硅酸盐水泥中SiO2，Fe2O3，Al2O3含量的测定实验报告一实验目的：1、掌握重量法测定水泥中SiO2含量的原理及方法。
2、掌握加热蒸发，水浴加热，沉淀过滤，洗涤，碳化，灰化，灼烧等操作技术和要求，掌握控制酸度、温度的方法。
3、学习配位滴定法测定水泥中Fe2O3，Al2O3等含量的测定原理及方法。
4、学习Fe3+ 、Al3+ 、Cu 2的测量条件、指示剂和掩蔽剂的选择和使用，终点颜色的变化。
5、掌握络合滴定方法（直接滴定、间接滴定、返滴定）及计算方法。
6、掌握CuSO4和EDTA标准溶液的配制与标定及EDTA滴定的原理。
二、仪器药品及试剂配制仪器仪器：马弗炉、瓷坩埚、干燥器和长短坩埚钳、电子天平、台秤、电炉、水浴锅、250ml容量瓶、移液管（50ml、25ml）、吸耳球、碱式滴定管、250ml锥形瓶、量筒（50ml、10ml）、称量瓶、烧杯、表面皿、蒸发皿、漏斗、漏斗架、平头玻璃棒、胶头滴管、中速定量滤纸、精密PH试纸、洗瓶。
试剂:水泥试样、NH4Cl、浓硝酸、CaCO3固体、EDTA溶液、铜标准溶液、醋酸-醋酸钠缓冲溶液（PH=4.3）、氨水-氯化铵缓冲液（PH=10）、NH4CNS（10%）、HCl溶液（1：1）： 1体积浓盐酸溶于1体积的水中；HCl溶液（3：97）： 3体积浓盐酸溶于97体积的水中；氨水（1：1）：1体积浓氨水溶于1体积的水中；0.05%溴甲酚绿指示剂：将0.05g溴甲酚绿溶于100mL20%乙醇溶液中10%磺基水杨酸指示剂：将10g磺基水杨酸溶于100mL水中；0.2%PAN指示剂：称取0.2gPAN溶于100mL乙醇中；0.1%铬黑T: 称取0.1g 铬黑T溶于75mL三乙醇胺和25mL乙醇中标准溶液的配制：a、0.015mol/L CaCO3溶液的配制：准确称取CaCO3基准物0.3864g，置于100mL烧杯中，用少量水先润湿，盖上表面皿，慢慢逐滴滴加1∶1的HCl ，待其溶解后，用少量水洗表面皿及烧杯内壁，洗涤液一同转入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，定容。
b、0.015mol/L EDTA标准滴定溶液的配制：称取约5.6gEDTA（乙二胺四乙酸钠盐）置于烧杯中，加入约200ml水，加热溶解，过滤，用水稀释至1L.c、0.015mol/L MgCl2溶液的配制：称取1.425g MgCl2于1L烧杯中，先加水溶解后加水到刻度。
d、0.015mol/L硫酸铜（MCuSO4=160）标准溶液的配制：准确称取2.4g硫酸铜溶于水中，加4到5滴硫酸溶液（1:1），用水稀释至1L。
（2）缓冲溶液的配制HAc-NaAc缓冲溶液（pH＝4.3）：将42.3g无水乙酸钠溶于水，加80ml冰乙酸，用水稀释至1L，摇匀。
氨水-氯化铵缓冲液（pH=10）：67g NH4Cl溶于适量水后，加入520mL浓氨水，稀释至1L。
三、实验原理（一）SiO2含量测定--重量法水泥熟料主要为硅酸三钙（3CaO•SiO2）、硅酸二钙（2CaO•SiO2）、铝酸三钙（3CaO•Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3）等化合物的混合物。
水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此宜采用酸分解。
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•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•nH2O 表示。
在用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能使绝大部分硅酸水溶液脱水成水凝胶析出，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。
本实验采用重量法测定SiO2的含量。
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100-110℃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+3、Al+3等离子在温度超过110℃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Fe2O3，Al2O3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：NH4Cl+ H2O→NH3·H2O +HCl含水硅酸的组成不固定，故沉淀经过滤、洗涤、烘干后，还需经950-1000℃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。
（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，溶液由紫红色变为淡黄色即为终点。
温度以60～70℃为宜，当温度高于75℃时，Al+3也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe+3结果偏高，测定Al+3结果偏低。
当温度低于50℃时，反应速度缓慢，不易得出确定终点。
配位滴定中有氢离子产生，Fe+3+H2Y2-=FeY-+2H+,所以在没有缓冲作用的溶液中，当Fe+3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。
滴定反应：Fe+3+ H2Y-2=FeY-+2 H+黄色显色反应：Fe+3+ HIn- = FeIn+ + H+无色紫红色终点反应：FeIn+ + H2Y-2 = FeY- + HIn- + H+紫红色黄色（三）铝的测定：Al+3与EDTA的反应速度慢，所以先加入过量的EDTA，并加热煮沸，使Al+3与EDTA充分反应，然后用CuSO4标准溶液回滴定过量的EDTA。
AlY-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，CuY-2为浅蓝色，因此溶液逐渐由黄色变绿色，在过量的EDTA与Cu+2完全反应后，继续加入CuSO4，Cu+2与PAN形成深红色配合物，由于蓝色CuY-2的存在，终点溶液呈紫色。
反应如下：Al+3+ H2Y-2= AlY-+2 H+无色Cu+2+ H2Y-2= CuY-2+2 H+蓝色Cu+2+PAN= Cu-PAN黄色深红色（四）EDTA标定：称取准确质量的纯碳酸钙，用1:1HCl溶解，用EDTA溶液滴定钙离子，根据EDTA和钙离子用量计算EDTA浓度。
四、实验步骤(1) SiO2含量测定1) 准确称取0.4163g试样，置于干燥的50mL烧杯中，加入2.6g固体NH4Cl，用玻璃棒混匀，滴加5mL浓HCl溶液至试样全部润湿，并滴加3滴浓HNO3，搅匀，至全部溶解为黄色溶液无黑点。
2) 盖上表面皿，置于沸水浴上，加热10min至近干（呈粘稠近干米粒状），取下，加热HCl（3:97）约10mL，搅动，以溶解可溶性盐类。
3) 趁热迅速以中速定量滤纸过滤，并不断用热HCl（3:97）洗涤沉淀至滤液中不含铁离子为止（用NH4CNS检验）。
4) 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埚中，低温干燥、炭化并灰化后，于950℃灼烧30min 取下，置于干燥器中冷却至室温，称量。
再灼烧、称量，直至恒重。
计算试样中SiO2的质量分数。
(2)Mg-Y的配制：1)用25ml移液管准确移取MgCl2溶液于300ml锥形瓶中，加适量水至50ml，加5ml NH3-NH4Cl缓冲溶液，滴加2-3滴铬黑T指示剂，振荡摇匀。
2)用0.015 mol/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Mg+2-EDTA的体积比。
4)按照测定的体积比，配制Mg+2-EDTA溶液。
(3)0.015mol/L EDTA标准溶液滴定的标定：移取25.00mLCa标准溶液于250mL锥形瓶中，加入20mL去离子水，2mlMgY溶液，5ml氨性缓冲溶液，加3滴EBT指示剂。
用EDTA溶液滴定至溶液由酒红变为蓝色，30秒内不退色，即为终点。
平行标定三次，计算EDTA溶液的准确浓度。
（4）K值得测定：1)从滴定管缓慢放出10-15mL C(EDTA )=0.015mol/L EDTA标准溶液于250mL锥形瓶中，放置半分钟至一分钟，记录所放EDTA标准溶液的体积为V1，加水稀释至100ml。
2)加入约15mLpH=4.3的醋酸-醋酸钠缓冲溶液，加热煮沸1-2min，取下冷却至90℃，加4滴2%PAN指示剂，以CuSO4标准溶液滴定至突变为紫色。
3)记录消耗CuSO4标准溶液的体积V2，平行测定3次，计算K值。
K= V1/ V2(5)Fe含量的测定1)移取50ml滤液于250ml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调节溶液酸度至黄色后继续过量3滴，此时溶液酸度约为PH=24)置于70℃水浴中加热10min，取下5)加6-8滴磺基水杨酸，趁热用0.015mol/L EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为淡黄色即为终点，记录EDTA消耗体积，6)平行测定三次，求Fe2O3的平均含量。
(6)Al3+含量的测定：1)在滴定铁含量后的溶液中，从滴定管中放入约20ml EDTA标准溶液，摇匀，记录所放EDTA标准溶液的体积，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90℃，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/LCuSO4标准溶液滴定至突变为紫红色。
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、数据记录与处理1、SiO2含量测定：SiO 2含量测定的实验数据及处理结果计算公式：W （SiO 2）=%100021⨯-m m m =%1004163.00698.371505.37⨯- = 19.38%即，SiO 2含量为19.38% 2、EDTA 浓度标定计算公式： M CaCO 3=100.09g/molC(EDTA)=EDTACaCO CaCO V M 101000m 33⨯⨯⨯本组标定得到C 平均(EDTA ）= 0.01216 mol/L 经与其他组平均得到C 标准(EDTA)= 0.01221 mol/L 误差= C 平均(EDTA ）- C 标准(EDTA) = -0.00005 相对误差 =[ 误差/ C 标准(EDTA)] ⨯ 100% = -0.41% 3、K 值的测定有关实验数据及处理结果：计算公式;： K=V1(EDTA)/ V2(CuSO4)C(CuSO4)= C标准(EDTA) ⨯K= 0.01221 ⨯ 0.7192 = 0.008781 mol/L4、Fe2O3的含量测定有关实验数据及处理结果计算公式：m(Fe2O3)= 3321050250)()()(5.0-⨯⨯⨯⨯OFeMEDTAVEDTACW = %100)(样品32⨯mOFem5、Al2O3含量测定：有关实验数据及处理结果名称＼组号 1 2 3V（滤液）/ml 50．00 50．00 50.00 V（EDTA）/ml 20.28 20.90 20.33 C（EDTA）/（mol/L）0.01221V(CuSO4)/ml 20.01 20.99 20.82C(CuSO4)/mol/L 0.008781M(Al2O3)/g/mol 101.96m(Al2O3)/g 0.01833 0.01807 0.01667m平均(Al2O3)/g 0.01769m(样品)/g 0．4163W Al2O3% 4.25计算公式：m(Al2O3) =31050250)(5.3244-⨯⨯⨯⨯-⨯OAlCuSOCuSOEDTAEDTAMVCVCW = %100)(样品32⨯mOAlm全部实验数据结果表SiO2Fe2O3Al2O3W % 19.38 4.48 4.25六、结果评价与讨论1、实验中存在仪器误差、测量误差、操作误差等，通过对实验结果进行分析，可以看出，某些实验数据的偏差较大，说明数据精密性不好，可能原因：（1）由于外部环境变化带来的随机误差的影响；（3）溶液的滴定、加热等操作不是随处理随做，事先准备好的溶液可能与空气中的水、氧气、二氧化碳等发生作用，产生误差。