寧夏師范學院08級化學(1)

1、寧夏師范學院08級化學（1）班分析化學實驗論文題目：水泥熟料成分的分析 院 系：化學與化學工程學院指導教師：丁建海班 級：08級化學教育（1）班姓 名：楊建勝完成時間：2010年7月1日水泥熟料成分的分析摘 要：水泥熟料是調(diào)和生料經(jīng)1400以上的高溫煅燒而成。通過熟料分析，可以檢驗熟料質(zhì)量和燒成情況的好壞，根據(jù)分析結(jié)果，及時調(diào)整原料的配比以控制生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：分解 重量法 絡(luò)合滴定法 返滴定法 分析化學Abstract: The cement clinker is to reconcile raw material by more than 1400 high temperature calci

2、ne. Through the clinker analysis, can test the quality and the clinker burning conditions good or bad, according to analysis results, timely adjustment of the ratio to control the production of raw materials.Keywords: decomposition weight method complexometric titration titration of Analytical Chemi

3、stry一、實驗?zāi)康?.掌握難溶試樣的分解方法.2.學習復雜樣品中多組分的測定方法的選擇.二、實驗原理水泥熟料是調(diào)和生料經(jīng)1400以上的高溫煅燒而成。通過熟料分析，可以檢驗熟料質(zhì)量和燒成情況的好壞，根據(jù)分析結(jié)果，及時調(diào)整原料的配比以控制生產(chǎn)。 目前，我國用立窯生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料的主要化學成分測定指標及其控制范圍，大致如下表所示：硅酸鹽水泥熟料的主要化學成分測定指標化學成分含量范圍（質(zhì)量分數(shù)）一般控制范圍（質(zhì)量分數(shù)）SiO2Fe2O3Al2O3CaO18%24%2.0%5.5%4.0%9.5%60%67%20%22%3%4%5%7%62%66%水泥熟料中堿性氧化物占60以上，因此易為酸分解。水

4、泥熟料主要為硅酸三鈣（3CaO· SiO2）、硅酸二鈣（2CaO· SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3 ）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）等化合物的混合物。這些化合物與鹽酸作用時，生成硅酸和可溶性的氯化物，反應(yīng)式如下：2CaO· SiO2+4HCl-2CaCl2+H2SiO4+H2O3CaO· SiO2+6HCl-3CaCl2+H2SiO4+2H2O3CaO· Al2O3+12HCl-3CaCl2+ 2Al Cl3 +6H2O4CaO·Al2O3·Fe2O3+20HCl-

5、4CaCl2+ 2Al Cl3 +FeCl3+10H2O硅酸是一中很弱的無機酸，在水溶液中絕大部分以溶膠狀態(tài)存在，其化學方程式以SiO2· nH2O表示。在用濃鹽酸和加熱蒸干等方法處理后，能使絕大部分硅酸水溶膠脫水成水凝膠析出。因此可以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。1.以重量法測的定SiO2含量 在水泥經(jīng)酸分解后之溶解中，采用加熱蒸發(fā)近于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100110溫度下進行的。由于HCl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+、Al3+等

6、離子在溫度超過110時易分解生成難溶性的堿式鹽混在硅酸凝膠中，這樣將使SiO2的結(jié)果偏高，而Fe2O3、Al2O3等的結(jié)果偏低，故加熱蒸干宜采用水浴以嚴格控制溫度。加入固體NH4Cl易離解生成NH3 H2O和HCl，在加熱的情況下，它們易揮發(fā)逸出，從而消耗了水，因此能促進硅酸水溶膠的脫水作用，反應(yīng)式如下：NH4Cl+H2O-NH3 H2O+ HCl含水硅酸的組成不固定，故沉淀經(jīng)過濾、洗滌、烘干后，還需經(jīng)950-1000高溫灼燒成固定成分SiO2，然后稱量，根據(jù)沉淀的質(zhì)量計算SiO2質(zhì)量分數(shù)。灼燒時，硅酸凝膠不僅失去吸附水，并進一步失去結(jié)合水，脫水過程的變化如下：H2SiO3· H2O

7、-H2SiO3-SiO2灼燒所之SiO2沉淀是雪白而又疏松的粉末。如所得沉淀呈灰色，黃色或紅棕色，說明沉淀不純。在要求比較高的測定中，應(yīng)用氫氟酸-硫酸處理。水泥中的鐵、鋁、鈣、鎂等組分以Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+ 等離子形式存在于過濾硅酸沉淀后的濾液中，它們都與EDTA形成穩(wěn)定的配離子。但這些配離子的穩(wěn)定性有較顯著的差別，因此只要控制適當?shù)乃岫龋涂捎肊DTA分別滴定它們。2.鐵的測定測定鐵時需控制酸度為PH=2-2.5。試驗表明，溶液酸度控制不恰當時測定的結(jié)果影響很大。在PH=1.5時，結(jié)果偏低；PH>3時，F(xiàn)e3+離子開始形成紅棕色氫氧化物，往往無滴定終點，共存的Ti4+

8、、Al3+離子的影響也顯著增加。滴定時以磺基水楊酸為指示劑，它與Fe3+離子形成的配合物的顏色與溶液酸度有關(guān)，在PH=1.2-2.5時，配合物陳紅紫色。由于Fe-磺基水楊酸配合物不及Fe-EDTA穩(wěn)定，所以臨近終點時加入的DTA便會奪取Fe-磺基水楊酸配合物中的Fe3+離子，使磺基水楊酸游離出來，因而溶液由紅紫色變?yōu)槲ⅫS色，即為終點，磺基水楊酸在水溶液中是無色的，但由于Fe-EDTA配合物是黃色的，所以終點時由紅紫色變?yōu)辄S色。滴定是溶液的溫度以6070為宜，當溫度高于75，并有Al3+ 離子存在時， Al3+離子亦可能與EDTA配位結(jié)合，使Fe2O3的測定結(jié)果偏高，而Al2O3的結(jié)果偏低，當溫

9、度低于50 時，則反應(yīng)速度緩慢，不易得到準確的終點。由于配位滴定的過程中有H+離子產(chǎn)生（Fe3+H2Y2- FeY-+2H+）,所以在沒有緩沖作用的溶液中，當鐵含量較高時，在滴定過程中溶液的PH會逐漸降低，從而妨礙反應(yīng)進一步完成，以致終點變色緩慢，難以進行準確測定。3.鋁的測定以PAN為指示劑的返滴法是普遍采用的一種測定鋁的方法。因為Al3+ 離子與EDTA的配合作用進行較慢，所以一般先加入過量的EDTA溶液，并加熱煮沸，使Al3+ 離子與DETA充分配合，然后用CuSO4標準溶液回滴過量的EDTA。Al-EDTA配合物是無色的，PAN指示劑在PH為4.3的條件下是黃色的，所以滴定開始前溶液呈

10、黃色。隨著CuSO4標準溶液的加入，Cu2+離子不斷與過量的EDTA配合，由于Cu-EDTA是淡藍色的，因此溶液逐漸由黃色變綠色。在過量的EDTA與Cu2+離子完全配合后，繼續(xù)加入CuSO4，則過量的Cu2+離子即與PAN形成深紅色配合物，由于藍色的Cu-EDTA的存在，使得終點呈紫色。滴定過程中的主要反應(yīng)如下：Al3+H2Y2- AlY-(無色)+2H+H2Y2-+CuCuY2-（藍色）+2HCu2+PAN（黃色）Cu-PAN（深紅色）這里需要注意的是，溶液中存在三種有色物質(zhì)，而它們的含量又在不斷變化之中，因此溶液的顏色特別是終點的變化就較復雜，它決定于Cu-EDTA、PAN和Cu-PAN的

11、相對含量和濃度，滴定終點時否敏銳的關(guān)鍵是藍色的Cu-EDTA濃度的大小，終點時Cu-EDTA配合物的物質(zhì)的量等于加入的過量的EDTA的物質(zhì)的量。一般來說，在100ml溶液中加入的EDTA標準溶液（濃度在0.015mol*l-1附近的），以過量10ml左右為宜。4.鈣、鎂的測定其方法與“工業(yè)用水總硬度的測得”類同，此處從略。三、實驗試劑濃鹽酸，1：HCl溶液，3：97 HCl溶液，濃硝酸，1：1氨水，10NaOH溶液，固體NH4Cl, 10NH4CNS溶液，1：1三乙醇胺，0.1 mol/LEDTA標準溶液，0.01mol/L CuSO4標準溶液，HAc-NaAc緩沖溶液（PH=4.3）,NH3

12、-NH4Cl緩沖溶液（PH=10）0.05溴甲酚綠指示劑，10磺基水楊酸指示劑，0.2PAN指示劑，酸性鉻藍K-萘酚綠B(K-B指示劑)，鈣指示劑。四、實驗步驟1.使 SiO2的測定準確稱取試樣0.5g左右，置于干燥的50ml燒杯(或100mol/L150ml瓷蒸發(fā)皿)中，加2g固體NH4Cl，用平頭玻璃棒混合均勻，蓋上表面皿，沿杯口滴加3ml濃鹽酸和1滴濃硝酸，仔細攪勻，使試樣充分分解。將燒杯置于沸水浴上，杯上放一玻璃三角架，再蓋上表面皿，蒸發(fā)至近于（約需1015min）。取下，加10ml熱的稀鹽酸（3：97）,攪拌，使可溶性鹽類溶解，以中速定量慮紙過濾，用膠頭淀帚蘸以熱的稀鹽酸（3：97）

13、擦洗玻璃及燒杯，并洗滌沉淀至洗滌液中不含F(xiàn)e3+離子可用NH4CNS溶液檢驗，一般來說，洗滌10次即可達到不含F(xiàn)e3+離子的要求。濾液及洗滌保存在250ml容量瓶中，并用水稀釋至刻度，搖勻，供測定Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等離子之用。將沉淀和濾紙移至以稱量至恒重的瓷坩堝中，先在電爐上低溫烘干，再升高溫度使濾紙充分灰化，然后在9501000的高溫爐內(nèi)灼燒30min取出，稍冷，再移置于干燥器中冷卻至室溫(約需1540min),稱量。如此反復灼燒，直至恒溫。m試樣0.5000mm坩堝21.7298mm坩堝+SiO221.8164mm SiO20.08660mW SiO217.32%

14、60;2.Fe3+離子的測定準確吸取分離SiO2后之濾液50.0ml，置于400ml燒杯中，加2滴0.05溴甲酚綠指示劑，此時溶液呈黃色，逐滴滴加1：1氨水，使之成綠色，然后再用1：HCl溶液調(diào)節(jié)溶液酸度至呈黃色后再過量3滴，此時溶液PH為2，加熱至約70（根據(jù)經(jīng)驗，感到燙手但還不覺得非常燙），取下，加68滴10磺基水楊酸，以0.015 mol*l-1EDTA標準溶液滴定，滴定開始時溶液呈紅紫色，此時滴定速度適宜快些，當溶液開始呈淡紫色時，滴定速度放慢，一定要每加一滴就搖搖、看看，最好同時加熱，直至滴到溶液變?yōu)榈S色，即為終點，滴得太快，EDTA易加多，這樣不僅會使Fe3+得結(jié)果偏高，同時還會

15、使Al3+得結(jié)果偏低。VEDTA末3.40mlVEDTA初0.00mlVEDTA3.40mlW Fe2O32.83% 3.Al3+離子的測定在上述滴定測定鐵含量后的溶液中，加入0.015mol·L-1 EDTA標準溶液約20mL,幾下讀數(shù)，搖勻。然后再加入15mL,PH=4.3的HAc-NaAc緩沖液，以精密PH試紙檢測溶液酸度。煮沸1-2min后，冷卻90左右，加入4滴0.2%PAN指示劑，以0.015mol·L-1CuSO4標準溶液滴定。開始時溶液呈黃色，隨著CuSO4溶液的加入，顏色逐漸變綠并有藍綠轉(zhuǎn)向灰綠，再加入一滴即可變紫達到終點。VEDTA20.00m

16、lVCuSO4末13.75mlVCuSO4初0.00mlVCuSO413.75mlWAl2O32.83%、 4.Ca2+的測定準確吸取分離SiO2后的濾液25.0mL，置于250mL錐形瓶中，加水稀釋至約50mL。加4mL1:1三乙醇胺溶液，搖勻后再加5 mL10%NaOH溶液，在搖勻。加入約0.01g固體鈣指示劑（用藥勺小頭取約1勺），此時溶液呈酒紅色。然后以0.015 mol·L-1EDTA標準溶液滴定至溶液呈藍色，即為終點。VEDTA末32.50mlVEDTA初0.00mlVEDTA32.50mlW CaO54.17%5. Mg2+離子對測定準確吸取分離SiO2后的濾液25.0mL，置于250mL錐形瓶中，加水稀釋至約50mL。加4mL1:1三乙醇胺溶液，搖勻后加5 mLPH為10的NH3-NH4Cl緩沖溶液，在搖勻，然后加入適量酸性鉻藍K-萘酚綠B指示劑或鉻黑T指示劑，以0.015 mol·L-1EDTA標準溶液滴定至溶液呈藍色，即為終點。根據(jù)此結(jié)果計算所得的為鈣、鎂和量，由此減去鈣量即為鎂量。VEDTA末41.50mlVEDTA初0.00mlVEDTA41.50mlW MgO1.97綜上得出：WSi2O2=17.32% WFe2O3=2.83% WAl2O3=2.83% W