《硅酸盐水泥中SiO2,Fe2O3,Al2O3含量的测定.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硅酸盐水泥中SiO2,Fe2O3,Al2O3含量的测定.docx（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、硅酸盐水泥SiO2， Fe2O3， Al 2O3含量的测定实验报告班级：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、掌握氯化镂重量法测定水泥中 SiO2含量的原理和方法4、 学习配位滴定法测定水泥中FBQ、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（AI2Q）和氧化铁（Fe2O3 简写为F ）四种氧化物组成。
2、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（ TiO 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?SiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、铝酸三钙（3CaC?Al2Q）和铁铝 酸四钙（4CaOAl2Q?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?SiO 2+4HC H 2CaCb+HSiO3+HO3CaQS
3、iO2+6HCI 3CaCb+HSiO3+2HO3CaO?Al2Q+12HC Z3CaCb+2AICI 3+6HO4CaO?AI 2Q?Fe2Q+20HC Z4CaCb+2AICI 3+2FeCb+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 SiO2?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。（1） SiO2含量的测定重量法本实验以重量法测定SiO2的含量。（SiO2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
4、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+、Ak+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FezQ, A3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NHkHO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：NHkCI+fO八NHH 2O+HCI含水硅酸的组成不固定，故沉淀经过过滤、洗涤、烘干后，
5、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+、AF+、Cf、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=101&3, KFe （III ） Y=102, KcaY = 1010'69,皿日。8"。因此只要通过控 制适当的 酸度，就可以进行分别测定。（2） 铁含量的测定 铁含量的测定方法：KlVInOfAta>EA 法WSASfSir1 仪器分#fi*控制溶液的pH为2? 2.5,以磺基水
6、杨酸为指示剂，温度以 60? 70C为宜，当 温度高于75T时，Al3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定 人|3+结果 偏低。当温度低于50C 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H 产生，Fe3+Hy=FeY+2H,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A|3+与EDTA的反应速 度慢，所以一般先加入过量的EDTA 并加热煮沸，
7、使Al 3+与 EDTA 充分反应，然后用CuSO 标准溶液回滴定过量的EDTA AlY 2-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，Cu 彳为浅蓝色，因此溶液逐渐由黄色变绿色，在过量的EDTA 与CiT 完全反应后，继续加入CuSO, CiT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：Al 3+ 甩 7-= AIY-+2H， 无色Cu2+ H 2W-=CuY+2H ，蓝色 Cu 2+PAN= Cu-PAN黄色 紫红色1 、 测定Al 3+的 适宜酸度pH=4? 5, 最适宜的pH-4.32、
8、 PAN 一种二元弱酸，用 HJn+表示(PKa=2.9,PKa 2=11.95)+ - HJn HIn In淡绿色黄色红色(V 2.5 )(2.5 ? 12)(> 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
9、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 )， HN? 浓 ) ，NHCNS( 10% ，氨水 (1:1 )， EDTA 溶液( 0.015mol/L )， HAc-NaAc 缓冲溶液,CuSO容液（0.015mol/L ） , MgC2溶液，NUNHCI缓冲溶液，指示剂：澳甲酚绿， 铭黑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0.4-0.5
10、g 试样，置于干燥蒸发皿中，加入 2.53g 固体 NH4C， l 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 HNQ 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
11、后，于950-1000 C 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。（2） 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。（3） 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 5ml NH-NHCI 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。（4） EDT
12、A 与 CuSO 标准溶液的体积比K 的求算1、 从滴定管缓慢放出10-15mLC DT=0.015mol/L 的 EDTA 标准溶液于300ml 锥形瓶中，记录所放EDTA 标准溶液的体积为M 加水稀释至150-200ml 。2、 加约 15mLpH=4.3 的 HAc-NaAc 缓冲溶液，加热至沸，取下稍冷，加5-6 滴 PAN 指示液，以CuSO 标准溶液滴定至亮紫色。3、 记录消耗CuSO 标准溶液的体积平行测定3 次，计算K 值， K=V/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
13、，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 ： 1HCl 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0.015mol/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 消耗体积。&平行测定三次，求FQO 的平均含量。（ 六 ） Al 3+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、 力口 15mlpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，以精密 PH试纸检查
14、。煮沸1-2 min, 取下，冷却至90C左右，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/L CuSO 4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AbO的平均含量。五、原始数据记录与处理（一）原始数据SiO2的测定EDTA浓度的测定K的测定Fe2O3 的测定AI2O3的测定水泥质量/g+SiO2/g空塔制/gmCaCO /g'V/EDTA/ mVEDTA/mVCuSO4/仃ilVEDTA/mI VEDTA/mVCuSO
15、4/ il . ml0.428429.922829.8393 0.371629.9912.0116.893.7619.4618.3130.0011.4116.273.7019.0918.1130.0110.8915.503.6820.1619.11（二）数据处理1、SiO2含量测定：wo2=mi （土甘蜗 + SiO2）-m2 （土甘蜗）/m （样品）*100%SiO2的测定水泥质量/g+SiO2/g空塔烟/gmSiO2/ g质量分数0.428429.922829.83930.083519.49%2、EDTA容液的标定：C caCO = m cacOj3 M cacq3 (250*10 A-3
16、)CEDT= ( VCaCO *CcaCO ) / V EDTA平均相对偏差=(C 平均(EDTA)-C edt) /CedtA*100%已知 CEDT=0.01221mol/LEDTA农度的测定mCaCO3 ga/edta/ r lCCaCO3/(mol/L )CEDTA/(mol/L)C平均(EDTA)/(mol/L )平均相对偏差0.371629.990.014860.012390.012391.45%30.000.0123930.010.012383、k值的测定K=V(EDTA)M(CuSO)C(CuSO= C(EDTA)*KK的测定VEDTA/ mVCuSQ4/ miI kk平均C(
17、CuSC)/ml/L12.0116.890.71110.70500.00873211.4116.270.701310.8915.500.70264、Fe+含量的测定：m(FeT尸C (EDTA * V ( EDTA *M (Fe?+) /V (滤液)/250/1000 m(FeO ) =1/2*m(Fe 3+)/M (Fe?+)*M (F?Q )质量分数=m平均(Fe?C3) /m(样品)*100 %Fe2O3的测定VEDTA/ mlm(Fe3+)/gm(Fe2c 3) /gm平均(FQO)/g质量分数3.760.012950.018240.018024.21 %3.700.012740.01
18、7963.680.012670.017865、Al 3+含量的测定：m(AI3+尸 C ( EDTA * V ( EDTA - C(CuSQ *V(CuSO)* M(1/2AI2Q) /V (滤 液)/250/1000m(Al2C3)=1/2*m(AI 3+)/M(AI 3+)*M(AI 2q)质量分数=m(AI3+)/ m(样品)*100%AI2O3的测定VEDTA/ mVCuSO4/mI m(AI3+)/gm(AI2O a)/gm平均(AI 2Q)/g质量分数19.4618.310.010970.020700.020614.81%19.0918.110.010580.0199820.161
19、9.110.011190.02113六、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）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。2）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局。3）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旨示齐L PAN的用量一般在2至U 3滴，太多会影响滴定终点的 判断。七、注意事项1. 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AC FeCb、MgCb易水解，生成难溶于水的
20、碱式盐或氢氧 化物，混入沉淀使SiC2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。2. 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。3. 应用正确的洗涤方法。为了防止Ti02+、Al3+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120m
21、l。4. 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 1000 r 灼烧沉淀。5. 直接滴定铝时。最适宜 P H范围在2. 53. 5之间？溶液PH氐于2. 5时，Al3+与EDTA的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，所以高于或氐于这个PH 范围均会使铝含量的测定结果偏氐，故滴定时应调适到最适宜PH 来提高测定结果的准确性。6. 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
22、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FezQ， 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
23、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, 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22.5，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