水泥中二氧化硅,氧化铝,氧化铁,氧化镁的含量测定

实验报告硅酸盐水泥中SiO,FeO,AlO含量22323测定班级：应091-4姓名：任晓洁学号：200921501428指导老师：李老师实验目的:掌握水浴加热，沉淀过滤，洗涤，炭化，灰化，灼烧等技术。掌握氯化铵重量法测定水泥中硅酸盐含量的方法。学习配位滴定法测定水泥中FeO，AlO等含量的测定方法。.-一.一2323.一_学会各种方法的测量条件、指示剂的选择，并有一定的鉴别能力复习平时分析化学实验所学习的基本原理和实验操作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。掌握CuSO和EDTA标准溶液的配制与标定一一一4，..二、实验原理：(一).SiO2含量测定重量法硅酸盐水泥熟料主要由氧化钙(CaO)、二氧化硅(SiO)、氧化铝(AlO)和氧化铁(FeO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(Ti0)、三氧化硫(S0)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(3CaO・SiO)、硅酸二钙(2CaO・SiO)、铝酸三钙(3CaO・AlO)一222,3…和铁铝酸四钙eCaO-AlQ-Fep)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：2CaO・SiO+4HClf2CaCl+H

SiO+HO3CaO-SiO+6HCl-3Ce2Cl2+H2SiO+H2O322233CaO・AlO+12HClf3CaCl+2AlCl+6HO232324CaO・AlO・FeO+20HCl-CaCl+AlCl+2FeCl+HO硅酸是一种很弱的无3机酸，3在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在，其化学式以SiO・nHO表示。在用浓酸和加热蒸十等方法处理后，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。SiO2含量测定原理(SiO2的测定可分成容量法和重量法。)重量法又因使硅酸凝聚所用物质的不同分为盐酸干固法、动物胶法、氯化铵法等。本实验采用氯化铵法。在水泥经酸分解后的溶液中，采用加热蒸发近十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°C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Fe”、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FeO，AlO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3体氯化铵后由于氯化铵易离解生成NH3・H2O和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：NHCl+HO-NH.HO+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3950-1000C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。22水泥中的铁、铝、钙、镁等组分分别以Fe”、A3、Ca2+、Mg2+的形式存在于过滤完SiO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…2,•一•…,,一著的区别，、「1016.3,七⑴「1025.1，、「1010.69，\「108.7。因此只要通过控制适当的酸度，就可以进行分别测定。0&¥"8¥(二).铁含量测定：控制溶液的pH为2〜2.5，以磺基水杨酸为指示剂，用EDTA标准溶液滴定，溶液由紫红色变为微黄色即为终点。温度，以60〜70°C为宜，当温度高于75°C时，A13+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定A13+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。配位滴定中有H+产生，Fe3++HY2-=FeY-+2H+,所以在没有缓冲作用的溶液中，当2Fe3+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).铝的测定：以PAN为指示剂的铜盐回滴定是普遍采用的方法。Al3+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Al3+与EDTA充分反应，然后用CuSO标准溶液回滴定过量的EDTA°CuY2-无色，PAN在测定条件(pH=〜4.3)下为黄色，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Ok完全反应后，继续加入CuSO，Cu2+与PAN形成紫红色配合物，由于蓝色CuY2-的存在，终点溶液呈紫色。4反应如下：A13++HY2-=AlY-+2H+，2Cu2++HY2-=CuY2-+2H+，Cu2++PAN=Cu-PAN溶液中有三种有色物质存在：黄色的PAN、蓝色的CuY2-、紫红色Cu-PAN，且三者的浓度又在变化中，因此颜色变化较复杂。测定A13+使得适宜酸度pH=4〜5，最适宜的pH〜4.3PAN：一种二元弱酸，用H2In+表示(PKa1=2.9,PKa2=11.95)HIn+HInIn-2淡绿色黄色红色(<2.5)(2.5〜12)(>12)PAN能与50多种元素生成有色螯合物，除Pd（II）、Co（III）、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。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，水浴锅，洗瓶，表面皿，定量滤纸，漏斗，瓷坩蜗，马弗炉，精密pH试纸，分析天平，干燥器实验试剂：NHCl（A.R），HCl（3:97），NHCNS，5%的漠甲酚绿指示剂，氨水（1:1），4…，4、一・、HCl（1:1），磺基水杨酸，EDTA溶液（0.015mol/L），HAc-NaAc缓冲溶液，0.2%PAN指示剂，CuSO溶液（0.015mol/L），浓HNO，浓HCl，MgCl溶、一…—.一、32液，NH-NHCl缓冲溶液，铭黑T，2%PAN指示液四、实验步骤：4（一）SiO含量测定：1）准确称取0.4g试样，置于干燥的50mL烧杯中，加入2.5~3g固体NH4Cl，用玻璃棒混匀，滴加浓HCl溶液至试样全部润湿（一般约需5mL），并滴加2~3滴浓HNO’，搅匀。2）盖上表面皿，置于沸水浴上，加热10min至近十，取下，加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，并不断用HCl（3:97）洗涤沉淀至滤液中不含铁离子为止（用NHCNS检验）。44）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蜗中，低温干燥、炭化并灰化后，于950°C灼烧30min取下，置于干燥器中冷却全室温，称量。再灼烧、称量，直至恒重。计算试样中SiO2的质量分数。（二）Mg2+-EDTA溶液配制：21）用25ml移液管准确移取MgCl溶液于300ml锥形瓶中，加适量水至50ml，加5mlNH"NH4Cl缓冲溶液，滴加2-3滴铭黑T指示剂，振荡摇匀。2）用0.015mol/L的EDTA溶液滴定至溶液突变至蓝色，记录消耗EDTA溶液体积。3）平行重复三次，测得Mg2+-EDTA的体积比。4）按照测定的体积比，配置Mg2+-EDTA溶液。（三）0.01mol/L钙标准溶液配制：用减量法准确称取0.37-0.38g纯碳酸钙，用1：1盐酸溶解（计算用量，不要过量太多），加适量水，定量转移至250ml的容量瓶中，定容，摇匀，待用。（四）EDTA溶液的标定：1）用移液管移取25ml钙标准溶液至锥形瓶中，加20mlHO，2mlMgY2和5mlNH3-NH4Cl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。（五）EDTA与CuSO标准溶液的体积比K的求算：、..,.1）从滴定管缓慢放出10-15mLC（EDTA）=0.015mol/LEDTA标准溶液于400mL锥形瓶中，记录所放EDTA标准溶液的体积为七加水稀释至150-200ml。12）加入约15mLpH=4.3的缓冲溶液，加热至沸，取下稍冷，加5-6滴2%PAN指示液，以CuSO标准溶液滴定至亮紫色。3）记录消耗CuSO4标准溶液的体积七，平行测定3次，计算K值。K=V/V42（六）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%漠甲酚绿指示，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调节溶液酸度至黄色后继续过量3滴4）置于70°C水浴中加热10min，取下5）加6-8滴磺基水杨酸，趁热用0.015mol/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消耗体积，6）平行测定三次，求FeO的平均含量。（七）Al3+含量的测定：231）从滴定管中放入20.00mlEDTA标准溶液置于测定完FeO含量后的试23液中，记录所放EDTA标准溶液的体积，2）加15mlpH=4.2的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1min，稍冷后加入4滴0.2%PAN，以0.015mol/LCuSO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、实验注意事项：23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AlC"、FeC"、MgCl易水解，生成难溶于水的碱式盐或氢氧化物，混入沉淀使SiO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SiO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+、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120ml。灰化时，坩蜗盖应半开，不能使滤纸产生火焰。需充分灰化后（呈灰白色）再移高温下950一1000C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，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。六、实验原始数据及数据处理：♦SiO含量测定：◊2计算公式：实（Si°2）=【m（坩埚+SiO2）—m2（坩埚）】/m0（样品）*100%SiO含量测定□名称m0（样品）/gm1(坩埚+SiO2)/gm(坩埚)/g——2m(SiO)/g2质量°0.4417132.695532.60560.0899W(SiO)220.35%♦Mg2+-EDTA溶液配制Mg2+-EDTA溶液配制体积'次数123V(EDTA)/ml23.3423.323.34V(平均EDTA)/ml23.33V(EDTA)/V(Mg)0.93360.9320.9336V(平均EDTA)/V(Mg)0.9323♦EDTA溶液的标定：◊计算公式：C(EDTA)=[V(CaCO)*m(CaCO)/M(CaCO)/(250*10'3)]/V(EDTA)其中：C(CaCO)=3m(CaCO)/3M(CaCO)/(250*10—3)333=0.376/100.08/(250*10-3)=0.01503mol/L.\C(EDTA)=(25.00)*(0.01503)/(24.53)=0.01532mol/LC^,(EDTA)=C+C+C/3=0.01532mol/L◊有关实验数据及数据处理EDTA溶液的标定项目\组数123m(CaCO)/g30.376V(EDTA)/ml24.5324.5124.56C(EDTA)/(mol/L)0.015320.015330.01530Cj(EDTA)/(mol/L)0.01532均偏差00.00001-0.00002相对偏差/%00.001-0.002平均偏差-0.000003平均相对偏差-0.0003♦EDTA与CuSO标准溶液的体积比K的求算:4

◊计算公式；K=V(EDTA)/V(CuSO)1c(cusO)=c(Edta)/k一一■一■…一4-一一.◊有关实验数据及处理结果：体积比K的求算名称/次数123V(EDTA)/ml15.4916.1118.81V(CuSO)/ml17.3218.3021.1224K0.89430.88030.8906K平均0.8884C(CuSO)/ml/L40.01722♦Fe3+含量的测定：◊计算公式：m(Fe3+)=[C(EDTA)*V(EDTA)*M(1/2Fe2O3)]/[V(滤液)/250]/1000W=m(Fe3+)/m(样品)*100%◊有关实验数据及处理结果;Fe3+含量的测定名称'组号123V(滤液)/ml50.0050.0025.00V(EDTA)/ml3.863.881.92C(EDTA)/mol/L0.01530M