第三章热分析习题-201410参考答案.doc

第三章 热分析习题
3-1名词解释
热重分析、差热分析、差示扫描量热仪、动态热机械分析、潜热、显热、玻璃化转变温度、比热
热重分析：用来测量在一定气氛条件和程序控温下样品重量随温度变化的方法。
玻璃化转变温度：二级相变。宏观上是指聚合物由玻璃态转变为高弹态的特征温度，在微观上是高分子链段开始运动的温度。
显热：在恒压和恒容不作非体积功的条件下，仅因系统温度改变而与环境交换的热称为显热。
潜热：在一定温度、压力下系统发生相变时与环境交换的热。
TG热重分析
DSC差示扫描量热仪
DTA差热分析
DMA动态热机械分析
3-2 电子天平的主要技术指标。
答：(1)分辨率: 0.1 μg
(2)测量范围: 5000 mg
(3)噪声: ±0.3 μg
(4)载荷范围: < 5g (3000 mg)
(5)灵敏度比: 0.00001 %
(6)等温漂移: ~1 μg/h
(7)动态漂移: < 30 μg
灵敏度（0.1μg）；最大称重（5g）；漂移（小于0.1μg/h）
3-3影响热重曲线的主要因素？试推导热重仪器中试样表观增重与气体密度的关系。根据所推导的表观增重公式说明影响表观增重的因素。
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
表观增重（ΔW）：
ΔW =WT-W0
WT ——对应于T 温度下的质量；
W0 ——对应于T0温度下的质量
ΔW=Vg（）= Vg（1- T0/T）
V——受浮力作用的（在加热区）试样盘和支撑杆的体积；
——试样周围气体在T0时的密度；
T——测试时某时刻的温度（K）。
影响表观增重的因素: V、、T。
3-4差热曲线基线方程的表达式中，各参数的物理含义？影响差热曲线基线的主要因素？
答：(△T)a就是差热曲线基线方程：(△T)a=V
式中，K——与仪器灵敏度有关的仪器常数
t——时间
V——升温速度
Cs ——试样比热
Cr——参比样比热
可见影响（△T）a的因素有Cs、Cr、V 和K。可见
①程序升温速度V值恒定，才可能获得稳定的基线；
②Cs和Cr越接近，（△T）a越小，选用参比物时，应使其热容尽可能与试样相近；
③在程序升温过程中，如果试样的比热有变化，（△T）a也在发生变化；
④程序升温速率V值越小，（△T）a也越小。
3-5放热或吸热的量与差热峰面积的关系？
答：放热或吸热的量与差热峰面积成正比关系
3-6题图3-6为高聚物材料的典型DSC曲线。标示出高聚物材料DSC曲线上主要的变化过程及相应的特征温度。
答：

题图3-6 高聚物材料的典型DSC曲线
3-7从试样的差热曲线上可获得哪些信息？
答：差热曲线上可获得两个基本信息：1 试样吸放热所发生的温度；2 试样吸收或放出的热量的大小。据此，可以获得试样的晶型转变温度、熔融温度、氧化分解温度、玻璃化转变温度及相应热效应的大小。
3-8如何利用试样的DSC曲线判断矿石中含β-SiO2？
在获得的试样DSC曲线上，如果存在573℃的晶型转变放热峰，基本可说明含有β-SiO2。在此基础上，对试样进行XRD分析，如果XRD数据也有β-SiO2的衍射峰，就可以更好地说明试样中是否含有β-SiO2。
3-9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Tonset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CaCO3的质量为mx。
CaCO3CaO+CO2
100.9 44
mx y
而

②碳酸钙的分解温度的起始温度Tonset为880℃。
③单位质量碳酸钙分解时需吸收的热量为

3-10题图3-10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。

题图3-10 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。
3-11快速凝固的化学组分为Al87Ni7Cu3Nd3金属材料的XRD、DSC分析结果分别见题图3-11。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？

□Al ■Al3Ni
○Al11Nd3 ●Al8Cu3Nd

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
题图3-11
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、Al3Ni、Al11Nd3和Al8Cu3Nd四种晶相。

3-12 从图中可见，增重3.37%， Mn3O4吸氧转变成Mn2O3时，其增重为3.384%，所以可以推测，900℃时可能的化学式为 Mn2O3。化学反应方程为4Mn3O4+ O2====6 Mn2O3 只要试样与周围气体在加热过程中发生化合反应，结合气体中的组分，就会发生增重现象。如金属在氧气氛、氮气氛中加热形成氧化物、氮化物等。
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