硅酸盐水泥中SiO2Fe2O3Al2O3含量的测定.docx

1、硅酸盐水泥中SiO2Fe2O3Al2O3含量的测定硅酸盐水泥中SiO2, Fe2O3, AI2O3含量的测定实验报告班级：应111-1、实验目的1、 了解和尝试过滤、洗涤、碳化、灰化、灼烧等操作。2、 掌握加热蒸发、水浴加热。3、 掌握氯化铵重量法测定水泥中 SiO2含量的原理和方法。4、 学习配位滴定法测定水泥中 FQO3AI2O3等含量的原理和方法。5、 掌握CaC03和EDTA标准溶液的配制、标定的原理和方法。6掌握化学实验常用的滴定操作，明白酸碱标准溶液的配制以及标定方法原理，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（Si02）、氧化铝（AI2O3

2、） 和氧化铁（FeO3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，但其含量变化范围很小，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（S0）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（3CaO2AbO3）和 铁铝酸四钙（4CaO?Al2O3?FO3）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，反应式如下：2CaO?SiO2+4HCl

3、2CaCb+H2SiQ+H2O3CaO?SiO2+6HCI3CaCb+H 2SiQ+2H 2O3CaO?Al2O3+12HCl 3CaCb+2AICI 3+6H 2O4CaO?Al2O3?Fe2O3+20HCl 4CaC2+2AICI 3+2FeCl3+10H 2O硅酸是一种很弱的无机酸，在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在， 其化学式 以SiO2?iH2O表示。在用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能使绝大部分硅胶脱水 成水凝胶析出，因此可利用沉淀分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

4、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 C左右下进行。由于HCI的蒸发，硅酸中所含的水分大部分被带走， 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 C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FqO3, AI2O3等的结果偏低，故加热蒸干宜采用水浴以严格控制温度。 加入固体氯化铵后由于氯化铵易离解生成 NH3H2O和HCI,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，反应式如下： NH4C

5、I+H2O - NH3.H2O+HCI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 C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+、AI3+、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，KaIY=10163, KFe （III） Y=10251 , KcaY=10 10.69 ,心丫二8。因此只要通 过控制适当的酸度，就可以进行分别测定。（二） 铁含量的测定铁含量的测定方法:KQ4l給如耐応法 HTTAiAi

6、仪觀总慚扶 MUSMHW址 檄*钦测疵控制溶液的pH为22.5，以磺基水杨酸为指示剂，温度以 6070C为宜,当温度高于75C时，Al3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定A+结果偏低。当温度低于50C时，反应速度缓慢，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FeT含量较高时，滴定过程中，溶液的pH逐渐降低，妨碍反应进一步完成，以致终点变色缓慢，难以确（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 A|3+与EDTA的反应 速度慢

7、，所以一般先加入过量的 EDTA,并加热煮沸，使A|3+与EDTA充分反应， 然后用CuSQ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，所以滴定开始前溶液为黄色，随着 CuSO4标准溶液的加入，CuY2- 为浅蓝色，因此溶液逐渐由黄色变绿色，在过量的 EDTA与Cu2+完全反应后，继 续加入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。反应如下：Al3+ H 2Y2-= AIY-+2H +，无色Cu2+ H2Y-=CuY2-+2H +，蓝色Cu +PAN= Cu-PAN黄色 紫红色1、 测定Al3+的适宜酸

8、度pH=45,最适宜的pH4.32、 PAN : 一种二元弱酸，用 H2In+ 表示(PKa=2.9,PK&=11.95)H2I n -Hln In淡绿色黄色红色( 12)PAN能与50多种元素生成有色螯合物，除 Pd(ll)、Co(lll)、RhQII)为绿色，Fe(III) 为暗红色，V(v)、TI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CuSO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)，250

9、ml容量瓶，电热器，吸耳球，胶头滴管，恒温水浴 锅，洗瓶，表面皿，定量滤纸，漏斗，瓷坩埚，马弗炉，精密 pH试纸，分析天平，干燥器实验试剂：水泥试样，NMCl (固体)，HCI (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)，MgCb溶液，NH3-NH 4CI缓冲溶液，指示剂： 溴甲酚绿，铬黑T，PAN指示液，磺基水杨酸。四、 实验步骤(1)SiO2含量的测定1、差减法准确称取0.4-0.5g试样，置于干燥蒸发皿中，加入2.53g固体NH4CI,用玻

10、璃棒混匀，滴加浓HCI溶液至试样全部润湿，并滴加23滴浓HN03,搅匀， 使试样充分溶解。2、 盖上表面皿，置于沸水浴上，加热约 10min至近干，取下，加约10ml热的 稀HCI（ 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 HCI（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 C灼烧30min取下，置于干燥器中冷却至室温， 称重。再

11、灼烧、称量，直至恒重。计算试样中 SiO2的含量。（二） 0.01 mol/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5ml NHa-NH 4Cl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10-15mLC EDTA=0.015mol/L

12、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 V加水稀释至150-200ml2、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CuSQ标准溶液的体积V2,平行测定3次，计算K值，K=Vi/V2。（五）f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 C水浴中加热10min，取

13、下。5、 加6-8滴磺基水杨酸，趁热用0.015mol/L EDTA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。&平行测定三次，求FqO3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FqOs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，以精密PH试纸检查。煮沸1-2 min， 取下，冷却至90C左右，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/L CuSO4标准 溶液滴定。开始溶液呈黄色，随着CuSO4标准溶液的加入，颜色逐渐变绿并加深， 直至再加

14、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 AI2O3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/gmCaCO3/gVEDTA/mlVEDTA/mlVCuSO4/ mlVEDTA/mlVEDTA/mlVCuSO4/ml0.428429.922829.83930.371629.9912.0116.893.7619.4618.3130.0011.4116.273.7019.0918.1130.0110.8915.50

15、3.6820.1619.11（二）数据处理1、SiO2含量测定：WsQ2=mi （坩埚 + SiO2）-m2 （坩埚）/m。（样品）*100%SiO2的测定水泥质量/g坩埚+SiO2/g空坩埚/gmSiO2/ g质量分数0.428429.922829.83930.083519.49%2、EDTA溶液的标定:CcaCO3= m CaCOa/ M CaC 03/(250*103)CeDTA= ( VcaCO3*CcaCO3)/ V EDTA平均相对偏差=(c 平均(EDTA)-Cedta) /CedtA*100 %已知 CEDTA=0.01221mol/Ledta浓度的测定mCaC03/gvedt

16、a/mlCCaCO3/(mol/L)CEDTA/(mol/L)c平均(EDTA)/(mol/L)平均相对偏差0.371629.990.014860.012390.012391.45%30.000.0123930.010.012383、k值的测定K=Vi(EDTA)/V2(CuSO4)C(CuSC4)= C(EDTA)*Kk的测定vedta/mlVCuSO4/ mlkk平均C(CuSQ)/ml/L12.0116.890.711111.4116.270.70130.70500.00873210.8915.500.70264、Fe3+含量的测定：3+ 3+m(Fe )= C (EDTA) * V (

17、EDTA) *M (Fe ) /V (滤液)/250/10003+ 3+m(F03) =1/2*m(Fe )/M (Fe ) *M ( FqOs)质量分数=m平均(FbO3)/m(样品)*100 %Fe203的测定VEDTA/mlm(Fe3+)/gm (Fe203)/gm平均(Fg)/g质量分数3.760.012950.018243.700.012740.017960.018024.21%3.680.012670.017865、Al3+含量的测定:m(AI3+)= C (EDTA) * V (EDTA) - C(CuS04)*V(CuS04)* M(1/2Al 2O3) /V (滤液)/250

18、/10003+ 3+m(Al203)=1/2*m(AI )/M(Al )*M(AbO3)质量分数=m(Al3+)/ m(样品)*100%Al203的测定VEDTA/mlVCuS04/mlm(AI3+)/gm(AI203)/gm平均(AQj/g质量分数19.4618.310.010970.0207019.0918.110.010580.019980.020614.81%20.1619.110.011190.02113六、结果分析与讨论误差来源实验中处处都存在着误差，稍不注意，便会产生误差，回顾整个实验，与结果对比，分析出以下可能的误差来源：1） 单层过滤时，一些颗粒较小的二氧化硅会透过滤纸，导致

19、结果偏低。2） 原料水泥中存在其他不容物时，无法消解的物质，灼烧至恒重时使二 氧化硅含量偏高。3） 指示剂的用量也会影响滴定结果的准确性。直接滴定法采用 PAN和Cu EDTA指示剂，PAN的用量一般在2到3滴，太多会影响滴定终 点的判断。七、注意事项1.严格控制硅酸脱水的温度和时间。脱水温度不要超过 110 C,若温度过高，某些氯化物，如AlCb、FeC3、MgC*易水解，生成难溶于水的碱式盐或氢氧 化物，混入沉淀使SiO2结果偏高。当温度高至120C以上时，它们还可能与 硅酸结合生成一部分几乎不被盐酸分解的硅酸盐，不易过滤与洗涤，使硅酸 沉淀夹带较多杂质。脱水温度如不够，则可溶性的硅酸未能

20、完全转变成不溶 性硅酸，在过滤、洗涤时会透过滤纸，将使 SiO2结果偏低。2.必须使用水浴。使用水浴加热，蒸发皿底部绝大部分置于蒸汽氛围中，温度 易控制，水蒸汽温度为100-110 C,最有利于硅酸脱水。3.应用正确的洗涤方法。为了防止 Ti02+、Al3+和Fe3+等离子的水解和硅酸溶胶 透过滤纸，可先用热的稀盐酸（3: 97）洗涤沉淀34次，再用热水充分洗涤。 一般洗液不宜超过120ml。4.灰化时，坩埚盖应半开，不能使滤纸产生火焰。需充分灰化后 （呈灰白色）再移高温下950 一 1000C灼烧沉淀。5.直接滴定铝时。最适宜P H范围在2. 53. 5之间溶液PH低于2 . 5时, A|3

21、+与EDTA的配位反应不能完全进行，而高于 3. 5时铝离子会有较大的水 解倾向，所以高于或低于这个 PH范围均会使铝含量的测定结果偏低，故滴 定时应调适到最适宜PH来提高测定结果的准确性。6.指示剂的用量也会影响滴定结果的准确性。直接滴定法采用 PAN和Cu EDTA指示剂，PAN的用量一般在2到3滴，太多会影响滴定终点的判 断。八、思考题1、 试样分解后加热蒸发的目的是什么？操作中应注意什么？硅酸是一种很弱的无机酸，在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在， 其化学式以SiO2?iH2O表示。在用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能使绝大部分硅胶脱 水 成水凝胶析出，因此可利用沉淀分离的方法把硅酸与水泥

22、中的铁、铝、钙、 镁等其他组分分开。蒸干脱水是将溶液控制在100 C左右下进行。由于HCI的蒸发，硅酸中所含 的水分大部分被带走，硅酸水溶胶即成为水凝胶析出。由于溶液中的 Fe3+、A|3+等离子在温度超过110C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FqO3，AI2O3等的结果偏低，故加热蒸干宜采用水 浴以严格控制温度。2、 沉淀洗涤需注意什么？一贴二低三靠，洗涤完全，洗涤后沉淀中应不含 Fe3+,玻璃棒及烧杯应擦拭干净，以防影响结果。多次洗涤，确保铁离子被除净。3、沉淀在高温灼烧前，为什么需经过干燥炭化?含水硅酸的组成不稳定，如直接高温导致测定结果不准确干燥炭化过程中产生大量水蒸气，会导致灼烧速度变慢。产生的大量黑烟会污染 马弗炉。4、在铁离子、铝离子、钙离子、镁离子共存时，以 EDTA标准溶液分别滴定铁 离子、铝离子、钙离子等含量时，是怎样消除其他共存离子的干扰的？溶液酸度 分别控制在什么范围？怎么控制？答：测定铝时，最适宜的pH范围在2.53.5，pH3.5,铝离子会水解滴定铁时，控制酸度在22.5，pH2.5时，铁离 子会水解.酸度控制:加缓冲溶液