硅酸鹽水泥中SiO2,Fe2O3,Al2O3含量的測(cè)定

AIO23硅酸鹽水泥中SiO,AIO23223含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告、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(cè)定水泥中SiO2含量的原理和方法。24、學(xué)習(xí)配位滴定法測(cè)定水泥中FQO3AI2O3等含量的原理和方法。3235、掌握CaC03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（SiO）、氧化鋁（AIO）和2 2 3氧化鐵（FeO3簡(jiǎn)寫為F）四種氧化物組成。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（TiO2）、三氧化硫（S0）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（3CaO?SiO）、硅酸二鈣（2CaO?SiO）、鋁酸三鈣（3CaO2AbO）和鐵鋁酸2 2 3四鈣（4CaO?AIO?F@O）等化合物的混合物。這些化合物與鹽酸作用時(shí)，生成硅233酸和可溶性的氯化物，反應(yīng)式如下：2CaO?SiO+4HCl—2CaC+HSiQ+HO2b223CaO?SiO+6HCI—3CaCb+HSiQ+2HO2223CaO?AlO+12HCl—3CaCb+2AICI+6HO2 3 3 24CaO?AlO?FeO+20HCl—4CaC+2AICI+2FeCl+10HO23232332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SiO2?iH2O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22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。（一） SiO2含量的測(cè)定——重量法2本實(shí)驗(yàn)以重量法測(cè)定SiO的含量。（Si02的測(cè)定可分成容量法和重量法。）2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100C左右下進(jìn)行。由于HCI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+、AI3+等離子在溫度超過110C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 SiO的結(jié)果偏高，而FqO3,AlO等2 3 2 3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NH3H2O和HCI,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： NH4CI+H2O-NH3.H2O+HCI4 2 3 2含水硅酸的組成不固定，故沉淀經(jīng)過過濾、洗滌、烘干后，還需經(jīng)950-1000C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)。22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SiO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2的區(qū)別，KA|Y=10l63,KFe（山）y=10251,KcaY=1010.69，心丫二?&。因此只要通過控制適當(dāng)?shù)乃岫龋涂梢赃M(jìn)行分別測(cè)定。（二） 鐵含量的測(cè)定鐵含量的測(cè)定方法:的 I給如耐応法HTTAiAiI儀觀總慚扶MUSMHW址檄*欽測(cè)疵控制溶液的pH為2?2.5,以磺基水楊酸為指示劑，溫度以60?70C為宜，當(dāng)溫度高于75C時(shí)，AI3+也能與EDTA形成螯合物，使測(cè)定Fe3+結(jié)果偏高，測(cè)定A『+結(jié)果偏低。當(dāng)溫度低于50C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++HY2-=FeY-+2H+所以在沒有緩沖作用的溶液中，當(dāng)FeT含量較高時(shí)，滴定過2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（三）鋁含量的測(cè)定以PAN為指示劑的銅鹽回滴定是普遍采用的方法。因?yàn)锳|3+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A|3+與EDTA充分反應(yīng)，然后用CuSQ標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴定過量的EDTAoAIY2-無色，PAN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CuSO標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入，CuY2-為淺藍(lán)色，因此溶4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CuSO,Cu2+4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++H丫2-=AIY-+2H+2，無色Cu2++HY-=CuY2-+2H+，2"藍(lán)色Cu+PAN=Cu-PAN黃色紫紅色1、測(cè)定AI3+的適宜酸度pH=4?5,最適宜的pH?4.32、PAN:一種二元弱酸，用H2In+表示(PKa=2?9,PK&=11.95)HIn 一2—Hln —In淡綠色黃色紅色(<2.5)(2.5?12)(>12)PAN能與50多種元素生成有色螯合物，除Pd(ll)、Co(lll)、RhQII)為綠色，F(xiàn)e(lll)為暗紅色，V(v)、TI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CuSO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)試劑：水泥試樣，NMCl(固體)，HCI(濃，1:1,3:97),HNO3(濃)，NHCNS(10%，氨水(1:1),EDTA溶液(0?015mo”L),HAc-NaAc緩沖溶液，CuSO44溶液(0?015mo”L),MgCb溶液，NH3-NH4CI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)SiO含量的測(cè)定21、 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2.5~3g固體NH4CI,用玻璃棒混勻，滴加濃HCI溶液至試樣全部潤(rùn)濕，并滴加2~3滴濃HN03,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，加約10ml熱的稀HCI（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HCI（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NHCNS檢驗(yàn)）。44、 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(cè)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950-1000C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 SiO的含量。2（二） 0.01mol/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5mlNHa-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(cè)定三份，計(jì)算得出EDTA溶液的準(zhǔn)確濃度。（四） EDTA與CuSO標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積比K的求算41、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v加水稀釋至150-200ml2、 加約15mLpH=4.3的HAc-NaAc緩沖溶液，加熱至沸，取下稍冷，加5-6滴PAN指示液，以CuSO標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至亮紫色。43、 記錄消耗CuSQ標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積匕，平行測(cè)定3次，計(jì)算K值，K=V/V2。（五）f￡含量的測(cè)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70C水浴中加熱10min，取下。5、 加6-8滴磺基水楊酸，趁熱用0.015mol/LEDTA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。&平行測(cè)定三次，求FqO3的平均含量。（六）Al3+含量的測(cè)定1、 從滴定管中放約20.00mlEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液于測(cè)定完FqOs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1-2min，取下，冷卻至90C左右，加入4滴0.2%PAN指示劑，以0.015mol/LCuSO標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。開始溶液呈黃4色，隨著CuSO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4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(cè)定三次，求AIO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(cè)定EDTA濃度的測(cè)定K的測(cè)定Fe2O3的測(cè)定Al2O3的測(cè)定水泥質(zhì)坩堝空坩堝mCaCOVEDTA/mlVEDTA/mVCuSO4/mlVEDTA/mlVEDTA/mVCuSO4量/g+SiO2/g/g3/gll/ml29.9912.0116.893.7619.4618.310.428429.922829.83930?371630.0011.4116.273.7019.0918.1130.0110.8915.503.6820.1619.11（二）數(shù)據(jù)處理1、SiO含量測(cè)定：2W=[m（坩堝+SiO）-m（坩堝）]/m（樣品）*100%sQ2i 2 2 。SiO2的測(cè)定水泥質(zhì)量/g坩堝+SiO2/g空坩堝/gmSiO2/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.428429.922829.83930.083519.49%2、EDTA溶液的標(biāo)定:C=m/M /（250*10八3）caCO3CaCOa CaC03平均相對(duì)偏差=(c平均(EDTA)-Cedta)/CedtA*100%已知CEDTA=0.01221mol/Ledta濃度的測(cè)定mCaC03/gvedta/mlCCaCO3/(mol/L)CEDTA/(mol/L)c平均(EDTA)/(mol/L)平均相對(duì)偏差0.371629.990.014860.012390.012391.45%30.000.0123930.010.012383、k值的測(cè)定K=VI(EDTA)/V2(CUSO4)C(CuSC4)=C(EDTA)*KK的測(cè)定vedta/mlVCuSO4/mlkk平均C(CuSQ)/ml/L12.0116.890.711111.4116.270.70130.70500.00873210.8915.500.70264、Fe3+含量的測(cè)定：m(Fe3=[C(EDTA)*V(EDTA)*M(Fe)?[V(濾液)/250]/1000m(F?03)=1/2*m(Fe)/3M+(Fe)3*+M(FQOS)3S質(zhì)量分?jǐn)?shù)=5平均（FbO3）/m（樣品）*100%Fe203的測(cè)定VEDTA/mlm(Fe3+)/gm(Fe20)/g3m平均(Fg)/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.760.012950.018243.700.012740.017960.018024.21%3.680.012670.017865、AI3+含量的測(cè)定：TOC\o"1-5"\h\zm(AI3+)={[C(EDTA)*V(EDTA)-C(CuS04)*V(CuS04)]*M(1/2Al2O3)}/[V(濾4 4 2 3液)/250]/10003+ 3+m(AI203)=1/2*m(AI)/M(AI)*M(AbO3)23 3質(zhì)量分?jǐn)?shù)=m(Al3+)/m(樣品)*100%Al203的測(cè)定VEDTA/mlVCuS04/mlm(AI3+)/gm(AI20)/g3m平均(AQj/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.4618.310.010970.0207019.0918.110.010580.019980.020614.81%20.1619.110.011190.02113六、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(duì)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Cu—EDTA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)嚴(yán)格控制硅酸脫水的溫度和時(shí)間。脫水溫度不要超過110C,若溫度過高，某些氯化物，如AlCb、FeC3、MgC*易水解，生成難溶于水的堿式鹽或氫氧化物，混入沉淀使Si02結(jié)果偏高。當(dāng)溫度高至120C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2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SiO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100-110C,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，可先用熱的稀鹽酸（3:97）洗滌沉淀3—4次，再用熱水充分洗滌。一般洗液不宜超過120ml?；一瘯r(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950一1000C灼燒沉淀。5? 直接滴定鋁時(shí)。最適宜PH范圍在2.5—3.5之間?溶液PH低于2?5時(shí)，A|3+與EDTA的配位反應(yīng)不能完全進(jìn)行，而高于3.5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(cè)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(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。PAN和6. 指示劑的用量也會(huì)影PAN和Cu—EDTA指示劑，PAN的用量一般在2到3滴，太多會(huì)影響滴