实验题目:硅酸盐水泥中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO含量测定一、摘要本实验测定硅酸盐水泥中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO的含量。
实验采用重量分析法测定SiO2的百分含量，试样经过溶解、沉淀、陈化、过滤和洗涤、烘干、碳化、灰化最后灼烧至恒重得到SiO2的质量。
测定试样中Fe2O3、CaO、MgO的含量均采用EDTA直接滴定，采用返滴定法测定Al2O3的含量，先加入过量EDTA溶液，用CuSO4标准溶液滴定过量的EDTA。
二、前言水泥主要由硅酸盐组成，按我国规定，分成硅酸盐水泥（纯熟料水泥）、普通硅酸盐水泥（普通水泥）、矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）、火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥），粉煤灰硅酸盐水泥（煤灰水泥）等。
水泥熟料是由水泥生料经1400 o C以上高温煅烧而成。
硅酸盐水泥由熟料加入适量石膏，其成分均与水泥熟料相似，可按水泥熟料化学分析法进行测定。
三、实验原理SiO2的测定可分为容量法和重量法，重量法又因使硅酸凝聚所用物质的不同分为盐酸干涸法、动物胶法、氯化铵法等，本实验采用氯化铵法将试样与7-8倍固体NH4Cl混匀后，再加HCl溶解分解试样,HNO3氧化Fe2+为Fe3+经沉淀分离、过滤、洗涤后的SiO2·nH2O在瓷坩埚中于950o C灼烧至恒重。
如果不测定SiO2，则试样经HCl溶液分解、HNO3氧化后，用均匀沉淀法使Fe(OH)3、Al(OH)3与Ca2+、Mg2+分离以磺基水杨酸为指示剂，用EDTA络合滴定Fe，以PAN为指示剂，用CuSO4标准溶液返滴定法测定Al，Fe、Al含量高时，对Ca2+、Mg2+的测定有干扰，用尿素分离Fe、Al后，Ca2+、Mg2+是以GBHA或铬黑T为指示剂用EDTA络合滴定法测定，若试样中含Ti时，则CuSO4回滴定法测得的实际上是Al和Ti的含量，若要测定TiO2的含量可加入苦杏仁酸解蔽剂，TiY可成为Ti4+，再用标准CuSO4滴定释放的EDTA，如Ti含量较低时可用比色法测定。
滤液中Ca2+、Mg2+按常法在pH = 10时用EDTA滴定，测得Ca2+、Mg2+含量；再在pH = 12时，用EDTA滴定，测得CaO的含量，用差减法计算MgO的含量。
生产上通常未经上述沉淀分离，加入三乙醇胺、氟化钾等作掩蔽剂，直接用EDTA 进行滴定。
四、实验仪器和试剂仪器：马福炉、瓷坩埚、电子天平、台秤、电炉、水浴锅、容量瓶（500ml、250ml）、移液管（100ml、25ml）、试剂瓶（ 500ml和1000ml）、锥形瓶（250ml）、量筒（50ml）、烧杯（100ml、200ml）、虹吸管、表面皿、平头玻璃棒、胶头滴管、漏斗、滤纸试剂：乙二胺四乙酸二钠盐（分析纯）、氧化锌（分析纯）、六亚甲基四胺（分析纯）、硫酸铜（分析纯）、HCl溶液（6mol/L、3mol/L）、浓HNO3、氨水溶液（1+1）、AgNO3溶液（0.1mol/L）、NH4Cl（分析纯）、NaOH溶液（10%）、尿素（分析纯）、NH4NO3（分析纯）、氯乙酸（分析纯）、醋酸铵（分析纯）、醋酸钠（分析纯）、二甲酚橙（2g/L）、磺基水杨酸钠（100g/L）、PAN指示剂（3g/L）、溴甲酚绿（1g/L）、酚酞指示剂（10g/L）、铬黑T、钙指示剂、水泥试样五、实验步骤1、溶液的配制：（1）、EDTA溶液（0.02mol/L）：在台秤上称取4g 乙二胺四乙酸二钠，用100ml 蒸馏水溶解后，定量转移到试剂瓶中，再用蒸馏水稀释至500ml，摇匀。
（2）ZnO标准溶液（0.02mol/L）：用分析天平称取ZnO基准试剂 0.4g于200ml烧杯中，加入1+1HCl溶液，立即盖上表面皿，待锌完全溶解，以少量蒸馏水冲洗表面皿和烧杯内壁，定量转移Zn2+标准溶液至250ml容量瓶中，再用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
（3）六亚甲基四胺溶液（200g/L）：在台秤上称取100g 六亚甲基四胺用200ml蒸馏水溶解后定量转移至试剂瓶中，再用蒸馏水稀释到500ml，摇匀。
（4）缓冲溶液：①、氯乙酸—醋酸铵缓冲溶液（pH=2）：分别称取4.72g 氯乙酸溶解于500ml 蒸馏水中，0.38g 醋酸铵溶解于50ml 蒸馏水中，二者混合均匀。
②、氯乙酸—醋酸钠缓冲溶液（pH=3.5）：称取37.8g 氯乙酸和32.8g 醋酸钠分别溶解于200ml 、400ml 蒸馏水中，将其混合均匀。
③、NaOH强碱缓冲溶液（pH=12.6）：称取20g NaOH用适量水溶解后，稀释到200ml，摇匀。
④、氨水—氯化铵缓冲溶液（pH=10）：用台秤称取33.5g NH4Cl溶解于适量蒸馏水中，加入260ml浓氨水，稀释至500ml，定量转移至500ml试剂瓶中。
2、ZnO标定EDTA，EDTA标定CuSO4溶液：用移液管移取10.00ml Zn2+ 标准溶液于锥形瓶中，加入2滴二甲酚橙指示剂，滴加200g/L六亚甲基四胺至溶液呈现稳定的紫红色，再加5ml六亚甲基四胺溶液。
用EDTA滴定，当溶液由紫红色恰转变为黄色且保持30s不变色即为滴定终点。
平行滴定三次，取平均值，计算EDTA的浓度。
用移液管移取10.00ml CuSO4溶液于250ml锥形瓶中，加入5mlpH=3.5的缓冲溶液和35ml蒸馏水，加热至80℃后，加入4滴PAN指示剂，趁热用EDTA滴定溶液由红色变为绿色保持30s不变色，即为滴定终点，记录消耗EDTA溶液的体积。
平行测定三次，计算CuSO4标准溶液浓度。
3、SiO2含量的测定：准确称取0.4g 试样置于干燥的100ml烧杯中，加入2.5～3g 固体NH4Cl，用玻璃棒混合均匀，滴加浓HCl溶液至试样全部润湿，并滴加2～3滴浓HNO3，搅拌均匀。
小心压碎块状物，盖上表面皿，置于沸水浴上，加热10min，加热水约40ml，搅动，以溶解可溶性盐类。
过滤，用热水洗涤烧杯和沉淀，直至滤液中无Cl-为止（用AgNO3检验），弃去滤液。
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，置于950℃马福炉中灼烧2h后取下，置于干燥器中冷却至室温，称重。
计算水泥试样中SiO2的质量分数。
4、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO的测定：（1）、溶样准确称取2 g水泥试样于250 ml烧杯中，加入8 g NH4Cl，用一端平头的玻璃棒压碎块状物，仔细搅拌20 min 搅拌均匀。
加入12 ml 浓HCl溶液，使试样全部润湿，再滴加浓HNO34～8滴，搅拌均匀，盖上表面皿，置于电炉上加热20～30min，直至无黑色或灰色的小颗粒为止。
取下烧杯，稍冷后加热水40 ml，搅拌使盐类溶解。
冷却后，连同沉淀一起转移到500 ml 容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀后放置1～2小时，使其澄清。
然后用洁净干燥的虹吸管吸取溶液于洁净干燥的400 ml 烧杯中保存，作为测定Fe 、Al 、Ca 、Mg 等元素之用。
（2）、Fe 2O 3、Al 2O 3含量的测定：准确移取25 ml 试液于250 ml 锥形瓶中，加入10滴磺基水杨酸、10 mlpH=2的缓冲溶液，将溶液加热至70℃，用EDTA 标准溶液缓慢地滴定至由酒红色变为无色（滴定时溶液温度应在60℃左右），记下消耗EDTA 标准溶液的体积。
平行滴定三次。
计算Fe 2O 3的含量。
于滴定Fe 后的溶液中加入1滴溴甲酚绿，用1+1氨水调至黄绿色，然后，加入15.00ml 过量的EDTA 标准溶液，加热煮沸1min ，加入10 mlpH=3.5的缓冲溶液，4滴PAN 指示剂，用CuSO4 标准溶液滴至茶红色即为终点。
记下消耗的CuSO4标准溶液的体积。
平行滴定三次，计算Al2O3的含量。
（3）、CaO 和MgO 含量的测定：由于Fe 3+，Al 3+干扰Ca 2+，Mg 2+的测定，须将它们预先分离。
为此，取试液100ml 于200ml 烧杯中，滴入1+1氨水至红棕色沉淀生成时，再滴入2 mol/L HCl 溶液使沉淀刚好溶解。
然后加入25ml 尿素溶液，加热约20min,不断搅拌，使Fe 3+，Al 3+完全沉淀，趁热过滤，滤液用250ml 烧杯承接，用1% NH 4NO 3热水洗涤沉淀至无Cl －为止（用AgNO 3溶液检验）。
滤液冷却后转移至250ml 容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。
滤液用于测定Ca 2+,Mg 2+。
用移液管移取25.00ml 试液于250 ml 锥形瓶中，加入10 ml 10%的NaOH 溶液，再加入10 mg 钙指示剂，摇匀，用EDTA 标准溶液滴定溶液由紫红色变为纯蓝色，稳定30s 不退色即为滴定终点，记录消耗EDTA 标准溶液的体积。
平行滴定三次，计算CaO 的含量。
移取25.00ml 试液于250ml 锥形瓶中，加入10ml pH=10的缓冲溶液，再加入10mg 铬黑T 指示剂，用EDTA 标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色，保持30s 不退色即为滴定终点，记录消耗EDTA 标准溶液的体积。
平行滴定三次，计算MgO 的含量。
六、数据处理 1、EDTA 溶液的标定： Zn 2+标准溶液的浓度2+Zn C ：2+ZnO Zn ZnO ZnO m 0.3211C 0.01532mol /L M V 81.380.2500===⨯⨯EDTA 溶液的浓度EDTA C 计算：2+2+1Zn Zn EDTA EDTAC V 0.0153225.000.02097mol /L V 18.25⨯⨯===同理可得：2EDTA C 0.02096mol /L = 3E D T A C 0.02096m o l /L= 123EDTA EDTA EDTA EDTA C +C +C 0.02097+0.02096+0.02096C 0.02096mol /L 33===第一次测定绝对偏差：0.020970.020960.00001r i d x x =-=-= 同理可得：20.0000r d = 30.0000r d =相对平均偏差： 123||||||100%3r r r r d d d d x++=⨯⨯0.000010.00000.0000100%0.02%30.02096++=⨯=⨯表1：EDTA 溶液的标定2、CuSO 4标准溶液的标定： CuSO 4标准溶液的浓度4CuSO C 计算：4CuSO 4EDTA EDTA CuSO 1C V 0.020969.610.02014mol /L V 10.00C ⨯⨯===同理可得：4CuSO 2C 0.02012mol /L = 4C u S O 3C 0.02012m ol /L = 4444CuSO 1CuSO 2CuSO 3CuSO C +C +C 0.02014+0.02012+0.02012C 0.02013mol /L 33===第一次测定绝对偏差：0.020140.020130.00001r i d x x =-=-= 同理可得：20.00001r d =- 30.00001r d =-相对平均偏差： 123||||||100%3r r r r d d d d x++=⨯⨯0.000010.000010.00001100%0.05%30.02013++=⨯=⨯表2：CuSO 4标准溶液标定3、SiO 2含量的测定：SiO 2的质量22SiO SiO m m m 34.949034.80400.1450g +=-=-=空坩埚空坩埚 水泥试样中SiO 2的含量：22SiO SiO m 0.1450W 100%100%36.00%m 0.4028=⨯=⨯=水泥4、Fe 2O 3 、Al 2O 3含量的测定：实际滴定中水泥试样的质量25m 2.00840.10042g 500=⨯=水泥 水泥试样中Fe 2O 3的含量：23231EDTA Fe O 2Fe O 1CV M W =100%m ⨯⨯⨯水泥（）-3120.020960.2910159.69100%0.48%0.10042⨯⨯⨯⨯=⨯=（）同理可得：23Fe O 2W 0.52%= 23Fe O 3W 0.52%=23232323Fe O 1Fe O 2Fe O 3Fe O W +W +W 0.48%+0.52%+0.52%W 0.51%33===第一次测定绝对偏差：0.48%0.51%0.03%r i d x x =-=-=- 同理可得：20.01%r d = 30.01%r d =相对平均偏差： 123||||||100%3r r r r d d d d x++=⨯⨯ 0.03%0.01%0.01%100% 3.27%30.51%++=⨯=⨯表3：Fe 2O 3 含量的测定：水泥试样中Al 2O 3的含量：423231EDTA CuSO Al O Al O 1CV CV ]M W =100%m -⨯⨯水泥[(）（）-3-3120.0209615.00100.0201312.9410]101.96100% 2.74%0.10042⨯⨯-⨯⨯⨯=⨯=[(）（）同理可得：23Al O 2W 2.72%= 23Al O 3W 2.69%=23232323Al O 1Al O 2Al O 3Al O W +W +W 2.74%+2.72%+2.69%W 2.72%33===第一次测定绝对偏差： 2.74% 2.72%0.02%r i d x x =-=-= 同理可得：20.00%r d = 30.03%r d =- 相对平均偏差： 123||||||100%3r r r r d d d d x++=⨯⨯0.02%0.00%0.03%100%0.61%3 2.72%++=⨯=⨯表4：Al 2O 3含量的测定5、CaO 、MgO 含量的测定：实际滴定中水泥试样的质量 10025m 2.00840.04017g 500250=⨯⨯=水泥 水泥试样中CaO 的含量：EDTA CaOCaO1CV M W =100%m ⨯⨯水泥（）-30.0209612.341056.08100%36.11%0.04017⨯⨯⨯=⨯=（）同理可得：CaO2W 36.20%= C a O 3W 36.08%=CaO1CaO2CaO3CaO W +W +W 36.11%+36.20%+36.08%W 36.13%33===第一次测定绝对偏差：36.11%36.13%0.02%r i d x x =-=-=- 同理可得：20.07%r d = 30.05%r d =-相对平均偏差： 123||||||100%3r r r r d d d d x++=⨯⨯ 0.02%0.07%0.05%100%0.13%336.13%++=⨯=⨯表3：CaO 含量的测定：水泥试样中MgO 的含量：EDTA CaO+MgO CaO MgOMgO1C V V M W =100%m ⨯-⨯⨯水泥（）-30.0209615.5112.341040.304100% 6.67%0.04017⨯-⨯⨯=⨯=（）同理可得：MgO2W 6.69%= M g O 3W 6.81%=MgO1MgO2MgO3MgO W +W +W 6.67%+6.69%+6.81%W 6.72%33===第一次测定绝对偏差： 6.67% 6.72%0.05%r i d x x =-=-=- 同理可得：20.03%r d =- 30.09%r d =相对平均偏差： 123||||||100%3r r r r d d d d x++=⨯⨯0.05%0.03%0.09%100%0.79%3 6.72%++=⨯=⨯表3：MgO 含量的测定：七、实验讨论与心得1、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。