硅酸鹽水泥中SiO2-Fe2O3-Al2O3-含量的測定

硅酸鹽水泥中SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3含量的測定實(shí)驗(yàn)報告班級：應(yīng)111-1一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解和嘗試過濾、洗滌、碳化、灰化、灼燒等操作。2、掌握加熱蒸發(fā)、水浴加熱。3、掌握氯化銨重量法測定水泥中SiO2含量的原理和方法。4、學(xué)習(xí)配位滴定法測定水泥中Fe2O3、Al2O3等含量的原理和方法。5、掌握CaCO3和EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制、標(biāo)定的原理和方法。6、掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的滴定操作，明白酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制以及標(biāo)定方法原理，熟練掌握方法和操作。二、實(shí)驗(yàn)原理硅酸鹽水泥熟料主要由氧化鈣（CaO）、二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）和氧化鐵（Fe2O3簡寫為F）四種氧化物組成。通常這四種氧化物總量在熟料中占95％以上。每種氧化物含量雖然不是固定不變，但其含量變化范圍很小，水泥熟料中除了上述四種主要氧化物以外，還有含量不到5％的其他少量氧化物，如氧化鎂(MgO)、氧化鈦(Ti02)、三氧化硫(S03)等。水泥熟料中堿性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。水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+H2SiO3+H2O3CaO?SiO2+6HCl→3CaCl2+H2SiO3+2H2O3CaO?Al2O3+12HCl→3CaCl2+2AlCl3+6H2O4CaO?Al2O3?Fe2O3+20HCl→4CaCl2+2AlCl3+2FeCl3+10H2O硅酸是一種很弱的無機(jī)酸，在水溶液中絕大部分以溶膠狀態(tài)存在，其化學(xué)式以SiO2?nH2O表示。在用濃酸和加熱蒸干等方法處理后，能使絕大部分硅膠脫水成水凝膠析出，因此可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。SiO2含量的測定------重量法本實(shí)驗(yàn)以重量法測定SiO2的含量。（SiO2的測定可分成容量法和重量法。）在水泥經(jīng)酸分解后的溶液中，采用加熱蒸發(fā)近干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100℃左右下進(jìn)行。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+等離子在溫度超過110℃時易水解生成難溶性的堿式鹽而混在硅酸凝膠中，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(yán)格控制溫度。加入固體氯化銨后由于氯化銨易離解生成NH3·H2O和HCl，加熱時它們易于揮發(fā)逸去，從而消耗了水，因此能促進(jìn)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)過過濾、洗滌、烘干后，還需經(jīng)950-1000℃高溫灼燒成固體成分SiO2，然后稱量，根據(jù)沉淀的質(zhì)量計算SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。水泥中的鐵、鋁、鈣、鎂等組分分別以Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+的形式存在于過濾完SiO2沉淀后的濾液中，它們都能與EDTA形成穩(wěn)定的螯合物，但穩(wěn)定性有較顯著的區(qū)別，KAlY=1016.3，KFe（III）Y=1025.1，KCaY=1010.69，KMgY=108.7。因此只要通過控制適當(dāng)?shù)乃岫龋涂梢赃M(jìn)行分別測定。（二）鐵含量的測定鐵含量的測定方法：溶液滴定。開始溶液呈黃色，隨著CuSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入，顏色逐漸變綠并加深，直至再加一滴突然變紫，即為終點(diǎn)。記錄CuSO4消耗的體積。注意臨近終點(diǎn)時應(yīng)劇烈搖動，并緩慢滴定。3、平行測定三次，求Al2O3的平均含量。五、原始數(shù)據(jù)記錄與處理（一）原始數(shù)據(jù)SiO2的測定EDTA濃度的測定K的測定Fe2O3的測定Al2O3的測定水泥質(zhì)量/g坩堝+SiO2/g空坩堝/gmCaCO3/gVEDTA/mlVEDTA/mlVCuSO4/mlVEDTA/mlVEDTA/mlVCuSO4/ml0.428429.922829.83930.371629.9912.0116.893.7619.4618.3130.0011.4116.273.7019.0918.1130.0110.8915.503.6820.1619.11（二）數(shù)據(jù)處理1、SiO2含量測定：WSiO2=[m1（坩堝+SiO2）-m2（坩堝）]/m0（樣品）*100%SiO2的測定水泥質(zhì)量/g坩堝+SiO2/g空坩堝/gmSiO2/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.428429.922829.83930.083519.49%2、EDTA溶液的標(biāo)定：CCaCO3=mCaCO3/MCaCO3/(250*10^-3)CEDTA=（VCaCO3*CCaCO3）/VEDTA平均相對偏差=（C平均(EDTA)-CEDTA）/CEDTA*100％已知CEDTA=0.01221mol/LEDTA濃度的測定mCaCO3/gVEDTA/mlCCaCO3/(mol/L)CEDTA/(mol/L)C平均(EDTA)/(mol/L)平均相對偏差0.371629.990.014860.012390.012391.45%30.000.0123930.010.012383、k值的測定K=V1(EDTA)/V2(CuSO4)C(CuSO4)=C(EDTA)*KK的測定VEDTA/mlVCuSO4/mlkk平均C(CuSO4)/ml/L12.0116.890.71110.70500.00873211.4116.270.701310.8915.500.7026Fe3+含量的測定：m(Fe3+)=[C（EDTA）*V（EDTA）*M（Fe3+）]/[V（濾液）/250]/1000m(Fe2O3）=1/2*m(Fe3+)/M（Fe3+）*M（Fe2O3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)=m平均（Fe2O3）/m(樣品)*100％Fe2O3的測定VEDTA/mlm(Fe3+)/gm（Fe2O3）/gm平均（Fe2O3）/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.760.012950.018240.018024.21％3.700.012740.017963.680.012670.017865、Al3+含量的測定:m(Al3+)={[C（EDTA）*V（EDTA）-C(CuSO4)*V(CuSO4)]*M(1/2Al2O3)}/[V（濾液）/250]/1000m(Al2O3)=1/2*m(Al3+)/M(Al3+)*M(Al2O3)質(zhì)量分?jǐn)?shù)=m(Al3+)/m(樣品)*100%Al2O3的測定VEDTA/mlVCuSO4/mlm(Al3+)/gm(Al2O3)/gm平均(Al2O3)/g質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.4618.310.010970.020700.020614.81%19.0918.110.010580.0199820.1619.110.011190.02113六、結(jié)果分析與討論誤差來源實(shí)驗(yàn)中處處都存在著誤差，稍不注意，便會產(chǎn)生誤差，回顧整個實(shí)驗(yàn)，與結(jié)果對比，分析出以下可能的誤差來源：單層過濾時，一些顆粒較小的二氧化硅會透過濾紙，導(dǎo)致結(jié)果偏低。原料水泥中存在其他不容物時，無法消解的物質(zhì)，灼燒至恒重時使二氧化硅含量偏高。指示劑的用量也會影響滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性。直接滴定法采用PAN和Cu—EDTA指示劑，PAN的用量一般在2到3滴，太多會影響滴定終點(diǎn)的判斷。七、注意事項(xiàng)嚴(yán)格控制硅酸脫水的溫度和時間。脫水溫度不要超過110℃，若溫度過高，某些氯化物，如AlCl3、FeCl3、MgCl2易水解，生成難溶于水的堿式鹽或氫氧化物，混入沉淀使SiO2結(jié)果偏高。當(dāng)溫度高至120℃以上時，它們還可能與硅酸結(jié)合生成一部分幾乎不被鹽酸分解的硅酸鹽，不易過濾與洗滌，使硅酸沉淀夾帶較多雜質(zhì)。脫水溫度如不夠，則可溶性的硅酸未能完全轉(zhuǎn)變成不溶性硅酸，在過濾、洗滌時會透過濾紙，將使SiO2結(jié)果偏低。必須使用水浴。使用水浴加熱，蒸發(fā)皿底部絕大部分置于蒸汽氛圍中，溫度易控制，水蒸汽溫度為100-110℃，最有利于硅酸脫水。應(yīng)用正確的洗滌方法。為了防止Ti02+、Al3+和Fe3+等離子的水解和硅酸溶膠透過濾紙，可先用熱的稀鹽酸(3：97)洗滌沉淀3—4次，再用熱水充分洗滌。一般洗液不宜超過120ml?；一瘯r，坩堝蓋應(yīng)半開，不能使濾紙產(chǎn)生火焰。需充分灰化后(呈灰白色)再移高溫下950一1000℃灼燒沉淀。直接滴定鋁時。最適宜PH范圍在2．5—3．5之間．溶液PH低于2．5時，Al3+與EDTA的配位反應(yīng)不能完全進(jìn)行，而高于3．5時鋁離子會有較大的水解傾向，所以高于或低于這個PH范圍均會使鋁含量的測定結(jié)果偏低，故滴定時應(yīng)調(diào)適到最適宜PH來提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。指示劑的用量也會影響滴定結(jié)果的準(zhǔn)確性。直接滴定法采用PAN和Cu—EDTA指示劑，PAN的用量一般在2到3滴，太多會影響滴定終點(diǎn)的判斷。思考題1、試樣分解后加熱蒸發(fā)的目的是什么？操作中應(yīng)注意什么？硅酸是一種很弱的無機(jī)酸，在水溶液中絕大部分以溶膠狀態(tài)存在，其化學(xué)式以SiO2?nH2O表示。在用濃酸和加熱蒸干等方法處理后，能使絕大部分硅膠脫水成水凝膠析出，因此可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。蒸干脫水是將溶液控制在100℃左右下進(jìn)行。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+等離子在溫度超過110℃時易水解生成難溶性的堿式鹽而混在硅酸凝膠中，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(yán)格控制溫度。2、沉淀洗滌需注意什么？一貼二低三靠，洗滌完全，洗滌后沉淀中應(yīng)不含F(xiàn)e3+,玻璃棒及燒杯應(yīng)擦拭干凈，以防影響結(jié)果。多次洗滌，確保鐵離子被除凈。3、沉淀在高溫灼燒前，為什么需經(jīng)過干燥炭化？含水硅酸的組成不穩(wěn)定，如直接高溫導(dǎo)致測定結(jié)果不準(zhǔn)確。干燥炭化過程中產(chǎn)生大量水蒸氣，會導(dǎo)致灼燒速