硅酸鹽水泥中二氧化硅含量測定

1、硅酸鹽水泥中SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3含量的測定姓名： 學號： 班級：同組人：2014/9一 實驗目的：1、掌握重量法測定水泥中SiO2含量的原理及方法。2、掌握加熱蒸發(fā)、沉淀過濾、洗滌、炭化、灰化、灼燒等操作技術和要求。3、學習配位滴定法測定水泥中Fe2O3，Al2O3等含量的測定原理及方法。4、學習鐵離子、鋁離子、鈣離子的測定條件、指示劑的選擇。 5、掌握CuSO4和EDTA標準溶液的配制與標定。6、掌握絡合滴定的原理和方法、掩蔽劑的選擇、指示劑的使用及終點顏色的變化情況。二、儀器藥品及試劑配制儀器1、儀器：馬弗爐、瓷坩堝、干燥器和長、短坩堝鉗、電子天平、臺秤、電爐、水浴鍋、容量瓶（

2、100ml、250ml）、 移液管（50ml、25ml）、滴定管，稱量瓶、試劑瓶（ 500ml和1000ml）、錐形瓶（250ml）、量筒（50ml、10ml）、燒杯（100ml、200ml）、表面皿、瓷蒸發(fā)皿、玻璃漏斗、漏斗架、瓷坩堝、平頭玻璃棒、膠頭滴管、漏斗、中速定量濾紙 、洗瓶。2、試劑: HCl溶液（1：1）： 1體積濃鹽酸溶于1體積的水中；HCl溶液（3：97）： 3體積濃鹽酸溶于97體積的水中；濃硝酸；氨水（1：1）：1體積濃氨水溶于1體積的水中；0.05%溴甲酚綠指示劑：將0.05g溴甲酚綠溶于100mL20%乙醇溶液中 10%磺基水楊酸指示劑：將10g磺基水楊酸溶于100mL

3、水中；0.2%PAN指示劑：稱取0.2gPAN溶于100mL乙醇中 ；0.1%鉻黑T: 稱取0.1g 鉻黑T溶于75mL三乙醇胺和25mL乙醇中；Mg-Y;NH4Cl固體；水泥試樣3、溶液的配置1）標準溶液的配制：a、0.015mol/LCaCO3溶液的配制：減量法準確稱取CaCO3基準物0.3764g，置于100mL燒杯中，用少量水先潤濕，蓋上表面皿，慢慢滴加11HCl ，待其溶解后，用少量水洗表面皿及燒杯內壁，洗滌液一同轉入250mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻備用。b、0.015mol/L EDTA標準滴定溶液的配制：稱取約5.6gEDTA（乙二胺四乙酸鈉鹽）置于燒杯中，加入約200m

4、l水，加熱溶解，過濾，用水稀釋至1L. c、0.015mol/L硫酸銅（M CuSO4=160）標準溶液的配制：準確稱取2.4g硫酸銅溶于水中，加4到5滴硫酸溶液（1：1），用水稀釋至1L。（2）緩沖溶液的配制HAc-NaAc緩沖溶液（pH4.3）：將42.3g無水乙酸鈉溶于水，加80ml冰乙酸，用水稀釋至1L，搖勻。 NH3-NH4Cl緩沖液（pH=10）：67g NH4Cl溶于適量水后，加入520mL濃氨水，稀釋至1L。三、實驗原理（一）SiO2含量測定-重量法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（4CaOA

5、l2O3Fe2O3）等化合物的混合物。水泥熟料中堿性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。這些化合物與鹽酸作用時，生成硅酸和可溶性的氯化物，反應式如下： 2CaOSiO2+4HCl2CaCl2+H2SiO3+H2O 3CaOSiO2+6HCl3CaCl2+ H2SiO3+2H2O 3CaOAl2O3+12HCl3CaCl2+2AlCl3+6H2O 4CaOAl2O3Fe2O3+20HCl4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O 硅酸是一種很弱的無機酸，在水溶液中絕大部分以溶膠狀態(tài)存在，其化學式 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

6、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。本實驗采用氯化銨法。在水泥經酸分解后的溶液中，采用加熱蒸發(fā)近干和加固體氯化銨兩種措施，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100-110左右下進行。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 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的結果偏高，而 Fe2O3，Al2O3等的結果偏低，故加熱蒸干宜采用水浴以嚴格控制溫度。 加入固體氯化銨后由于氯化銨易離解生成 NH3·H2O 和

7、 HCl，加熱時它們易于 揮發(fā)逸去，從而消耗了水，因此能促進硅酸水溶膠的脫水作用，反應式如下： NH4Cl+H2ONH3.H2O+HCl 含水硅酸的組成不固定，故沉淀經過過濾、 洗滌、 烘干后， 還需經950-1000 高溫灼燒成固體成分SiO2，然后稱量，根據沉淀的質量計算 SiO2的質量分數。（2） 鐵含量測定： 控制溶液的pH為22.5，以磺基水楊酸為指示劑，用EDTA標準溶液滴定，溶液由紫紅色變?yōu)榈S色即為終點。溫度以6070為宜，當溫度高于75時，Al3+也能與EDTA形成螯合物，使測定Fe3+結果偏高，測定Al3+結果偏低。當溫度低于50時，反應速度緩慢，不易得出確定終點。配位滴定

8、中有H+產生，F(xiàn)e3+H2Y2-=FeY-+2H+,所以在沒有緩沖作用的溶液中，當Fe3+含量較高時，滴定過程中，溶液的pH逐漸降低，妨礙反應進一步完成，以致終點變色緩慢，難以確定。滴定反應：Fe3+H2Y2-=FeY-+2H+ 黃色顯色反應：Fe3+ HIn = FeIn + H+ 無色 紫紅色終點反應：FeIn + H2Y2- = FeY- + HIn + H+ 紫紅色 黃色（三）鋁的測定：Al3+與EDTA的反應速度慢，所以先加入過量的EDTA，并加熱煮沸，使Al3+與EDTA充分反應，然后用CuSO4標準溶液回滴定過量的EDTA。AlY-無色，PAN 在測定條件(pH=4.3)下為黃色

9、，所以滴定開始前溶液為黃色，隨著CuSO4的加入，CuY2-為淺藍色，因此溶液逐漸由黃色變綠色，在過量的EDTA與Cu2+完全反應后，繼續(xù)加入CuSO4，Cu2+與PAN形成深紅色配合物，由于藍色CuY2-的存在，終點溶液呈紫色。反應如下：Al3+ H2Y2-= AlY-+2H+ 無色Cu2+ H2Y2-=CuY2-+2H+ 藍色Cu2+PAN= Cu-PAN 黃色 深紅色（四）EDTA標定：稱取準確質量的純碳酸鈣，用少量1:1HCl溶解，轉移到250ml容量瓶中配成標準溶液，再用EDTA溶液滴定鈣離子，根據EDTA和鈣離子用量可以計算EDTA濃度。四、實驗步驟(1) SiO2含量測定1) 準

10、確稱取0.4167g試樣，置于干燥的50mL燒杯中，加入2.5g固體NH4Cl，用玻璃棒混勻，在通風櫥中滴加5mL濃HCl和3滴濃HNO3，攪勻，使試樣充分溶解。2) 蓋上表面皿，置于沸水浴上，加熱至近干，取下，加入熱的稀HCl（3:97）約10mL攪動，以溶解可溶性鹽類。3) 以中速定量濾紙過濾，并用膠頭滴帚以熱的稀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）。4) 將濾液定量轉移至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，低溫干燥、炭化并灰化后 ，于950灼燒30min 取下，置于干燥器中冷卻至室

11、溫，稱量。再灼燒、稱量，直至恒重。計算試樣中SiO2的質量分數。 (2)0.015mol/L EDTA標準溶液滴定的標定： 1）移取25.00mLCa標準溶液于250mL錐形瓶中。2）加2mlMgY溶液，5ml氨性緩沖溶液，加3滴EBT指示劑。3）用EDTA溶液滴定至溶液由酒紅變?yōu)樗{色，30秒內不退色，即為終點。4）平行標定三次，計算EDTA溶液的濃度。(3)EDTA標準滴定溶液與硫酸銅標準溶液體積比的標定：1）從滴定管緩慢放出10-15mLC(EDTA )=0.015mol/LEDTA標準溶液于錐形瓶中，記錄所放EDTA標準溶液的體積為V1加水稀釋至 約100ml。2）加入約15mLpH=4

12、.3的HAc-NaAc緩沖溶液，煮沸1-2min，取下稍冷，加4滴2%PAN指示液，以CuSO4標準溶液滴定至亮紫色。3）記錄消耗CuSO4標準溶液的體積V2，平行測定3次，計算K值。K=V1/V2(4)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1：1氨水調節(jié)溶液酸度至黃色后繼續(xù)過量3滴，用精密PH試紙檢驗PH為2左右。4) 置于70水浴中加熱10min，取下。5) 加8滴磺基水楊酸，趁熱用0.015mol/L EDTA標準溶液。滴定至溶液由紫紅色變?yōu)榈?/p>

13、黃色即為終點，記錄EDTA消耗體積6) 平行測定三次，求Fe2O3的平均含量。(5)Al3+含量的測定：1) 從滴定管中放入約20.00mlEDTA標準溶液置于測定完Fe2O3含量后的試液中，記錄所放EDTA標準溶液的體積，2) 加15mlpH=4.3的HAc-NaAc緩沖溶液，煮沸1-2 min，稍冷后加入4滴0.2%PAN，以0.015mol/L CuSO4標準溶液滴定至紫紅色。記錄CuSO4消耗的體積。注意臨近終點時應劇烈搖動，并緩慢滴定。3) 平行測定三次，求Al2O3的平均含量。五、數據記錄與處理1、SiO2含量測定：SiO2含量測定的實驗數據及處理結果名稱m0（樣品）/gm1（坩堝

14、+ SiO2）/gm2（坩堝）/gm（SiO2）/g質量0.416738.184838.17270.0121W%（SiO2）2.90%計算公式：W（SiO2）=(m1（坩堝+ SiO2）-m2（坩堝）)/m0（樣品）*100% =（38.1848-38.1727）/0.4167*100%=2.90%2、EDTA濃度標定 EDTA濃度標定數據處理結果名稱組號123m(CaCO3)/g0.3764M(CaCO3)/(g/mol)100.09V(EDTA)/ml30.8430.8930.90C（EDTA）/(mol/L)0.012190.012170.01217C平均(EDTA)/(mol/L)0.

15、01218C總體平均(EDTA)/(mol/L)0.01221絕對偏差0.00001-0.00001-0.00001相對偏差0.082%0.082%0.082%計算公式：CEDTA,1= = 0.01219mol/LCEDTA,2 = 0.01217mol/LCEDTA,3 =0.01217mol/LCEDTA=（CEDTA,1+ CEDTA,2+ CEDTA,3）/3=( 0.01219+ 0.01217+0.01217)/3=0.01218mol/L經與其他組取平均最終得到C總體平均(EDTA)=0.01221mol/L絕對偏差di= C（EDTA）- C平均(EDTA)相對偏差dr=|d

16、i| / C平均(EDTA)*100%3、K值的測定體積比K的有關實驗數據及處理結果：名稱組號123V1(EDTA)/ml12.0012.0212.27V2(CuSO4)/ml16.8616.8916.91K0.71170.71170.7256K平均0.7163C(CuSO4)/mol/L0.008746絕對偏差-0.0046-0.00460.0093相對偏差0.64%0.64%1.3%計算公式： K=V1(EDTA)/V2(CuSO4) C(CuSO4)= C(EDTA)*K平均=0.01221*0.7163=0.008746mol/L絕對偏差di=K-K平均相對偏差dr=|di| /K平均

17、*100%4、Fe2O3的含量測定Fe2O3的含量測定有關實驗數據及處理結果;名稱組號123V（濾液）/ml50.0050.0050.00V（EDTA）/ml3.733.623.69C總體平均（EDTA）/ mol/L0.01221M(Fe2O3)/g mol-1156.69m(Fe2O3)/g0.017840.017310.01765m(樣品)/g0.4167m平均(Fe2O3)/g0.01760W%(Fe2O3)4.22絕對偏差0.00024-0.000290.00005相對偏差1.36%1.65%0.28%計算公式：m(Fe2O3)= 0.5C總體平均（EDTA）* V（EDTA）* M

18、(Fe2O3)/V（濾液）/250/1000=(0.5*0.01221*3.73*156.69)/(50.00/250)/1000=0.01784gW= m(Fe2O3)/ m(樣品)*100%=0.01760/0.4167*100%=4.22%絕對偏差di= m(Fe2O3)- m平均(Fe2O3)相對偏差dr=|di| / m平均(Fe2O3)*100%5、Al2O3含量測定： Al2O3含量測定有關實驗數據及處理結果名稱組號123V（濾液）/ml5000500050.00V（EDTA）/ml19.9020.1119.81C總體平均（EDTA）/mol/l0.01221V(CuSO4)/m

19、l17.9018.2017.88C(CuSO4)/mol/L0.008746M(Al2O3)/g/mol101.96m(Al2O3)/g0.022030.022010.02179m平均(Al2O3)/g 0.02194M(樣品)/g04167W%( Al2O3)5.27絕對偏差0.000090.00007-0.00015相對偏差0.410%0.319%0.683%計算公式： m(Al2O3)=0.5C總體平均（EDTA）* V（EDTA）- C(CuSO4) *V(CuSO4)* M(Al2O3) /V（濾液）/250/1000 =0.5*(0.01221*19.90-0.008746*17.

20、90)*101.96/(50/250)/1000 =0.02203gW= m平均(Al2O3)/ m(樣品)*100%=0.02194/0.4167*100%=5.27%絕對偏差di= m(Al2O3)- m平均(Al2O3)相對偏差dr=|di| / m平均(Al2O3)*100%實驗數據結果表含量物質SiO2Fe2O3Al2O3W%2.904.225.27六、結果評價與討論1、測定二氧化硅含量洗滌沉淀時鐵離子未除干凈，查找原因發(fā)現(xiàn)洗滌后期使用了被鐵離子污染的鹽酸，但是洗滌時已使用大量的熱鹽酸，再洗可能會導致二氧化硅透過濾紙造成損失，鹽酸中含有鐵離子，也可能導致最后鐵含量偏高。2、通過對實驗

21、結果進行分析可以看出，一些實驗數據存在一定偏差，說明結果精密度不好，可能原因：（1）儀器誤差：天平、容量瓶、滴定管刻度不準確帶來誤差；（2）操作誤差：主觀上對終點顏色判斷、讀數存在誤差，而且滴定操作不是一人完成，會產生更大誤差；（3）試劑誤差：實驗所用試劑、純水等可能含有影響實驗結果的物質；（4）指示劑加入的量未控制好可能影響滴定結果。3、實驗中應注意問題：（1）實驗中滴定Al時采用PAN指示劑，由于PAN與EDTA的絡合物的水溶性較差，因此CuSO4回滴過量EDTA時應趁熱滴定，如果溫度降為80以下時滴定，溫度降低使置換速度放慢，滴定終點判斷不準確，可能會出現(xiàn)反終點現(xiàn)象，應先測定結果，因此加熱至沸1min后趁熱滴定。（2）實驗中溶樣時加入濃HNO3 將Fe全部轉化為Fe3+，滴定Fe時，必須注意溫度和酸度，溫度低、酸度大，F(xiàn)e絡合不完全，結果偏低；溫度高、酸度小，Al 易絡合產生干擾，使Fe的結果偏高。測定Fe時溫度應不低于60 pH在1.5-2.0之間，以減小大量Al的干擾。（3）指示劑的用量也會影響滴定結果的準確性。直接滴定法采用PAN和CuEDTA指示劑，PAN的用量一般在2到3滴，太多會影響滴定終點的判斷。（4）嚴格控制硅酸脫水的溫度和時間。脫水溫度不要超過110，若溫度過高，某些氯化物，如AlCl3、FeCl3、