硅酸盐水泥中SiO2, Fe2O3, AI2O3含量的测定实验报告班级：应111-1、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。

4、学习配位滴定法测定水泥中FQO3AI2O3等含量的原理和方法。

5、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（Si02）、氧化铝（AI2O3）和氧化铁（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（Ti02）、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?SiO2）、硅酸二钙（2CaO?SiO2）、铝酸三钙（3CaO2AbO3）和铁铝酸四钙（4CaO?Al2O3?F@O3）等化合物的混合物。

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—2CaC b+H2SiQ+H2O3CaO?SiO2+6HCI—3CaCb+H 2SiQ+2H 2O3CaO?Al2O3+12HCl —3CaCb+2AICI 3+6H 2O4CaO?Al2O3?Fe2O3+20HCl —4CaC2+2AICI 3+2FeCl3+10H 2O 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——重量法本实验以重量法测定SiO2的含量。

（SiO2的测定可分成容量法和重量法。

）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 C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+、Al3+等离子在温度超过110 C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F Q O3, AI2O3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+HCI 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950-1000 C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。

水泥中的铁、铝、钙、镁等组分分别以Fe3+、AI3+、Ca2+、Mg2+的形式存在于过滤完SiO2沉淀后的滤液中，它们都能与EDTA形成稳定的螯合物，但稳定性有较显著的区别，K A IY=10163, K Fe （III）Y=10251, K caY=10 10.69,心丫二®8"。

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:KQ4l給如耐応法HTTAiAi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，Al3+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++H2Y2-=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EDTA。

AlY2-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CuSO4标准溶液的加入，CuY2- 为浅蓝色，因此溶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CuSO4, Cu2+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 2Y2-= AIY-+2H +，无色Cu2++ H2Y"-=CuY2-+2H +，蓝色Cu +PAN= Cu-PAN黄色紫红色1、测定Al3+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)H2I n--—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(III) 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)，NH4CNS( 10%，氨水(1:1)，EDTA溶液(0.015mol/L)，HAc-NaAc 缓冲溶液，CuSO4溶液(0.015mol/L)，MgCb溶液，NH3-NH 4CI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)SiO2含量的测定1、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NH4CNS检验）。

4、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950-1000 C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SiO2的含量。

（二）0.01 mol/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5ml NH a-NH 4Cl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CuSO4标准溶液的体积比K的求算1、从滴定管缓慢放出10-15mLC EDTA=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CuSO4标准溶液滴定至亮紫色。

3、记录消耗CuSQ标准溶液的体积V2,平行测定3次，计算K值，K=V I/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70 C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亮黄色即为终点，记录EDTA消耗体积。

&平行测定三次，求F Q O3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F Q O S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1-2 min，取下，冷却至90C左右，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015mol/L CuSO4标准溶液滴定。

开始溶液呈黄色，随着CuSO4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AI2O3的平均含量五、原始数据记录与处理（一）原始数据（二）数据处理 1、SiO 2含量测定：sQ2i 2 2 。

*100%2、EDTA 溶液的标定:C caCO3= m CaCOa / M CaC 03/(250*10^3)C E DTA=( V caCO3*C caCO3)/ V EDTA平均相对偏差=(c 平均(EDTA)-C EDTA)/C EDT A*100 %已知C EDTA=0.01221mol/L3、k值的测定K=V I(EDTA)/V2(C U SO4)C(CuSC4)= C(EDTA)*K3+ 3+m(Fe )= [C (EDTA) * V (EDTA) *M (Fe ) ]/[V (滤液)/250]/10003+ 3+m(F®03) =1/2*m(Fe )/M (Fe ) *M ( F Q O S)质量分数=m平均(F B O3)/m(样品)*100 %5、Al3+含量的测定:m(AI3+)={ [C (EDTA) * V (EDTA) - C(CuS04)*V(CuS04)]* M(1/2Al 2O3) }/[V (滤液)/250]/10003+ 3+m(Al203)=1/2*m(AI )/M(Al )*M(AbO3)质量分数=m(Al3+)/ m(样品)*100%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。