拐点温度显示的是最快的温度。

（失重）9、物质的膨胀系数可以分为线膨胀系数与膨胀系数。

（体）10、热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的好坏的一个重要指标。

（热稳定性）二、名词解释1.热重分析答案：在程序控温条件下，测量物质的质量与温度的关系的方法。

2.差热分析答案：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。

3.差示扫描量热分析答案：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。

4.热膨胀分析答案：在程序控温条件下，测定试样尺寸变化与温度或时间的关系的方法。

三、简答题1.DSC与DTA测定原理的不同答案：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。

2.DTA 存在的两个缺点答案： 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。

3、功率补偿型DSC 仪器的主要特点答案：1.试样和参比物分别具有独立的加热器和传感器。

整个仪器由两套控制电路进行监控。

一套控制温度，使试样和参比物以预定的速率升温，另一套用来补偿二者之间的温度差。

2.无论试样产生任何热效应，试样和参比物都处于动态零位平衡状态，即二者之间的温度差T 等于0。

这是DSC 和DTA 技术最本质的区别。

4.DTG 曲线体现的物理意义及其相对于TG 曲线的优点答案：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。

四、分析计算题1. 图1分别为YG6及YG6X 硬质合金样品在空气气氛下，升温速率为5K/min 时由NetzschDIL409pc 热膨胀仪测出的热膨胀（DIL)曲线及其一阶微分曲线，试比较其28-699℃间的工程膨胀系数，并通过其一阶微分曲线对其原因做出解释。

100200300400500600700800900温度 /℃510152025dL/Lo *10-30.00.51.01.52.0dL/dt *10-3 /(1/min)[1] 2008-06-4-5k-1000（硬质合金，株洲，YG6X ）.dl3dL dL/dt[2] 2008-06-3-5k-1000（硬质合金，株洲，YG6）.dl3dL dL/dt温度./℃28.0, 699.0 :T. α/(1/K)6.5190E-06温度./℃28.0, 699.0 :T. α/(1/K)5.4869E-06770.0 ℃[1][2][1][2]图1 YG6及YG6X 硬质合金样品在空气气氛下，升温速率为5K/min时的热膨胀曲线及其一阶微分曲线答案：在28-699℃的温度范围内，YG6样品的工程膨胀系数为5.487x10-6(1/K)，而YG6X 样品的工程膨胀系数为6.519x10-6(1/K)，显然具有细晶晶粒的YG6X样品的线膨胀系数要高于粗晶粒的YG6样品的。

从它们的一阶微分曲线可以看出，YG6X样品在770℃发生突变。

这是由于合金中Co相粘结剂在600-700℃间易于汽化，而相对于YG6样品，YG6X中的WC晶粒尺寸更小，从而在WC晶粒的Co相粘结剂也更多，当Co相粘结剂在600-700℃间汽化后，YG6X中WC晶粒间留下的总空隙较多，而当加热温度加热到770℃引起YG6X样品产生较大的收缩变形，从而其线膨胀系数高于YG6样品。

2.图2分别为Co基合金样品在空气气氛下，升温速率为5K/min时由Netzsch DIL409pc热膨胀仪测量的先从30升温到1000℃，而后又冷却到300℃后的热膨胀（DIL)曲线及其一阶微分曲线，试比较升温及降温中其介于295-969℃间的工程膨胀系数，并通过分析其一阶微分曲线后对其可能的变化过程进行推断。

图2 Co基合金样品在空气气氛下，升温速率为5K/min时先升温到1000℃后又冷却到300℃时的热膨胀（DIL)曲线及其一阶微分曲线答案：在295-969℃的温度范围内，Co基合金样品升温时的工程膨胀系数为16.6268x10-6 (1/K)，而降温时的为18.212x10-6(1/K)。

通过对比其其一阶微分曲线后可以发现样品在升温过程中，在677℃时长度发生突变而降温过程则没有，因此可以推断出合金样品在600-700℃时产生了新相，由从而引起长度变化速率的改变。

2.图3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）。

3.图3 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（a）；TG-DTG曲线（b）答案：从图3a、b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℃，100.9℃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。

4.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）。

图4 高岭石在氧气气氛下，升温速率为10K/min时的DSC-TG曲线答案：从图4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。

红外复习提纲1.了解红外光谱的定义概念、表示方法和作用。

红外光谱的定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。

样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使分子基团从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波长(或波数)的曲线，即红外光谱。

主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。

红外光谱的表示方法：红外光谱以T-λ或T-ν来表示，下图为苯酚的红外光谱。

纵坐标为吸收系数，或透过率。

横坐标为波长λ（μm ）或波数1/λ，单位：cm-1谱图特征：峰数，峰位，峰强，峰形。

红外光谱法广泛用于物质的定性鉴定和结构分析。

1.已知物的鉴定方法将试样的谱图与标准的谱图(或文献谱图)进行对照：若两张谱图各吸收峰的位置和形状完全相同，峰的相对强度一样，就可以认为样品是该种标准物；如果两张谱图不一样，或峰位不一致，则说明两者不为同一化合物，或样品有杂质。

如用计算机谱图检索，则采用相似度来判别。

使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图相同2.未知物结构的测定测定未知物的结构，是红外光谱法定性分析的一个重要用途。

如果未知物不是新化合物，可以利用标准谱图进行查对，方法是：首先进行光谱解析，判断试样的可能类型，然后查找标准谱图对照核实。

在对光谱图进行解析之前，应收集样品的有关资料和数据。

了解试样的来源、以估计其可能是哪类化合物。

有时还需要其它方法综合分析才能得到准确结果。

2．红外光谱法与X射线衍射分析法比较，在应用上有何不同？3.红外光的分区，产生红外吸收的条件？近红外光谱区：❖低能电子能级跃迁❖含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰❖稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象❖适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析红外吸收光谱法：❖分子的振动、转动基频吸收光谱区❖应用最为广泛的红外光谱区远红外光谱区：❖气体分子的转动能级跃迁❖液体与固体中重原子的伸缩振动❖晶体的晶格振动❖某些变角振动、骨架振动-异构体的研究❖金属有机化合物、氢键、吸附现象研究该光区能量弱,较少用于分析远红外光区该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁，液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。