硅酸盐水泥中SiO2Fe2O3Al2O3含量的测定Word文件下载.docx

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熟练掌握方法和操作。

二、实验原理

硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙〔CaO〕、二氧化硅〔SiO2〕、氧化铝〔Al2O3〕和氧化铁〔Fe2O3简写为F〕四种氧化物组成。

通常这四种氧化物总量在熟料中占95％以上。

每种氧化物含量虽然不是固定不变，但其含量变化围很小，水泥熟料中除了上述四种主要氧化物以外，还有含量不到5％的其他少量氧化物，如氧化镁（MgO）、氧化钛（Ti02）、三氧化硫（S03）等。

水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。

水泥熟料主要为硅酸三钙〔3CaO•SiO2〕、硅酸二钙〔2CaO•SiO2〕、铝酸三钙〔3CaO•Al2O3〕和铁铝酸四钙〔4CaO•Al2O3•Fe2O3〕等化合物的混合物。

这些化合物与盐酸作用时，生成硅酸和可溶性的氯化物，反响式如下：

2CaO•SiO2+4HCl→2CaCl2+H2SiO3+H2O

3CaO•SiO2+6HCl→3CaCl2+H2SiO3+2H2O

3CaO•Al2O3+12HCl→3CaCl2+2AlCl3+6H2O

4CaO•Al2O3•Fe2O3+20HCl→4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O

硅酸是一种很弱的无机酸，在水溶液中绝大局部以溶胶状态存在，其化学式以SiO2•nH2O表示。

在用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能使绝大局部硅胶脱水成水凝胶析出，因此可利用沉淀别离的方法把硅酸与水泥中的铁、铝、钙、镁等其他组分分开。

（一）SiO2含量的测定------重量法

本实验以重量法测定SiO2的含量。

〔SiO2的测定可分成容量法和重量法。

〕

在水泥经酸分解后的溶液中，采用加热蒸发近干和加固体氯化铵两种措施，使水溶性胶状硅酸尽可能全部脱水析出。

蒸干脱水是将溶液控制在100℃左右下进展。

由于HCl的蒸发，硅酸中所含的水分大局部被带走，硅酸水溶胶即成为水凝胶析出。

由于溶液中的Fe3+、Al3+等离子在温度超过110℃时易水解生成难溶性的碱式盐而混在硅酸凝胶中，这样将使SiO2的结果偏高，而Fe2O3，Al2O3等的结果偏低，故加热蒸干宜采用水浴以严格控制温度。

参加固体氯化铵后由于氯化铵易离解生成NH3·

H2O和HCl，加热时它们易于挥发逸去，从而消耗了水，因此能促进硅酸水溶胶的脱水作用，反响式如下：

NH4Cl+H2O→NH3.H2O+HCl

含水硅酸的组成不固定，故沉淀经过过滤、洗涤、烘干后，还需经950-1000℃高温灼烧成固体成分SiO2，然后称量，根据沉淀的质量计算SiO2的质量分数。

水泥中的铁、铝、钙、镁等组分分别以Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+的形式存在于过滤完SiO2沉淀后的滤液中，它们都能与EDTA形成稳定的螯合物，但稳定性有较显著的区别，KAlY=1016.3，KFe〔III〕Y=1025.1，KCaY=1010.69，KMgY=108.7。

因此只要通过控制适当的酸度，就可以进展分别测定。

〔二〕铁含量的测定

铁含量的测定方法：

控制溶液的pH为2～2.5，以磺基水酸为指示剂，温度以60～70℃为宜，当温度高于75℃时，Al3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定Al3+结果偏低。

当温度低于50℃时，反响速度缓慢，不易得出确定终点。

用EDTA标准溶液滴定，溶液由紫红色变为微黄色即为终点。

配位滴定中有H+产生，Fe3++H2Y2-=FeY-+2H+,所以在没有缓冲作用的溶液中，当Fe3+含量较高时，滴定过程中，溶液的pH逐渐降低，阻碍反响进一步完成，以致终点变色缓慢，难以确定。

〔三〕铝含量的测定

以PAN为指示剂的铜盐回滴定是普遍采用的方法。

因为Al3+与EDTA的反响速度慢，所以一般先参加过量的EDTA，并加热煮沸，使Al3+与EDTA充分反响，然后用CuSO4标准溶液回滴定过量的EDTA。

AlY2-无色，PAN在pH为4.3的条件下为黄色，所以滴定开场前溶液为黄色，随着CuSO4标准溶液的参加，CuY2-为浅蓝色，因此溶液逐渐由黄色变绿色，在过量的EDTA与Cu2+完全反响后，继续参加CuSO4，Cu2+与PAN形成紫红色配合物，由于蓝色CuY2-的存在，终点溶液呈紫色。

反响如下：

Al3++H2Y2-=AlY-+2H+，

无色

Cu2++H2Y2-=CuY2-+2H+，

蓝色

Cu2++PAN=Cu-PAN

黄色紫红色

1、测定Al3+的适宜酸度pH=4～5，最适宜的pH～4.3

2、PAN：

一种二元弱酸，用H2In+表示〔PKa1=2.9,PKa2=11.95〕

H2In+--------→HIn--------→In-

淡绿色黄色红色

〔﹤2.5〕〔2.5～12〕〔﹥12〕

PAN能与50多种元素生成有色螯合物，除Pd（II）、Co（III）、Rh（III）为绿色，Fe（III）为暗红色，V（v）、Tl为紫色，其他金属的螯合物均是红色。

3、EDTA溶液浓度的标定：

在pH=3.5的HAc-NaAc介质中，以PAN为指示剂，用CuSO4标准溶液滴定至紫红色。

三、实验仪器及实验试剂

实验仪器：

烧杯〔300ml，50ml〕，移液管〔25ml，50ml〕，玻璃棒，锥形瓶，碱式滴定管（50ml），250ml容量瓶，电热器，吸耳球，胶头滴管，恒温水浴锅，洗瓶，外表皿，定量滤纸，漏斗，瓷坩埚，马弗炉，精细pH试纸，分析天平，枯燥器

实验试剂：

水泥试样，NH4Cl〔固体〕，HCl〔浓，1:

1，3:

97〕，HNO3（浓），NH4CNS〔10%〕，氨水〔1:

1〕，EDTA溶液〔0.015mol/L〕，HAc-NaAc缓冲溶液，CuSO4溶液〔0.015mol/L〕，MgCl2溶液，NH3-NH4Cl缓冲溶液，指示剂：

溴甲酚绿，铬黑T，PAN指示液，磺基水酸。

四、实验步骤

〔一〕SiO2含量的测定

1、差减法准确称取0.4-0.5g试样，置于枯燥蒸发皿中，参加2.5~3g固体NH4Cl，用玻璃棒混匀，滴加浓HCl溶液至试样全部润湿，并滴加2~3滴浓HNO3，搅匀，使试样充分溶解。

2、盖上外表皿，置于沸水浴上，加热约10min至近干，取下，加约10ml热的稀HCl〔3:

97〕搅动以溶解可溶性盐类。

3、以中速定量滤纸过滤，用胶头淀帚以热的稀HCl〔3:

97〕擦洗玻璃棒及烧杯，并洗涤沉淀至滤液中不含铁离子为止〔用NH4CNS检验〕。

4、将滤液及洗涤液定量转移至250ml容量瓶中，定容，摇匀，供后续测定使用。

5、将沉淀连同滤纸放入已恒重的瓷坩埚中，先在电炉上低温烘干，再升高温度使滤纸充分灰化后，于950-1000℃灼烧30min取下，置于枯燥器中冷却至室温，称重。

再灼烧、称量，直至恒重。

计算试样中SiO2的含量。

〔二〕0.01mol/L钙标准溶液配制

称取0.37-0.38g纯碳酸钙，用1：

1盐酸溶解，加适量水，定量转移至250ml的容量瓶中，定容，摇匀，待用。

〔三〕EDTA溶液的标定：

1、用移液管移取25ml钙标准溶液至锥形瓶中，加2mlMgY和5mlNH3-NH4Cl缓冲溶液，摇匀。

用待标定的EDTA滴定至溶液由酒红变为纯蓝色即为终点，记录消耗EDTA溶液的体积，

2、平行测定三份，计算得出EDTA溶液的准确浓度。

〔四〕EDTA与CuSO4标准溶液的体积比K的求算

1、从滴定管缓慢放出10-15mLCEDTA=0.015mol/L的EDTA标准溶液于300ml锥形瓶中，记录所放EDTA标准溶液的体积为V1加水稀释至150-200ml。

2、加约15mLpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，加热至沸，取下稍冷，加5-6滴PAN指示液，以CuSO4标准溶液滴定至亮紫色。

3、记录消耗CuSO4标准溶液的体积V2，平行测定3次，计算K值，K=V1/V2。

〔五〕Fe3+含量的测定

1、移取过滤后定容于250ml容量瓶的试液50.00ml于锥形瓶中，加2滴0.05%溴甲酚绿指示剂，溶液变为黄色。

2、逐滴滴加1:

1氨水使溶液成为绿色。

3、再用1：

1HCl溶液调节溶液酸度至黄色后再过量3滴。

4、置于70℃水浴中加热10min，取下。

5、加6-8滴磺基水酸，趁热用0.015mol/LEDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为亮黄色即为终点，记录EDTA消耗体积。

6、平行测定三次，求Fe2O3的平均含量。

（六）Al3+含量的测定

1、从滴定管中放约20.00mlEDTA标准溶液于测定完Fe2O3含量后的溶液中，记录所放EDTA标准溶液的体积，摇匀。

2、加15mlpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，以精细PH试纸检查。

煮沸1-2min，取下，冷却至90℃左右，参加4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/LCuSO4标准溶液滴定。

开场溶液呈黄色，随着CuSO4标准溶液的参加，颜色逐渐变绿并加深，直至再加一滴突然变紫，即为终点。

记录CuSO4消耗的体积。

注意临近终点时应剧烈摇动，并缓慢滴定。

3、平行测定三次，求Al2O3的平均含量。

五、原始数据记录与处理

〔一〕原始数据

SiO2的测定

EDTA浓度的测定

K的测定

Fe2O3的测定

Al2O3的测定

水泥质量/g

坩埚+SiO2/g

空坩埚/g

mCaCO3/g

VEDTA/ml

VCuSO4/ml

0.4284

29.9228

29.8393

0.3716

29.99

12.01

16.89

3.76

19.46

18.31

30.00

11.41

16.27

3.70

19.09

18.11

30.01

10.89

15.50

3.68

20.16

19.11

〔二〕数据处理

1、SiO2含量测定：

WSiO2=[m1〔坩埚+SiO2〕-m2〔坩埚〕]/m0〔样品〕*100%

mSiO2/g

质量分数

0.0835

19.49%

2、EDTA溶液的标定：

CCaCO3=mCaCO3/MCaCO3/（250*10^-3）

CEDTA=〔VCaCO3*CCaCO3〕/VEDTA

平均相对偏差=〔C平均（EDTA）-CEDTA〕/CEDTA*100％

CEDTA=0.01221mol/L

CCaCO3/（mol/L）

CEDTA/（mol/L）

C平均（EDTA）/（mol/L）

平均相对偏差

0.01486

0.01239

1.45%

0.01238

3、k值的测定

K=V1（EDTA）/V2（CuSO4）

C（CuSO4）=C（EDTA）*K

k

k平均

C（CuSO4）/ml/L