1、硅酸盐水泥中SiO2Fe2O3Al2O3含量的测定硅酸盐水泥中 SiO2，Fe2O3，Al 2O3含量的测定班级：应 111-1一、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FeQ、AI2Q等含量的原理和方法。5、掌握CaCO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（SiO2）、氧化铝（AI2O3） 和氧化铁（F
2、qO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（Ti0 2）、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（3CaC?SiQ2）、硅酸二钙（ZCaOSiO?）、铝酸三钙（3CaC?Al2）和铁 铝酸四钙（4CaQAl2Q?Fe2Q）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：2CaC?SiO2+4HCH 2CaC2+HS
3、iO3+HO 3CaC?SiO2+6HClT 3CaCl2+HSiO3+2HO3CaC?Al2C3+12HCH3CaCl2+2AICI 3+6HO4CaC?AI 2Q?Fe2Q+20HCZ4CaCl2+2AICI 3+2FeCl3+10HO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Si02?nHO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。本实验以重量法测定SiO2的含量。（SiQ2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
4、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 r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+、AI3+等离子在温度超过110r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Fe2Q, AI2Q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Nf-HO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： NHCl+fO NH.H2O+HCI含水硅酸的组成不固定，故沉淀经过过滤、
5、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+、CaT、Mg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=10佩3， a （III ） Y=105，KCa=1 ， K/lg=107。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:taJI L述滞虫曲耐EM xo加湘控制溶液的pH为22.5，以磺基水杨酸为指示剂，温度以 6070r为宜， 当温度高于75r时，A
6、I3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定 AI3+结果偏低。当温度低于50r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 rf产生，Fe3+H.Y2-=FeY+2Hf,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，妨碍反应进一步完成，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AI3+与EDTA的反应速 度慢，所以一般先加入过量的 EDTa并加热煮沸，使AI 3+与 EDTA充分反应，然 后用CuSO标准溶液回滴定过量的E
7、DTA AIY2-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 CuSO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 ClT完全反应后，继续加入 CuSO ClT与PAN形成紫红色配合物，由于蓝色 CuY-的存在，终点溶液呈紫色。反应如下：无色蓝色黄色 紫红色1、测定Al 3+的适宜酸度PH=45,最适宜的pH-4.3H2ln +2、PAN 种二元弱酸，用 HJ门+表示(卩Ka=2.9,P2=11.95)HIn( 2.5 ) (2.5 12)PAN能与50多种元素生成有色螯合物，除 Pd(ll)、Co(lll) 、Rh(II
8、I)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 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) ， 250ml 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，NHCI (固体)，HCI (浓，1:1，3:97)，HNO浓)， NHCNS( 10%
9、，氨水(1:1)，EDTA容液(0.015mol/L)，HAc-NaAc缓冲溶液， CuSO容液(0.015mol/L)，MgC2溶液，NUNHCl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(一) 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NH4C， 用玻璃棒混匀，滴加浓HCI溶液至试样全部润湿，并滴加 23滴浓HNO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 HC
10、l（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 NHCNS佥验）。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950-1000C灼烧30min取下，置于干燥器中冷却至室温, 称重。再灼烧、称量，直至恒重。计算试样中 SiO2的含量。二） 0.01 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容液的标定:1、用移液管移
11、取25ml钙标准溶液至锥形瓶中，加 2mlMgY和5ml NH-NH4CI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 CuSO标准溶液的体积比K的求算1、从滴定管缓慢放出10-15mLCDT=0.015mol/L的EDTA标准溶液于 中，记录所放EDTA标准溶液的体积为V1加水稀释至150-200ml。300ml 锥形瓶2、加约15mLpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，加热至沸，取下稍冷, 指示液，以CuSO标准溶液滴定至亮紫色。加 5-6 滴 PAN3、记录消
12、耗CuSO标准溶液的体积V2,平行测定3次，计算K值,K=V1/V 2 。（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: 1HCI溶液调节溶液酸度至黄色后再过量 3滴。4、置于70C水浴中加热10min,取下。5、加6-8滴磺基水杨酸，趁热用0.015moI/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?肖耗体积。6平行测定三次，求FqO的平均含量。（六）AI 3+含量的测定 1、从滴定管中放约20.00mlEDTA
13、标准溶液于测定完FqO含量后的溶液中，记录 所放EDTA标准溶液的体积，摇匀。2、力卩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90r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CuSO标准溶液的加入，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肖耗的体积。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AI2O的平均含量。五、原始数据记录与处理（一）原始数据（二）数据处理1、SiO2含量测定:WO2=m1 （坩埚 + SiO2）-m2
14、 （坩埚）/mo （样品）*100%SiC2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容液的标定:CcaCO= mCaCcZ M CaCCl3(250*10-3)CEdT= ( VCacOCcaCO) / V EDTA平均相对偏差=(C平均(EDTA)-Cedt) /CedtA*100%已知 CEDT=0.01221mol/LEDTA农度的测定mCaCO3 gA/EDTA/mlCCaCO3/(mol/L)CEDTA/(mol/L)C平均(EDTA)/(mol/L)平均相对偏差0.371629.
15、990.014860.012390.012391.45%3O.OO0.012393O.O10.012383、k值的测定K=V(EDTA)/V2(CuSC)C(CuSC= C(EDTA)*KK的测定4、Fe3+含量的测定: m(Fe3+)= C (EDTA * V (EDTA *M (Fe3+) /V (滤液)/250/1000m(FeO) =1/2*m(Fe3+)/M (Fe3+) *M (Fe2Q)质量分数=m平匀(F&Q) /m(样品)*100 %Fe2O3的测定5、Al3+含量的测定：3+m(Al )= C (EDTA * V (EDTA - C(CuS(4) *V(CuSQ)* M(1
16、/2AI 2O) /V (滤 液)/250/10003+ 3+m(Al2Q)=1/2*m(AI )/M(Al )*M(Al 2Q)质量分数=m(Al3+)/ m(样品)*100%Al2Q3的测定VEDTA/mVCuSQ4/ml m(Al3+)/gm(AI2Q3)/gm平均(Al 2Q)/g质量分数19.4618.310.010970.020700.020614.81%19.0918.110.010580.0199820.1619.110.011190.02113六、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)2
17、)3)单层过滤时，一些颗粒较小的二氧化硅会透过滤纸，导致结果偏低。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。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1.2.3.4.5.严格控制硅酸脱水的温度和时间。脱水温度不要超过 110C，若温度过高，某些氯化物，如AICI3、FeCl3、MgC2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
18、，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。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。应用正确的洗涤方法。为了防止 Ti02+、AI 3+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3 4次，再用热水充分洗涤。 一般洗液不宜超过120ml。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 1000r灼烧沉淀。直接滴定铝时。最适宜P H范围在2
19、. 53. 5之间.溶液PH低于2. 5时, AI3+与EDTA勺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。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 SiO 2?nH2O 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
20、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。蒸干脱水是将溶液控制在100C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Fe2Q, AI2Q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
