實(shí)驗(yàn)十四硅酸鹽水泥中鐵、鋁含量的測(cè)定(二人合作)

1、實(shí)驗(yàn)十四 硅酸鹽水泥中鐵、鋁含量的測(cè)定（二人合作）教學(xué)目標(biāo)及基本要求1、學(xué)習(xí)復(fù)雜體系的分析方法。2、學(xué)會(huì)通過控制酸度分別測(cè)定鐵、鋁含量的方法。教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配1.分析強(qiáng)調(diào)上次實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的問題和注意事項(xiàng)，提問檢查預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)情況，0.2學(xué)時(shí)。2. 講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（0.8學(xué)時(shí)）3. 開始實(shí)驗(yàn)操作，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤，3學(xué)時(shí)。一、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、硅酸鹽試樣的分解與測(cè)定（p309）二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)復(fù)雜體系的分析方法。2、學(xué)會(huì)通過控制酸度分別測(cè)定鐵、鋁含量的方法。三、實(shí)驗(yàn)原理水泥中的鐵、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

2、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?，就可以進(jìn)行分別測(cè)定。Fe3+的測(cè)定：控制溶液的pH為22.5，以磺基水楊酸為指示劑，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)。說明：(1)溶液的pH，通過計(jì)算可知滴定Fe3+允許的最高酸度為1.5。當(dāng)pH1.5時(shí)，F(xiàn)e（III）Y的條件穩(wěn)定常數(shù)小，不滿足準(zhǔn)確滴定的條件，結(jié)果偏低。當(dāng)pH3時(shí)，F(xiàn)e3+水解形成Fe(OH)3,往往無滴定終點(diǎn)，同時(shí)，共存的Ti4+、Al3+也影響滴定。(2)磺基水

3、楊酸：一種三元弱酸，以及電離完全，PKa2=2.62, PKa3=11.95. 磺基水楊酸能與20多種金屬離子生成螯合物，其中與Ti4+生成黃色螯合物，與Fe3+反應(yīng)隨介質(zhì)酸度不同形成三種有色螯合物：pH=23，紫紅色；pH=47，棕橙色；pH=810，黃色。磺基水楊酸在可見光區(qū)無吸收峰，在較強(qiáng)酸性條件下，許多金屬離子不能與磺基水楊酸反應(yīng)，而Fe3+可與磺基水楊酸形成穩(wěn)定的螯合物穩(wěn)定常數(shù)為1032.12。故在pH=23時(shí)，測(cè)定Fe3+選擇性最好。終點(diǎn)時(shí)發(fā)生置換反應(yīng)：Fe（III）-磺基水楊酸+ Y =Fe（III）Y+磺基水楊酸。(3)溫度，以6070為宜，當(dāng)溫度高于75時(shí)，Al3+也能與ED

4、TA形成螯合物，使測(cè)定Fe3+結(jié)果偏高，測(cè)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)。(4)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。實(shí)驗(yàn)證明Fe2O3含量不超過30mg為宜。Al3+的測(cè)定：以PAN為指示劑的銅鹽回滴定是普遍采用的方法。Al3+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。CuY2-無色，PAN 在測(cè)定條件(p

5、H=4.3)下為黃色，所以滴定開始前溶液為黃色，隨著CuSO4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-= Al Y-+2H+， Cu2+ H2Y2-=CuY2-+2H+， Cu2+PAN= Cu-PAN溶液中有三種有色物質(zhì)存在：黃色的PAN、藍(lán)色的CuY2- 、紫紅色Cu-PAN，且三者的濃度又在變化中，因此顏色變化較復(fù)雜。說明：(1)測(cè)定Al3+使得適宜酸度pH=45，最適宜的pH4.3(2)PAN：一種二元弱酸，用

6、H2In+表示PKa1=2.9, PKa2=11.95H2In+-HIn-In-淡綠色 黃色 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。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。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試樣的制備準(zhǔn)確稱取水泥樣品0.25g左右置于小燒杯中，加入15cm3濃度為6mol dm-3的HCl，35滴HNO3，加熱至沸騰并保持微沸15min，加入100cm3熱水

7、繼續(xù)加熱至沸騰，冷卻后轉(zhuǎn)移至250cm3容量瓶中，不溶物也一并轉(zhuǎn)移，定容，搖勻。2、EDTA溶液的配制配制300cm3濃度為0.01mol dm-3的EDTA溶液，粗稱1.2g左右EDTA二鈉鹽，加少量水微熱后攪拌至完全溶解，轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，加水稀釋至300cm3，蓋塞子搖勻。3、Fe2O3含量的測(cè)定移取試液25.00cm3于錐形瓶中，5060水浴中加熱10min，以1：1NH3.H2O調(diào)pH為2.02.5，加10滴磺基水楊酸，趁熱用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消耗體積為V1cm3，平行測(cè)定三次，求Fe2O3的平均含量。4、Al2O3含量的測(cè)定 從滴定管中

8、放入20.00 cm3EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液置于測(cè)定完Fe2O3含量后的試液中，加10 cm3pH=4.2的HAc-NaAc緩沖溶液，煮沸1 min，稍冷后加入5滴PAN，以CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫紅色。記錄CuSO4消耗的體積為V2cm3。注意臨近終點(diǎn)時(shí)應(yīng)劇烈搖動(dòng)，并緩慢滴定。平行測(cè)定三次，求Al2O3的平均含量。5、EDTA溶液濃度的標(biāo)定從滴定管中放入20.00 cm3EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液置于錐形瓶中，加入10 cm3 HAc-NaAc緩沖溶液，加熱至近沸(8090), 加入5滴PAN，以CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫紅色。記錄CuSO4消耗的體積為V3cm3。平行測(cè)定三次，求EDTA溶液的平均濃度。

9、五、數(shù)據(jù)處理1、EDTA溶液濃度的標(biāo)定平行實(shí)驗(yàn)123V(EDTA)/cm320.0020.0020.00V3/cm3C(EDTA)/mol dm-3相對(duì)偏差平均C(EDTA)/mol dm-3C(EDTA)=C(CuSO4)V3/ V(EDTA) (mol dm-3)2、Fe2O3含量的測(cè)定平行實(shí)驗(yàn)123Vs/cm325.0025.0025.00V1/cm3Fe2O3%相對(duì)偏差平均Fe2O3%Fe2O3%= C(EDTA) V1×1/2×M（Fe2O3）/100ms×100%3、Al2O3含量的測(cè)定平行實(shí)驗(yàn)123V(EDTA)/cm320.0020.0020.00V2/cm3Al2O3%相對(duì)偏差平均Al2O3%Al2O3%= C(EDTA) (20.00-V2)×1/2×M（Al2O3）/100ms×100%六、思考題1、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+共存時(shí)，能否用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液控制酸度法滴定Fe3+？滴定時(shí)酸度范圍是多少？2、測(cè)定Al3+時(shí)為什么采用返滴法？3、如何消除Fe3+、Al3+對(duì)Ca2+、Mg2+測(cè)定的影響？重點(diǎn)和難點(diǎn)學(xué)習(xí)復(fù)雜體系的分析方法。深化和拓展在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中鍛煉基礎(chǔ)科學(xué)研究技能。教學(xué)方式及注意