硅酸盐水泥中二氧化硅含量测定

1、硅酸盐水泥中SiO2，Fe2O3，Al2O3含量的测定姓名： 学号： 班级：同组人：2014/9一 实验目的：1、掌握重量法测定水泥中SiO2含量的原理及方法。2、掌握加热蒸发、沉淀过滤、洗涤、炭化、灰化、灼烧等操作技术和要求。3、学习配位滴定法测定水泥中Fe2O3，Al2O3等含量的测定原理及方法。4、学习铁离子、铝离子、钙离子的测定条件、指示剂的选择。 5、掌握CuSO4和EDTA标准溶液的配制与标定。6、掌握络合滴定的原理和方法、掩蔽剂的选择、指示剂的使用及终点颜色的变化情况。二、仪器药品及试剂配制仪器1、仪器：马弗炉、瓷坩埚、干燥器和长、短坩埚钳、电子天平、台秤、电炉、水浴锅、容量瓶（

2、100ml、250ml）、 移液管（50ml、25ml）、滴定管，称量瓶、试剂瓶（ 500ml和1000ml）、锥形瓶（250ml）、量筒（50ml、10ml）、烧杯（100ml、200ml）、表面皿、瓷蒸发皿、玻璃漏斗、漏斗架、瓷坩埚、平头玻璃棒、胶头滴管、漏斗、中速定量滤纸 、洗瓶。2、试剂: HCl溶液（1：1）： 1体积浓盐酸溶于1体积的水中；HCl溶液（3：97）： 3体积浓盐酸溶于97体积的水中；浓硝酸；氨水（1：1）：1体积浓氨水溶于1体积的水中；0.05%溴甲酚绿指示剂：将0.05g溴甲酚绿溶于100mL20%乙醇溶液中 10%磺基水杨酸指示剂：将10g磺基水杨酸溶于100mL

3、水中；0.2%PAN指示剂：称取0.2gPAN溶于100mL乙醇中 ；0.1%铬黑T: 称取0.1g 铬黑T溶于75mL三乙醇胺和25mL乙醇中；Mg-Y;NH4Cl固体；水泥试样3、溶液的配置1）标准溶液的配制：a、0.015mol/LCaCO3溶液的配制：减量法准确称取CaCO3基准物0.3764g，置于100mL烧杯中，用少量水先润湿，盖上表面皿，慢慢滴加11HCl ，待其溶解后，用少量水洗表面皿及烧杯内壁，洗涤液一同转入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀备用。b、0.015mol/L EDTA标准滴定溶液的配制：称取约5.6gEDTA（乙二胺四乙酸钠盐）置于烧杯中，加入约200m

4、l水，加热溶解，过滤，用水稀释至1L. c、0.015mol/L硫酸铜（M CuSO4=160）标准溶液的配制：准确称取2.4g硫酸铜溶于水中，加4到5滴硫酸溶液（1：1），用水稀释至1L。（2）缓冲溶液的配制HAc-NaAc缓冲溶液（pH4.3）：将42.3g无水乙酸钠溶于水，加80ml冰乙酸，用水稀释至1L，摇匀。 NH3-NH4Cl缓冲液（pH=10）：67g NH4Cl溶于适量水后，加入520mL浓氨水，稀释至1L。三、实验原理（一）SiO2含量测定-重量法水泥熟料主要为硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（2CaOSiO2）、铝酸三钙（3CaOAl2O3）和 铁铝酸四钙（4CaOA

5、l2O3Fe2O3）等化合物的混合物。水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。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： 2CaOSiO2+4HCl2CaCl2+H2SiO3+H2O 3CaOSiO2+6HCl3CaCl2+ H2SiO3+2H2O 3CaOAl2O3+12HCl3CaCl2+2AlCl3+6H2O 4CaOAl2O3Fe2O3+20HCl4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O 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 SiO2nH2O 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

6、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。本实验采用氯化铵法。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100-110左右下进行。由于HCl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110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 Fe2O3，Al2O3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 NH3·H2O 和

7、 HCl，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： NH4Cl+H2ONH3.H2O+HCl 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950-1000 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。（2） 铁含量测定： 控制溶液的pH为22.5，以磺基水杨酸为指示剂，用EDTA标准溶液滴定，溶液由紫红色变为淡黄色即为终点。温度以6070为宜，当温度高于75时，Al3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定Al3+结果偏低。当温度低于50时，反应速度缓慢，不易得出确定终点。配位滴定

8、中有H+产生，Fe3+H2Y2-=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。滴定反应：Fe3+H2Y2-=FeY-+2H+ 黄色显色反应：Fe3+ HIn = FeIn + H+ 无色 紫红色终点反应：FeIn + H2Y2- = FeY- + HIn + H+ 紫红色 黄色（三）铝的测定：Al3+与EDTA的反应速度慢，所以先加入过量的EDTA，并加热煮沸，使Al3+与EDTA充分反应，然后用CuSO4标准溶液回滴定过量的EDTA。AlY-无色，PAN 在测定条件(pH=4.3)下为黄色

9、，所以滴定开始前溶液为黄色，随着CuSO4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Cu2+完全反应后，继续加入CuSO4，Cu2+与PAN形成深红色配合物，由于蓝色CuY2-的存在，终点溶液呈紫色。反应如下：Al3+ H2Y2-= AlY-+2H+ 无色Cu2+ H2Y2-=CuY2-+2H+ 蓝色Cu2+PAN= Cu-PAN 黄色 深红色（四）EDTA标定：称取准确质量的纯碳酸钙，用少量1:1HCl溶解，转移到250ml容量瓶中配成标准溶液，再用EDTA溶液滴定钙离子，根据EDTA和钙离子用量可以计算EDTA浓度。四、实验步骤(1) SiO2含量测定1) 准

10、确称取0.4167g试样，置于干燥的50mL烧杯中，加入2.5g固体NH4Cl，用玻璃棒混匀，在通风橱中滴加5mL浓HCl和3滴浓HNO3，搅匀，使试样充分溶解。2) 盖上表面皿，置于沸水浴上，加热至近干，取下，加入热的稀HCl（3:97）约10mL搅动，以溶解可溶性盐类。3) 以中速定量滤纸过滤，并用胶头滴帚以热的稀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NH4CNS检验）。4) 将滤液定量转移至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，低温干燥、炭化并灰化后 ，于950灼烧30min 取下，置于干燥器中冷却至室

11、温，称量。再灼烧、称量，直至恒重。计算试样中SiO2的质量分数。 (2)0.015mol/L EDTA标准溶液滴定的标定： 1）移取25.00mLCa标准溶液于250mL锥形瓶中。2）加2mlMgY溶液，5ml氨性缓冲溶液，加3滴EBT指示剂。3）用EDTA溶液滴定至溶液由酒红变为蓝色，30秒内不退色，即为终点。4）平行标定三次，计算EDTA溶液的浓度。(3)EDTA标准滴定溶液与硫酸铜标准溶液体积比的标定：1）从滴定管缓慢放出10-15mLC(EDTA )=0.015mol/LEDTA标准溶液于锥形瓶中，记录所放EDTA标准溶液的体积为V1加水稀释至 约100ml。2）加入约15mLpH=4

12、.3的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1-2min，取下稍冷，加4滴2%PAN指示液，以CuSO4标准溶液滴定至亮紫色。3）记录消耗CuSO4标准溶液的体积V2，平行测定3次，计算K值。K=V1/V2(4)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1：1氨水调节溶液酸度至黄色后继续过量3滴，用精密PH试纸检验PH为2左右。4) 置于70水浴中加热10min，取下。5) 加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淡

13、黄色即为终点，记录EDTA消耗体积6) 平行测定三次，求Fe2O3的平均含量。(5)Al3+含量的测定：1) 从滴定管中放入约20.00mlEDTA标准溶液置于测定完Fe2O3含量后的试液中，记录所放EDTA标准溶液的体积，2) 加15mlpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1-2 min，稍冷后加入4滴0.2%PAN，以0.015mol/L CuSO4标准溶液滴定至紫红色。记录CuSO4消耗的体积。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Al2O3的平均含量。五、数据记录与处理1、SiO2含量测定：SiO2含量测定的实验数据及处理结果名称m0（样品）/gm1（坩埚

14、+ SiO2）/gm2（坩埚）/gm（SiO2）/g质量0.416738.184838.17270.0121W%（SiO2）2.90%计算公式：W（SiO2）=(m1（坩埚+ SiO2）-m2（坩埚）)/m0（样品）*100% =（38.1848-38.1727）/0.4167*100%=2.90%2、EDTA浓度标定 EDTA浓度标定数据处理结果名称组号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总体平均(EDTA)/(mol/L)0.01221绝对偏差0.00001-0.00001-0.00001相对偏差0.082%0.082%0.082%计算公式：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经与其他组取平均最终得到C总体平均(EDTA)=0.01221mol/L绝对偏差di= C（EDTA）- C平均(EDTA)相对偏差dr=|d

16、i| / C平均(EDTA)*100%3、K值的测定体积比K的有关实验数据及处理结果：名称组号123V1(EDTA)/ml12.0012.0212.27V2(CuSO4)/ml16.8616.8916.91K0.71170.71170.7256K平均0.7163C(CuSO4)/mol/L0.008746绝对偏差-0.0046-0.00460.0093相对偏差0.64%0.64%1.3%计算公式： K=V1(EDTA)/V2(CuSO4) C(CuSO4)= C(EDTA)*K平均=0.01221*0.7163=0.008746mol/L绝对偏差di=K-K平均相对偏差dr=|di| /K平均

17、*100%4、Fe2O3的含量测定Fe2O3的含量测定有关实验数据及处理结果;名称组号123V（滤液）/ml50.0050.0050.00V（EDTA）/ml3.733.623.69C总体平均（EDTA）/ mol/L0.01221M(Fe2O3)/g mol-1156.69m(Fe2O3)/g0.017840.017310.01765m(样品)/g0.4167m平均(Fe2O3)/g0.01760W%(Fe2O3)4.22绝对偏差0.00024-0.000290.00005相对偏差1.36%1.65%0.28%计算公式：m(Fe2O3)= 0.5C总体平均（EDTA）* V（EDTA）* M

18、(Fe2O3)/V（滤液）/250/1000=(0.5*0.01221*3.73*156.69)/(50.00/250)/1000=0.01784gW= m(Fe2O3)/ m(样品)*100%=0.01760/0.4167*100%=4.22%绝对偏差di= m(Fe2O3)- m平均(Fe2O3)相对偏差dr=|di| / m平均(Fe2O3)*100%5、Al2O3含量测定： Al2O3含量测定有关实验数据及处理结果名称组号123V（滤液）/ml5000500050.00V（EDTA）/ml19.9020.1119.81C总体平均（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(样品)/g04167W%( Al2O3)5.27绝对偏差0.000090.00007-0.00015相对偏差0.410%0.319%0.683%计算公式： m(Al2O3)=0.5C总体平均（EDTA）* V（EDTA）- C(CuSO4) *V(CuSO4)* M(Al2O3) /V（滤液）/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(样品)*100%=0.02194/0.4167*100%=5.27%绝对偏差di= m(Al2O3)- m平均(Al2O3)相对偏差dr=|di| / m平均(Al2O3)*100%实验数据结果表含量物质SiO2Fe2O3Al2O3W%2.904.225.27六、结果评价与讨论1、测定二氧化硅含量洗涤沉淀时铁离子未除干净，查找原因发现洗涤后期使用了被铁离子污染的盐酸，但是洗涤时已使用大量的热盐酸，再洗可能会导致二氧化硅透过滤纸造成损失，盐酸中含有铁离子，也可能导致最后铁含量偏高。2、通过对实验

21、结果进行分析可以看出，一些实验数据存在一定偏差，说明结果精密度不好，可能原因：（1）仪器误差：天平、容量瓶、滴定管刻度不准确带来误差；（2）操作误差：主观上对终点颜色判断、读数存在误差，而且滴定操作不是一人完成，会产生更大误差；（3）试剂误差：实验所用试剂、纯水等可能含有影响实验结果的物质；（4）指示剂加入的量未控制好可能影响滴定结果。3、实验中应注意问题：（1）实验中滴定Al时采用PAN指示剂，由于PAN与EDTA的络合物的水溶性较差，因此CuSO4回滴过量EDTA时应趁热滴定，如果温度降为80以下时滴定，温度降低使置换速度放慢，滴定终点判断不准确，可能会出现反终点现象，应先测定结果，因此加热至沸1min后趁热滴定。（2）实验中溶样时加入浓HNO3 将Fe全部转化为Fe3+，滴定Fe时，必须注意温度和酸度，温度低、酸度大，Fe络合不完全，结果偏低；温度高、酸度小，Al 易络合产生干扰，使Fe的结果偏高。测定Fe时温度应不低于60 pH在1.5-2.0之间，以减小大量Al的干扰。（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CuEDTA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。（4）严格控制硅酸脱水的温度和时间。脱水温度不要超过110，若温度过高，某些氯化物，如AlCl3、FeCl3、