热重分析仪的影响因素

热重法测定，试样量要少，一般2～5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0．1μg)，另一方面如果试样量多，传质阻力越大，试样内部温度梯度大，甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温，使TG曲线发生变化，粒度也是越细越好，尽可能将试样铺平，如粒度大，会使分解反应移向高温。

试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终产物和气氛都是惰性的，即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否则会损坏试样皿，如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠，所以象碳酸钠一类碱性样品，测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿，对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。 热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著，CaCO3在真空、空气和CO2三种气氛中的TG曲线，其分解温度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO3分解产物，气氛中存在CO2会抑制CaCO3的分解，使分解温度提高。

聚丙烯在空气中，150～180℃下会有明显增重，这是聚丙烯氧化的结果，在N2中就没有增重。气流速度一般为40ml/min，流速大对传热和溢出气体扩散有利。 浮力变化是由于升温使样品周围的气体热膨胀从而相对密度下降，浮力减小，使样品表观增重。如：300℃时的浮力可降低到常温时浮力的一半，900℃时可降低到约1/4。实用校正方法是做空白试验，(空载热重实验)，消除表观增重。

TG曲线关键温度表示法

失重曲线上的温度值常用来比较材料的热稳定性，所以如何确定和选择十分重要，至今还没有统一的规定。但人们为了分析和比较的需要，也有了一些大家认可的确定方法。A点叫起始分解温度，是TG曲线开始偏离基线点的温度；B点叫外延起始温度，是曲线下降段切线与基线延长线的交点。C点叫外延终止温度，是这条切线与最大失重线的交点。D点是TG曲线到达最大失重时的温度，叫终止温度。E、F、G分别为失重率为5%、10%、50%时的温度，失重率为50%的温度又称半寿温度。其中B点温度重复性最好，所以多采用此点温度表示材料的稳定性。当然也有采用A点的，但此点由于诸多因素一般很难确定。如果TG曲线下降段切线有时不好画时，美国ASTM规定把过5%与50%两点的直线与基线的延长线的交点定义为分解温度；国际标准局(ISO)规定，把失重20%和50%两点的直线与基线的延长线的交点定义为分解温度。

聚合物热稳定性的评价

评价聚合物热稳定性最简单、方便的方法，是做不同材料的TG曲线并画在一张图上比较。右图测定了五种聚合物的热重曲线，由图可知，PMMA、PE、PTFE都可以完全分解，但热稳定性依次增加。PVC稳定性较差，第一步失重阶段是脱HCl，发生在200～300℃，脱HCl后分子内形成共轭双键，热稳定性提高(TG曲线下降缓慢)，直至较高温度约420℃时大分子链断裂，形成第二次失重。PMMA分解温度低是分子链中叔碳和季碳原子的键易断裂所致，PTFE是由于链中C-F键键能大，故热稳定性大大提高。聚酰亚胺PI由于含有大量的芳杂环结构，需850℃才分解40%左右，热稳定性较强。 热重法的重要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率，可以说，只要物质受热时发生重量的变化，就可以用热重法来研究其变化过程。热重法所测的性质包括腐蚀，高温分解，吸附 /解吸附，溶剂的损耗，氧化 /还原反应，水合 /脱水，分解，黑烟末等，目前广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。具体包括：

无机物、有机物及聚合物的热分解； 金属在高温下受各种气体的腐蚀过程； 固态反应； 矿物的煅烧和冶炼； 液体的蒸馏和汽化； 煤、石油和木材的热解过程； 含湿量、挥发物及灰分含量的测定； 升华过程； 脱水和吸湿； 爆炸材料的研究； 反应动力学的研究； 发现新化合物； 吸附和解吸； 催化活度的测定； 表面积的测定； 氧化稳定性和还原稳定性的研究； 反应机制的研究。 使样品处于程序控制的温度下,观察样品的质量随温度或时间的函数。广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。

测量物质的重量变化（在受控气氛内受温度变化）。所有塞塔拉姆天平都满足最高的精确度和稳定性标准。由热重分析仪(TGA) 所测的性质包括腐蚀，高温分解，吸附 /解吸附，溶剂的损耗，氧化 /还原反应，水合 /脱水，分解，黑烟末等

仪器特点：

温度范围: RT ～ 1000℃

加热与冷却速率快。

有效精度：1μg (内部精度: 01μg)

真空密封结构。

直接测定样品温度。

顶部装样设计,操作简易。

易与红外(FTIR)、气相质谱(QMS)、脉冲热分析(PulseTA) 及气相分析(GC)联用。

提供 c-DTA（计算型 DTA）功能（选件)

Super-Res（速率控制质量变化）功能（选件）

自动进样系统 ASC（选件）

TG 209 C 热重实验步骤

称取适当重量样品于坩埚中。

打开盖子 - 装入样品坩埚 - 关上盖子

在软件中设定温度程序与气氛等条件。

初始化工作条件，如气体流量、抽真空等。

开始测量。

实验结束后，使用 NETZSCH - Proteus 软件对原始数据进行分析。

（1）一氧化碳还原氧化铁的化学反应式是：3CO+Fe2O3

高温

2Fe+3CO2．

故答案为：3CO+Fe2O3

高温

2Fe+3CO2；

（2）能很好的吸收二氧化碳的物质是氢氧化钠浓溶液，所以欲通过B装置反应前后的质量变化，测定该样品中氧化铁的质量分数．应选用的最佳试剂是氢氧化钠浓溶液．它与二氧化碳的化学反应式是：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O．

故答案为：氢氧化钠、CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O；

（3）燃烧掉多余的一氧化碳是消除污染的较好方法．

故答案为：在末端加上一燃着的酒精灯把剩余的一氧化碳燃烧掉．

（4）原有样品为氧化铁（10g），反应后为剩余固体为（904g），减少的质量为096g，实质为氧元素的质量，运用差量法解题

设氧化铁的质量为X

3CO+Fe2O3

高温

2Fe+3CO2 △m

     160        112       48

      X                 096g

160

48

=

x

096g

，X=32g

氧化铁的质量分数为：

32g

10g

×100%=32%

故答案为：32%

（1）一氧化碳有毒，不溶于水，不与石灰水反应，可以燃烧生成二氧化碳，故答案为：缺少尾气的处理装置，而把一氧化碳直接排放到空气中了；在出气口处添加一燃着的酒精灯，把未反应的一氧化碳燃烧掉．（或将尾气排放导管口伸到燃着的酒精灯处燃烧）

（2）一氧化碳还原氧化铜，生成红色铜单质和二氧化碳．二氧化碳与石灰水反应生成碳酸钙沉淀，使石灰水变浑浊，故答案为：CuO+CO

△

Cu+CO2；  澄清的石灰水变浑浊

（3）一氧化碳和氧化铜反应生成铜，可能生成中间产物氧化亚铜，可看成过程：氧化铜--氧化亚铜--铜，从一氧化碳的量考虑产物成分．产物可能有：全部为铜；铜和氧化铜的混合物；铜和氧化亚铜的混合物；氧化铜、氧化亚铜的混合物；铜、氧化铜和氧化亚铜的混合物．

故答案为：铜/铜和氧化铜/铜和氧化亚铜/氧化铜、氧化亚铜/铜、氧化铜和氧化亚铜

（1）F→G→H→A→B→D→C（A、B顺序可颠倒）；（2）CaO＋NH 3 ·H 2 O＝Ca(OH) 2 ＋NH 3 ↑；（3）碱石灰；（4）2NH 3 ＋3CuO N 2 ↑3H 2 O＋3Cu；CuO；N 2 ；（5）除去水蒸气和氨气。

本题综合考查运用氧化还原反应等知识，以及气体制取、干燥、尾气吸收等实验技能，解决新情境下化学实际问题的能力。本题中生成氨气和氨氧化反应的原理及产物，不难根据题给的条件确定，不再赘述。在此基础上，可依题目叙述的顺序，将各步的条件、任务与备选装置结合起来，找出相应的仪器装置，再合理连接起来，以完成整体实验装置的选择与组装。浓氨水与新制生石灰作用生成氨气，属于固体与溶液反应制气体，应选用装置③；“干燥的氨气”暗示接下来应该是干燥气体的装置。鉴于浓硫酸吸收氨气生成硫酸铵，不是干燥氨气，而是吸收氨气的装置，此干燥装置只能是④；氨气在高温下被氧化铜氧化，应使用装置①；根据题意“制取纯净的氮气”，可知最后应连接装置②，用浓硫酸吸收未被氧化的氨气及反应产生的水蒸气。应注意，作为洗气装置的③，气体应从D管进入，C管排出。

（1）由质荷比可知该有机物的相对分子质量为58，所以8g有机物的物质的量为

58g

58g/mol

=01mol，

浓硫酸增重54g，为H2O的质量，则n（H）=2×

54g

18g/mol

=06mol，

氢氧化钠溶液增重132g，为CO2的质量，则n（C）=

132g

44g/mol

=03mol，

所以1mol有机物中含有3molC，6molH，二者质量为3×12+6=42g，则还应含O元素的质量为58g-42g=16g，

即1mol有机物中含有n（O）=

16g

16g/mol

=1mol，所以分子式为C3H6O，

答：该物质的分子式为C3H6O；

（2）根据核磁共振氢谱可知有三种性质不同的H，且原子个数比为1：1：6，则结构简式应为CH3CHOHCH3，为2-丙醇，

答：该物质的结构简式为CH3CHOHCH3，名称为2-丙醇．