畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）-草酸鈷熱分解行為的探究

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1、草酸鉆熱分解行為的探究Abstract:本次實(shí)驗(yàn)一方面利用物理化學(xué)中的有關(guān)熱力學(xué)和化學(xué)平衡理論對(duì)草酸鉆的熱分解過(guò)程進(jìn)行理論計(jì)算和研究，另一方面采用TG-DTA法比較分析草酸鉆在不同氣氛下和不同升溫速率下熱分解行為的結(jié)果，并利用XRD對(duì)產(chǎn)物作物相分析，從而在實(shí)驗(yàn)上對(duì)其熱分解的結(jié)果有一定的認(rèn)識(shí)，最后綜合理論和實(shí)驗(yàn)上的結(jié)果以確定草酸鉆的熱分解行為。Keywords:熱力學(xué)TG-DTAXRD草酸鉆熱分解行為不同升溫速率1ntroduction草酸鉆是制備氧化鉆及鉆粉的重要原料，廣泛應(yīng)用于磁性材料、電池材料及超硬材

2、料等領(lǐng)域。以草酸鉆為原料制備各種鉆氧化物和鉆粉都要經(jīng)過(guò)熱分解反應(yīng)，熱分解過(guò)程除受反應(yīng)物草酸鉆本身性質(zhì)影響外，還受反應(yīng)氣氛、反應(yīng)溫度等外界環(huán)境的影響。已經(jīng)有一些實(shí)驗(yàn)組對(duì)不同熱分解條件下制備Co3O4以及其粒度形貌，球形草酸鉆還原制備金屬鉆粉及鉆粉顆粒形貌與其前驅(qū)物顆粒形貌之間的關(guān)系等方面進(jìn)行了研究和討論，這些工作對(duì)草酸鉆經(jīng)熱分解制備氧化鉆或鉆粉的生產(chǎn)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。本次實(shí)驗(yàn)中，我們是從熱力學(xué)的角度上對(duì)草酸鉆的熱分解行為進(jìn)行研究，一方面利用物理化學(xué)中的有關(guān)熱力學(xué)和化學(xué)平衡理論對(duì)草酸鉆的熱分解過(guò)程進(jìn)行理論

3、計(jì)算和研究，另—方面采用TG-DTA法比較分析草酸鉆在不同氣氛下和不同升溫速率下熱分解行為的結(jié)果，并利用XRD對(duì)產(chǎn)物作物相分析，從而在實(shí)驗(yàn)上對(duì)其熱分解的結(jié)果有一定的認(rèn)識(shí)，最后綜合理論和實(shí)驗(yàn)上的結(jié)果以確定草酸鉆的熱分解行為。2.Experimental2.1.SamplingCOC2O42H2O（化學(xué)純）,參比物AI2O3,蒸館水，熱重分析儀（TGA-50,日本島津公司），差熱分析儀（DTA-50,日本島津公司）,X射線衍射分析儀，管式爐及控溫儀等。2.2.Methods將二水合草酸鉆樣品置于氧化鋁坦竭中，

4、參比物選用AI2O3,分別考察在氮?dú)夂涂諝鈿夥障碌腡G-DTA曲線，升溫速率依次定為5°C/min,10°C/min,15°C/min,20°C/min,氣流速度為25mL/min,從室溫一直升到600°C,并將得到的產(chǎn)物作XRD物相分析。（后來(lái)由于N2氣氛下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論有很大差別，本來(lái)應(yīng)有單質(zhì)鉆生成,但是XRD檢測(cè)到的只有CO3O4,TG曲線上的臺(tái)階指出可能是Co和CO3O4的混合物且更多的是氧化物，猜測(cè)有可能是惰性氣氛的影響，于是又用Ar氣氛下進(jìn)行了TG-DTA曲線的測(cè)定，升溫速率為10°C/

5、min,同樣對(duì)產(chǎn)物作了XRD物相分析，結(jié)果和N2氣氛下的幾乎一樣。猜測(cè)可能是分解過(guò)程中的CO或CO2等氣體的的存在使得hk被吹走而影響惰性氣氛的影響，于是用管式爐加熱至350°C并保持一段時(shí)間后取瓷盒比較靠中間部位的的產(chǎn)物作XRD物相分析，結(jié)果產(chǎn)物是Co,Co和Co3O4的混合物。)2.Resultsanddiscussion3.1.情性吒埶下草酸鉆熱分解行為研究首先假設(shè)草酸鉆在惰性氣氛中的熱分解產(chǎn)物既可能為鉆氧化物，也可能為金屬鉆，則其相應(yīng)的反應(yīng)式可描述如下：COC2O4=CoO+CO+CO2(1)CO

6、C2O4=Co+2CO2(2)當(dāng)反應(yīng)(1)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其平衡常數(shù)Ki為：Ki=[CoO][CO][CO2]/[CoC2O4](3)反應(yīng)(2)達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)的平衡常數(shù)?為：K2=[Co][CO2]2/[CoC2O4](4)Ki/K2=[CoO][CO]/([Co][CO2])(5)氣相中的氣體發(fā)生多爾反應(yīng)式為：2CO+O2=2CO2(6)反應(yīng)(6)的平衡常數(shù)?為：K3=[CO2]2/([CO]2[O2])(7)金屬的氧化反應(yīng)有：2Co+O2=2CoO(8)反應(yīng)(8)的平衡常數(shù)K4為：K4=[CoO]2/(

7、[Co]2[O2])(9)所以K4/K3=[([CoO][CO])/([Co][CO2])]2(10)因此Ki/K2=(K4/K3)1/2(11)生成物的標(biāo)準(zhǔn)自由能為：rGf=-RTK(12)用AG?表示反應(yīng)(6)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能，用4G?表示反應(yīng)(8)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能，根據(jù)等式(12)則有：-AG?-、GbK=1（）2.3（w（13）K斗=10莎而（14）將式（13）和式（14）代入式（"）有：△_=]04.606燈（15）心金屬氧化物的吉布斯生成自由能與溫度的關(guān)系為：AG^=AHf984-

8、￡AC/T-TxA5f98-T[^dT（16）從式（15）可知，如果△GfAGf時(shí)，情況則恰好相反，草酸鹽熱分解生成氧化物的反應(yīng)勝過(guò)生成金屬的反應(yīng)。對(duì)于草酸鉆而言，其熱分解反應(yīng)如按ffllCoOA布Wi自由鍵與il度的關(guān)廉（1）進(jìn)行，則產(chǎn)物為CoOo從吉布斯自由能