硅酸鹽水泥中SiO2,Fe2O3,Al2O3 含量的測定

1、 硅酸鹽水泥中SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3含量的測定 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 班級：應(yīng)111-1 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解和嘗試過濾、洗滌、碳化、灰化、灼燒等操作。2、掌握加熱蒸發(fā)、水浴加熱。3、掌握氯化銨重量法測定水泥中SiO2含量的原理和方法。4、學(xué)習(xí)配位滴定法測定水泥中Fe2O3、Al2O3等含量的原理和方法。5、掌握CaCO3和EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、標(biāo)定的原理和方法。6、掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的滴定操作，明白酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制以及標(biāo)定方法原理， 熟練掌握方法和操作。二、實(shí)驗(yàn)原理 硅酸鹽水泥熟料主要由氧化鈣（CaO） 、二氧化硅（SiO2） 、氧化鋁（Al2O3） 和氧化鐵（Fe2O3簡寫為 F）四

2、種氧化物組成。通常這四種氧化物總量在熟料中占95以上。每種氧化物含量雖然不是固定不變，但其含量變化范圍很小，水泥熟料中除了上述四種主要氧化物以外，還有含量不到5的其他少量氧化物，如氧化鎂(MgO)、氧化鈦(Ti02)、三氧化硫(S03)等。 水泥熟料中堿性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。水泥熟料主要為硅酸三鈣（3CaOSiO2） 、硅酸二鈣（2CaOSiO2） 、鋁酸三鈣（3CaOAl2O3）和鐵鋁酸四鈣（4CaOAl2O3Fe2O3）等化合物的混合物。這些化合物與鹽酸作用時(shí)，生成硅酸和可溶性的氯化物，反應(yīng)式如下： 2CaOSiO2+4HCl2CaCl2+H2SiO3+H2O3CaOSi

3、O2+6HCl3CaCl2+H2SiO3+2H2O3CaOAl2O3+12HCl3CaCl2+2AlCl3+6H2O4CaOAl2O3Fe2O3+20HCl4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O硅酸是一種很弱的無機(jī)酸，在水溶液中絕大部分以溶膠狀態(tài)存在，其化學(xué)式以SiO2nH2O表示。在用濃酸和加熱蒸干等方法處理后，能使絕大部分硅膠脫水成水凝膠析出，因此可利用沉淀分離的方法把硅酸與水泥中的鐵、鋁、鈣、鎂等 其他組分分開。（1） SiO2含量的測定-重量法 本實(shí)驗(yàn)以重量法測定SiO2的含量。（SiO2的測定可分成容量法和重量法。） 在水泥經(jīng)酸分解后的溶液中，采用加熱蒸發(fā)近干和加固體氯

4、化銨兩種措施，使水溶性膠狀硅酸盡可能全部脫水析出。蒸干脫水是將溶液控制在100左右下進(jìn)行。由于HCl的蒸發(fā)，硅酸中所含的水分大部分被帶走，硅酸水溶膠即成為水凝膠析出。由于溶液中的 Fe3+、Al3+等離子在溫度超過110時(shí)易水解生成難溶性的堿式鹽而混在硅酸凝膠中，這樣將使 SiO2的結(jié)果偏高，而 Fe2O3，Al2O3等的結(jié)果偏低，故加熱蒸干宜采用水浴以嚴(yán)格控制溫度。加入固體氯化銨后由于氯化銨易離解生成 NH3·H2O 和 HCl，加熱時(shí)它們易于揮發(fā)逸去，從而消耗了水，因此能促進(jìn)硅酸水溶膠的脫水作用，反應(yīng)式如下： NH4Cl+H2ONH3.H2O+HCl 含水硅酸的組成不固定，故沉淀

5、經(jīng)過過濾、洗滌、烘干后，還需經(jīng)950-1000高溫灼燒成固體成分SiO2，然后稱量，根據(jù)沉淀的質(zhì)量計(jì)算 SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 水泥中的鐵、鋁、鈣、鎂等組分分別以Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+的形式存在于過濾完SiO2沉淀后的濾液中，它們都能與EDTA形成穩(wěn)定的螯合物，但穩(wěn)定性有較顯著的區(qū)別，KAlY=1016.3，KFe（III）Y=1025.1 ，KCaY=1010.69 ，KMgY=108.7。因此只要通過控制適當(dāng)?shù)乃岫龋涂梢赃M(jìn)行分別測定。（二）鐵含量的測定鐵含量的測定方法： 控制溶液的pH為22.5，以磺基水楊酸為指示劑，溫度以6070為宜，當(dāng)溫度高于75時(shí)，Al3+也能與ED

6、TA形成螯合物，使測定Fe3+結(jié)果偏高，測定Al3+結(jié)果偏低。當(dāng)溫度低于50時(shí)，反應(yīng)速度緩慢，不易得出確定終點(diǎn)。用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，溶液由紫紅色變?yōu)槲ⅫS色即為終點(diǎn)。配位滴定中有H+產(chǎn)生，F(xiàn)e3+H2Y2-=FeY-+2H+,所以在沒有緩沖作用的溶液中，當(dāng)Fe3+含量較高時(shí)，滴定過程中，溶液的pH逐漸降低，妨礙反應(yīng)進(jìn)一步完成，以致終點(diǎn)變色緩慢，難以確定。（三）鋁含量的測定 以PAN為指示劑的銅鹽回滴定是普遍采用的方法。因?yàn)锳l3+與EDTA的反應(yīng)速度慢，所以一般先加入過量的EDTA，并加熱煮沸，使Al3+與EDTA充分反應(yīng)，然后用CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴定過量的EDTA。AlY2-無色，PAN

7、 在pH為4.3的條件下為黃色，所以滴定開始前溶液為黃色，隨著CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入，CuY2-為淺藍(lán)色，因此溶液逐漸由黃色變綠色，在過量的EDTA與Cu2+完全反應(yīng)后，繼續(xù)加入CuSO4，Cu2+與PAN形成紫紅色配合物，由于藍(lán)色CuY2-的存在，終點(diǎn)溶液呈紫色。反應(yīng)如下： Al3+ H2Y2-= AlY-+2H+， 無色 Cu2+ H2Y2-=CuY2-+2H+，藍(lán)色 Cu2+PAN= Cu-PAN 黃色 紫紅色1、測定Al3+的適宜酸度pH=45，最適宜的pH4.32、PAN：一種二元弱酸，用H2In+表示（PKa1=2.9,PKa2=11.95）H2In+-HIn-In-淡綠色 黃色

8、 紅色（2.5） （2.512） （12）PAN能與50多種元素生成有色螯合物，除Pd(II)、Co(III)、Rh(III)為綠色，F(xiàn)e(III)為暗紅色，V(v)、Tl為紫色，其他金屬的螯合物均是紅色。3、EDTA溶液濃度的標(biāo)定：在pH=3.5的HAc-NaAc介質(zhì)中，以PAN為指示劑，用CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫紅色。三、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)試劑 實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯（300ml，50ml），移液管（25ml，50ml），玻璃棒，錐形瓶，堿式滴定管(50ml)，250ml容量瓶，電熱器，吸耳球，膠頭滴管，恒溫水浴鍋，洗瓶，表面皿，定量濾紙，漏斗，瓷坩堝，馬弗爐，精密pH試紙，分析天平，干燥器 實(shí)驗(yàn)試

9、劑：水泥試樣，NH4Cl（固體），HCl（濃，1:1，3:97），HNO3(濃)，NH4CNS（10%），氨水（1:1），EDTA溶液（0.015mol/L），HAc-NaAc緩沖溶液，CuSO4溶液（0.015mol/L），MgCl2溶液，NH3-NH4Cl緩沖溶液，指示劑：溴甲酚綠，鉻黑T，PAN指示液，磺基水楊酸。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）SiO2含量的測定1、差減法準(zhǔn)確稱取0.4-0.5g試樣，置于干燥蒸發(fā)皿中，加入2.53g固體NH4Cl，用玻璃棒混勻，滴加濃HCl溶液至試樣全部潤濕，并滴加23滴濃HNO3，攪勻，使試樣充分溶解。2、蓋上表面皿，置于沸水浴上，加熱約10min至近干，取下，加

10、約10ml熱的稀HCl（3:97）攪動(dòng)以溶解可溶性鹽類。3、以中速定量濾紙過濾，用膠頭淀帚以熱的稀HCl（3:97）擦洗玻璃棒及燒杯，并洗滌沉淀至濾液中不含鐵離子為止（用NH4CNS檢驗(yàn)）。4、將濾液及洗滌液定量轉(zhuǎn)移至250ml容量瓶中，定容，搖勻，供后續(xù)測定使用。5、將沉淀連同濾紙放入已恒重的瓷坩堝中，先在電爐上低溫烘干，再升高溫度使濾紙充分灰化后，于950-1000灼燒30min 取下，置于干燥器中冷卻至室溫，稱重。再灼燒、稱量，直至恒重。計(jì)算試樣中SiO2的含量。（二）0.01 mol/L鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液配制 稱取0.37-0.38g純碳酸鈣，用1：1鹽酸溶解，加適量水，定量轉(zhuǎn)移至250ml的

11、容量瓶中，定容，搖勻，待用。（三）EDTA溶液的標(biāo)定：1、用移液管移取25ml鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液至錐形瓶中，加2mlMgY和5ml NH3-NH4Cl緩沖溶液，搖勻。用待標(biāo)定的EDTA滴定至溶液由酒紅變?yōu)榧兯{(lán)色即為終點(diǎn)，記錄消耗EDTA溶液的體積，2、平行測定三份，計(jì)算得出EDTA溶液的準(zhǔn)確濃度。（四）EDTA與CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積比K的求算1、從滴定管緩慢放出10-15mLCEDTA=0.015mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液于300ml錐形瓶中，記錄所放EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為V1加水稀釋至150-200ml。2、加約15mLpH=4.3的HAc-NaAc緩沖溶液，加熱至沸，取下稍冷，加5-6滴P

12、AN指示液，以CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至亮紫色。3、記錄消耗CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V2，平行測定3次，計(jì)算K值，K=V1/V2。（五）Fe3+含量的測定1、移取過濾后定容于250ml容量瓶的試液50.00ml于錐形瓶中，加2滴0.05%溴甲酚綠指示劑，溶液變?yōu)辄S色。2、逐滴滴加1:1氨水使溶液成為綠色。3、再用1：1HCl溶液調(diào)節(jié)溶液酸度至黃色后再過量3滴。4、置于70水浴中加熱10min，取下。5、加6-8滴磺基水楊酸，趁熱用0.015mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榱咙S色即為終點(diǎn)，記錄EDTA消耗體積。6、平行測定三次，求Fe2O3的平均含量。(六)Al3+含量的測定1、

13、從滴定管中放約20.00mlEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液于測定完Fe2O3含量后的溶液中，記錄所放EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，搖勻。2、加15mlpH=4.3的HAc-NaAc緩沖溶液，以精密PH試紙檢查。煮沸1-2 min，取下，冷卻至90左右，加入4滴0.2%PAN指示劑，以0.015mol/L CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。開始溶液呈黃色，隨著CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入，顏色逐漸變綠并加深，直至再加一滴突然變紫，即為終點(diǎn)。記錄CuSO4消耗的體積。注意臨近終點(diǎn)時(shí)應(yīng)劇烈搖動(dòng)，并緩慢滴定。3、平行測定三次，求Al2O3的平均含量。五、原始數(shù)據(jù)記錄與處理（一）原始數(shù)據(jù)SiO2的測定EDTA濃度的測定K的測定Fe2O3

14、的測定Al2O3的測定水泥質(zhì)量/g坩堝+SiO2/g空坩堝/gmCaCO3/gVEDTA/mlVEDTA/mlVCuSO4/mlVEDTA/mlVEDTA/mlVCuSO4/ml0.428429.922829.83930.371629.9912.0116.893.7619.4618.3130.0011.4116.273.7019.0918.1130.0110.8915.503.6820.1619.11（二）數(shù)據(jù)處理1、SiO2含量測定：WSiO2=m1（坩堝+ SiO2）-m2（坩堝）/m0（樣品）*100%SiO2的測定水泥質(zhì)量/g坩堝+SiO2/g空坩堝/gmSiO2/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.428

15、429.922829.83930.083519.49%2、EDTA溶液的標(biāo)定：CCaCO3= mCaCO3/ MCaCO3/(250*10-3)CEDTA=（VCaCO3*CCaCO3）/ VEDTA平均相對偏差=（C平均(EDTA)-CEDTA）/CEDTA*100已知CEDTA=0.01221mol/LEDTA濃度的測定mCaCO3/gVEDTA/mlCCaCO3/(mol/L)CEDTA/(mol/L)C平均(EDTA)/(mol/L)平均相對偏差0.371629.990.014860.012390.012391.45%30.000.0123930.010.012383、k值的測定K=V

16、1(EDTA)/V2(CuSO4)C(CuSO4)= C(EDTA)*KK的測定VEDTA/mlVCuSO4/mlkk平均C(CuSO4)/ml/L12.0116.890.71110.70500.00873211.4116.270.701310.8915.500.70264、 Fe3+含量的測定：m(Fe3+)= C（EDTA）* V（EDTA）*M（Fe3+）/V（濾液）/250/1000m(Fe2O3）=1/2*m(Fe3+)/M（Fe3+）*M（Fe2O3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)=m平均（Fe2O3）/m(樣品)*100Fe2O3的測定VEDTA/mlm(Fe3+)/gm（Fe2O3）/gm平均（Fe

17、2O3）/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.760.012950.018240.018024.213.700.012740.017963.680.012670.017865、Al3+含量的測定:m(Al3+)= C（EDTA）* V（EDTA）- C(CuSO4) *V(CuSO4)* M(1/2Al2O3) /V（濾液）/250/1000m(Al2O3)=1/2*m(Al3+)/M(Al3+)*M(Al2O3)質(zhì)量分?jǐn)?shù)= m(Al3+)/ m(樣品)*100%Al2O3的測定VEDTA/mlVCuSO4/mlm(Al3+)/gm(Al2O3)/gm平均(Al2O3)/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.4618.310.01097

18、0.020700.020614.81%19.0918.110.010580.0199820.1619.110.011190.02113六、結(jié)果分析與討論誤差來源實(shí)驗(yàn)中處處都存在著誤差，稍不注意，便會(huì)產(chǎn)生誤差，回顧整個(gè)實(shí)驗(yàn)，與結(jié)果對比，分析出以下可能的誤差來源：1) 單層過濾時(shí)，一些顆粒較小的二氧化硅會(huì)透過濾紙，導(dǎo)致結(jié)果偏低。2) 原料水泥中存在其他不容物時(shí)，無法消解的物質(zhì)，灼燒至恒重時(shí)使二氧化硅含量偏高。3) 指示劑的用量也會(huì)影響滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性。直接滴定法采用PAN和CuEDTA指示劑，PAN的用量一般在2到3滴，太多會(huì)影響滴定終點(diǎn)的判斷。七、注意事項(xiàng)1. 嚴(yán)格控制硅酸脫水的溫度和時(shí)間。脫水

19、溫度不要超過110，若溫度過高，某些氯化物，如AlCl3、FeCl3、MgCl2易水解，生成難溶于水的堿式鹽或氫氧化物，混入沉淀使SiO2結(jié)果偏高。當(dāng)溫度高至120以上時(shí)，它們還可能與硅酸結(jié)合生成一部分幾乎不被鹽酸分解的硅酸鹽，不易過濾與洗滌，使硅酸沉淀夾帶較多雜質(zhì)。脫水溫度如不夠，則可溶性的硅酸未能完全轉(zhuǎn)變成不溶性硅酸，在過濾、洗滌時(shí)會(huì)透過濾紙，將使SiO2結(jié)果偏低。2. 必須使用水浴。使用水浴加熱，蒸發(fā)皿底部絕大部分置于蒸汽氛圍中，溫度易控制，水蒸汽溫度為100-110，最有利于硅酸脫水。3. 應(yīng)用正確的洗滌方法。為了防止Ti02+、Al3+和Fe3+等離子的水解和硅酸溶膠透過濾紙，可先用

20、熱的稀鹽酸(3：97)洗滌沉淀34次，再用熱水充分洗滌。一般洗液不宜超過120ml。4. 灰化時(shí)，坩堝蓋應(yīng)半開，不能使濾紙產(chǎn)生火焰。需充分灰化后(呈灰白色)再移高溫下950一1000灼燒沉淀。5. 直接滴定鋁時(shí)。最適宜P H范圍在2535之間溶液PH低于25時(shí)，Al3+與EDTA的配位反應(yīng)不能完全進(jìn)行，而高于35時(shí)鋁離子會(huì)有較大的水解傾向，所以高于或低于這個(gè)PH范圍均會(huì)使鋁含量的測定結(jié)果偏低，故滴定時(shí)應(yīng)調(diào)適到最適宜PH來提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。6. 指示劑的用量也會(huì)影響滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性。直接滴定法采用PAN和CuEDTA指示劑，PAN的用量一般在2到3滴，太多會(huì)影響滴定終點(diǎn)的判斷。8、 思考題1、試樣分解后加熱蒸發(fā)的目