硅酸盐水泥中SiO2Fe2O3Al2O3含量的测定.docx
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硅酸盐水泥中SiO2Fe2O3Al2O3含量的测定
硅酸盐水泥中SiO2，Fe2O3，Al2O3
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（FqO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（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+4HCH2CaC2+HSiO3+HO3CaC?
SiO2+6HClT3CaCl2+HSiO3+2HO
3CaC?
Al2C3+12HCH3CaCl2+2AICI3+6HO
4CaC?
AI2Q?
Fe2Q+20HCZ4CaCl2+2AICI3+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100r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、洗涤、烘干后，还需经950-1000C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=10'7。
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EMxo加湘
控制溶液的pH为2〜2.5，以磺基水杨酸为指示剂，温度以60〜70r为宜，当温度高于75r时，AI3+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AI3+与EDTA充分反应，然后用CuSO标准溶液回滴定过量的EDTAAIY2-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CuSOClT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Al3+的适宜酸度PH=4〜5,最适宜的pH-4.3
H2ln+
2、PAN—种二元弱酸，用HJ门+表示（卩Ka=2.9,P©2=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（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%，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2.5~3g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2~3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）0.01mol/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容液的标定:
1、用移液管移取25ml钙标准溶液至锥形瓶中，加2mlMgY和5mlNH-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PAN
3、记录消耗CuSO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:
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/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?
肖耗体积。
6平行测定三次，求FqO的平均含量。
（六）AI3+含量的测定1、从滴定管中放约20.00mlEDTA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1-2min，取下，冷却至90r左右，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/LCuSO4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（坩埚）]/mo（样品）*100%
SiC2的测定
水泥质
量/g
坩埚
+SiO2/g
空坩埚
/g
mSiO2/g
质量分数
0.4284
29.9228
29.8393
0.0835
19.49%
2、EDTA容液的标定:
CcaCO=mCaCcZMCaCCl3（250*10^-3）
CEdT=（VCacO^CcaCO）/VEDTA
平均相对偏差=（C平均（EDTA）-Cedt）/CedtA*100%
已知CEDT=0.01221mol/L
EDTA农度的测定
mCaCO3g
A/EDTA/m
l
CCaCO3/（mol/L
）
CEDTA/（mol/L
）
C平均
（EDTA）/（mol/L
）
平均相对偏差
0.3716
29.99
0.01486
0.01239
0.01239
1.45%
3O.OO
0.01239
3O.O1
0.01238
3、k值的测定
K=V（EDTA）/V2（CuSC）
C（CuSC=C（EDTA）*K
K的测定
4、Fe3+含量的测定:
m（Fe3+）=[C（EDTA*V（EDTA*M（Fe3+）]/[V（滤液）/250]/1000
m（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（1/2AI2O）}/[V（滤液）/250]/1000
3+3+
m（Al2Q）=1/2*m（AI）/M（Al）*M（Al2Q）
质量分数=m（Al3+）/m（样品）*100%
Al2Q3的测定
VEDTA/m
VCuSQ4/m
lm（Al3+）/g
m（AI2Q3）/g
m平均
（Al2Q）/g
质量分数
19.46
18.31
0.01097
0.02070
0.02061
4.81%
19.09
18.11
0.01058
0.01998
20.16
19.11
0.01119
0.02113
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）
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，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100-110C,最有利于硅酸脱水。
应用正确的洗涤方法。
为了防止Ti02+、AI3+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PH范围在2.5—3.5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SiO2?
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2.5~3.5,pH<2.5时铝离子与EDTA配位反应不完全，pH>3.5,铝离子会水解
滴定铁时，控制酸度在2~2.5，pH<2时，产生酸效应，pH>2.5时,铁离子会水解.
酸度控制:
加缓冲溶液
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