硅酸盐水泥中SiO2,Fe2O3,Al2O3含量的测定

AIO23硅酸盐水泥中SiO,AIO23223含量的测定实验报告、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、掌握氯化铵重量法测定水泥中SiO2含量的原理和方法。24、学习配位滴定法测定水泥中FQO3AI2O3等含量的原理和方法。3235、掌握CaC03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（SiO）、氧化铝（AIO）和2 2 3氧化铁（FeO3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（TiO2）、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（3CaO2AbO）和铁铝酸2 2 3四钙（4CaO?AIO?F@O）等化合物的混合物。这些化合物与盐酸作用时，生成硅233酸和可溶性的氯化物，反应式如下：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?iH2O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22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。（一） SiO2含量的测定——重量法2本实验以重量法测定SiO的含量。（Si02的测定可分成容量法和重量法。）2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+、AI3+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 SiO的结果偏高，而FqO3,AlO等2 3 2 3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NH3H2O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： NH4CI+H2O-NH3.H2O+HCI4 2 3 2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950-1000C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Fe3+、Al3+、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，但稳定性有较显著2的区别，KA|Y=10l63,KFe（山）y=10251,KcaY=1010.69，心丫二®&。因此只要通过控制适当的酸度，就可以进行分别测定。（二） 铁含量的测定铁含量的测定方法:的 I給如耐応法HTTAiAiI仪觀总慚扶MUSMHW址檄*钦测疵控制溶液的pH为2〜2.5,以磺基水杨酸为指示剂，温度以60〜70C为宜，当温度高于75C时，AI3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定A『+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++HY2-=FeY-+2H+所以在没有缓冲作用的溶液中，当FeT含量较高时，滴定过2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（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，使A|3+与EDTA充分反应，然后用CuSQ标准溶液回滴定过量的EDTAoAIY2-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，CuY2-为浅蓝色，因此溶4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CuSO,Cu2+4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。反应如下：Al3++H丫2-=AIY-+2H+2，无色Cu2++HY-=CuY2-+2H+，2"蓝色Cu+PAN=Cu-PAN黄色紫红色1、测定AI3+的适宜酸度pH=4〜5,最适宜的pH〜4.32、PAN:一种二元弱酸，用H2In+表示(PKa=2・9,PK&=11.95)HIn 一2—Hln —In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(ll)、Co(lll)、RhQII)为绿色，Fe(lll)为暗红色，V(v)、TI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，NMCl(固体)，HCI(浓，1:1,3:97),HNO3(浓)，NHCNS(10%，氨水(1:1),EDTA溶液(0・015mo”L),HAc-NaAc缓冲溶液，CuSO44溶液(0・015mo”L),MgCb溶液，NH3-NH4CI缓冲溶液，指示剂：溴甲酚绿，铬黑T，PAN指示液，磺基水杨酸。四、实验步骤(一)SiO含量的测定21、 差减法准确称取0・4-0・5g试样，置于干燥蒸发皿中，加入2.5~3g固体NH4CI,用玻璃棒混匀，滴加浓HCI溶液至试样全部润湿，并滴加2~3滴浓HN03,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HCI（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HCI（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检验）。44、 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后，于950-1000C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 SiO的含量。2（二） 0.01mol/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。（三） 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2mlMgY和5mlNHa-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。（四） EDTA与CuSO标准溶液的体积比K的求算41、从滴定管缓慢放出10-15mLCedta=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v加水稀释至150-200ml2、 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。43、 记录消耗CuSQ标准溶液的体积匕，平行测定3次，计算K值，K=V/V2。（五）f£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1：1HCl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/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。&平行测定三次，求FqO3的平均含量。（六）Al3+含量的测定1、 从滴定管中放约20.00mlEDTA标准溶液于测定完FqOs含量后的溶液中，记录所放EDTA标准溶液的体积，摇匀。2、 加15mlpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，以精密PH试纸检查。煮沸1-2min，取下，冷却至90C左右，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/LCuSO标准溶液滴定。开始溶液呈黄4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4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AIO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Al2O3的测定水泥质坩埚空坩埚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）数据处理1、SiO含量测定：2W=[m（坩埚+SiO）-m（坩埚）]/m（样品）*100%sQ2i 2 2 。SiO2的测定水泥质量/g坩埚+SiO2/g空坩埚/gmSiO2/g质量分数0.428429.922829.83930.083519.49%2、EDTA溶液的标定:C=m/M /（250*10八3）caCO3CaCOa CaC03平均相对偏差=(c平均(EDTA)-Cedta)/CedtA*100%已知CEDTA=0.01221mol/Ledta浓度的测定mCaC03/gvedta/mlCCaCO3/(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=VI(EDTA)/V2(CUSO4)C(CuSC4)=C(EDTA)*KK的测定vedta/mlVCuSO4/mlkk平均C(CuSQ)/ml/L12.0116.890.711111.4116.270.70130.70500.00873210.8915.500.70264、Fe3+含量的测定：m(Fe3=[C(EDTA)*V(EDTA)*M(Fe)»[V(滤液)/250]/1000m(F®03)=1/2*m(Fe)/3M+(Fe)3*+M(FQOS)3S质量分数=5平均（FbO3）/m（样品）*100%Fe203的测定VEDTA/mlm(Fe3+)/gm(Fe20)/g3m平均(Fg)/g质量分数3.760.012950.018243.700.012740.017960.018024.21%3.680.012670.017865、AI3+含量的测定：TOC\o"1-5"\h\zm(AI3+)={[C(EDTA)*V(EDTA)-C(CuS04)*V(CuS04)]*M(1/2Al2O3)}/[V(滤4 4 2 3液)/250]/10003+ 3+m(AI203)=1/2*m(AI)/M(AI)*M(AbO3)23 3质量分数=m(Al3+)/m(样品)*100%Al203的测定VEDTA/mlVCuS04/mlm(AI3+)/gm(AI20)/g3m平均(AQj/g质量分数19.4618.310.010970.0207019.0918.110.010580.019980.020614.81%20.1619.110.011190.02113六、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高。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。七、注意事项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AlCb、FeC3、MgC*易水解，生成难溶于水的碱式盐或氢氧化物，混入沉淀使Si02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2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。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100-110C,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120ml。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950一1000C灼烧沉淀。5・ 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，A|3+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。PAN和6. 指示剂的用量也会影PAN和Cu—EDTA指示剂，PAN的用量一般在2到3滴，太多会影响滴