硅酸盐水泥中SiO 2，Fe 2O 3，Al 2O 3含量的测定姓名： 学号： 班级： 同组人：2014/9一实验目的：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、沉淀过滤、洗涤、炭化、灰化、灼烧等操作技术和要求。

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、学习铁离子、铝离子、钙离子的测定条件、指示剂的选择。

5、掌握CuSO4和EDTA标准溶液的配制与标定。

6、掌握络合滴定的原理和方法、掩蔽剂的选择、指示剂的使用及终点颜色的变化情况。

二、仪器药品及试剂配制仪器1、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、容量瓶（100ml、250ml）、移液管（50ml、25ml）、滴定管，称量瓶、试剂瓶（ 500ml和1000ml）、锥形瓶（250ml）、量筒（50ml、10ml）、烧杯（100ml、200ml）、表面皿、瓷蒸发皿、玻璃漏斗、漏斗架、瓷坩埚、平头玻璃棒、胶头滴管、漏斗、中速定量滤纸、洗瓶。

2、试剂: 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；浓硝酸；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；Mg-Y;NH4Cl固体；水泥试样3、溶液的配置1）标准溶液的配制：a、0.015mol/L CaCO3溶液的配制：减量法准确称取CaCO3基准物0.3764g，置于100mL烧杯中，用少量水先润湿，盖上表面皿，慢慢滴加1∶1HCl ，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，摇匀备用。

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硫酸铜（M CuSO4=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。

NH3-NH4Cl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。

本实验采用氯化铵法。

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100-110℃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 Fe3+、Al3+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，Al3+也能与EDTA形成螯合物，使测定Fe3+结果偏高，测定Al3+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H+产生，Fe3++H2Y2-=FeY-+2H+,所以在没有缓冲作用的溶液中，当Fe3+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：Fe3++H2Y2-=FeY-+2H+黄色显色反应：Fe3++ HIn- = FeIn+ + H+无色紫红色Y2- = FeY- + HIn- + H+终点反应：FeIn+ + H2紫红色黄色（三）铝的测定：Al3+与EDTA的反应速度慢，所以先加入过量的EDTA，并加热煮沸，使Al3+标准溶液回滴定过量的EDTA。

AlY-无色，PAN 在与EDTA充分反应，然后用CuSO4的加入，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CuSO4CuY2-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CuSO，Cu2+与PAN形成深红色配合物，由于蓝色CuY2-的存在，终点溶4液呈紫色。

反应如下：Al3++ HY2-= AlY-+2H+2无色Cu2++ HY2-=CuY2-+2H+2蓝色Cu2++PAN= Cu-PAN黄色深红色（四）EDTA标定：称取准确质量的纯碳酸钙，用少量1:1HCl溶解，转移到250ml 容量瓶中配成标准溶液，再用EDTA溶液滴定钙离子，根据EDTA和钙离子用量可以计算EDTA浓度。

四、实验步骤(1) SiO含量测定21) 准确称取0.4167g试样，置于干燥的50mL烧杯中，加入2.5g固体NH4Cl，，搅匀，使试用玻璃棒混匀，在通风橱中滴加5mL浓HCl和3滴浓HNO3样充分溶解。

2) 盖上表面皿，置于沸水浴上，加热至近干，取下，加入热的稀HCl（3:97）约10mL搅动，以溶解可溶性盐类。

3) 以中速定量滤纸过滤，并用胶头滴帚以热的稀HCl（3:97）擦洗玻璃棒及CNS检验）。

烧杯，并洗涤沉淀至滤液中不含铁离子为止（用NH44) 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SiO的质量分数。

2(2)0.015mol/L EDTA标准溶液滴定的标定：1）移取25.00mLCa标准溶液于250mL锥形瓶中。

2）加2mlMgY溶液，5ml氨性缓冲溶液，加3滴EBT指示剂。

3）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。

4）平行标定三次，计算EDTA溶液的浓度。

(3)EDTA标准滴定溶液与硫酸铜标准溶液体积比的标定：1）从滴定管缓慢放出10-15mLC(EDTA )=0.015mol/LEDTA标准溶液于锥形瓶中，记录所放EDTA标准溶液的体积为V1加水稀释至约100ml。

2）加入约15mLpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1-2min，取下稍冷，加4滴2%PAN指示液，以CuSO4标准溶液滴定至亮紫色。

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(4)Fe3+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1：1氨水调节溶液酸度至黄色后继续过量3滴，用精密PH试纸检验PH为2左右。

4)置于70℃水浴中加热10min，取下。

5)加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。

(5)Al3+含量的测定：1)从滴定管中放入约20.00mlEDTA标准溶液置于测定完Fe2O3含量后的试液中，记录所放EDTA标准溶液的体积，2)加15mlpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1-2 min，稍冷后加入4滴0.2%PAN，以0.015mol/L CuSO4标准溶液滴定至紫红色。

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：SiO2含量测定的实验数据及处理结果名称m0（样品）/g m1（坩埚+ SiO2）/g m2（坩埚）/g m（SiO2）/g质量0.4167 38.1848 38.1727 0.0121 W%（SiO2） 2.90%计算公式：W（SiO2）=(m1（坩埚+ SiO2）-m2（坩埚）)/m（样品）*100%=（38.1848-38.1727）/0.4167*100%=2.90%2、EDTA 浓度标定EDTA 浓度标定数据处理结果名称\组号 1 2 3m(CaCO 3)/g 0.3764 M(CaCO 3)/(g/mol) 100.09 V(EDTA)/ml 30.84 30.89 30.90 C （EDTA ）/(mol/L) 0.01219 0.01217 0.01217C 平均(EDTA)/(mol/L) 0.01218 C 总体平均(EDTA)/(mol/L)0.01221 绝对偏差 0.00001 -0.00001 -0.00001 相对偏差0.082%0.082%0.082%计算公式： C EDTA,1= EDTA,1CaCO3CaCO3V M 100m ⨯⨯=30.8409.1001003764.0⨯⨯= 0.01219mol/L C EDTA,2 =EDTA,2CaCO3CaCO3V M 100m ⨯⨯=89.3009.1001003764.0⨯⨯= 0.01217mol/L C EDTA,3 =EDTA,3CaCO3CaCO3V M 100m ⨯⨯=30.9009.1001003764.0⨯⨯=0.01217mol/L C EDTA=（C EDTA,1+ C EDTA,2+ C EDTA,3）/3=( 0.01219+ 0.01217+0.01217)/3=0.01218mol/L 经与其他组取平均最终得到C 总体平均(EDTA)=0.01221mol/L 绝对偏差di= C （EDTA ）- C 平均(EDTA) 相对偏差dr=|di | / C 平均(EDTA)*100% 3、K 值的测定体积比K 的有关实验数据及处理结果：名称\组号 1 2 3 V 1(EDTA)/ml 12.00 12.02 12.27 V 2(CuSO 4)/ml16.86 16.89 16.91 K 0.7117 0.7117 0.7256K 平均0.7163 C(CuSO 4)/mol/L 0.008746绝对偏差 -0.0046 -0.0046 0.0093 相对偏差0.64% 0.64% 1.3%计算公式：K=V 1(EDTA)/V 2(CuSO 4)C(CuSO 4)= C(EDTA)*K 平均=0.01221*0.7163=0.008746mol/L 绝对偏差di=K-K 平均相对偏差dr=|di | /K 平均*100%4、Fe2O3的含量测定Fe2O3的含量测定有关实验数据及处理结果;名称＼组号 1 2 3 V （滤液）/ml 50.00 50.00 50.00 V （EDTA ）/ml 3.733.62 3.69C 总体平均（EDTA ）/ mol/L0.01221 M(Fe 2O 3)/g mol -1156.69m(Fe 2O 3)/g 0.01784 0.01731 0.01765m(样品)/g 0.4167 m 平均(Fe 2O 3)/g 0.01760 W%(Fe 2O 3) 4.22绝对偏差 0.00024 -0.00029 0.00005 相对偏差1.36%1.65%0.28%计算公式：m(Fe2O3)= [0.5C 总体平均（EDTA ）* V （EDTA ）* M(Fe 2O 3)]/[V （滤液）/250]/1000=(0.5*0.01221*3.73*156.69)/(50.00/250)/1000=0.01784gW= m(Fe2O3)/ m(样品)*100%=0.01760/0.4167*100%=4.22% 绝对偏差di= m(Fe 2O 3)- m 平均(Fe 2O 3) 相对偏差dr=|di | / m 平均(Fe 2O 3)*100% 5、Al2O3含量测定：Al2O3含量测定有关实验数据及处理结果名称＼组号 1 2 3 V （滤液）/ml 50．00 50．00 50.00 V （EDTA ）/ml 19.9020.11 19.81C 总体平均（EDTA ）/mol/l 0.01221V(CuSO 4)/ml 17.90 18.20 17.88C(CuSO 4)/mol/L 0.008746 M(Al 2O 3)/g/mol 101.96m(Al 2O 3)/g 0.02203 0.02201 0.02179m 平均(Al 2O 3)/g 0.02194 M(样品)/g0．4167W%( Al2O3) 5.27绝对偏差0.00009 0.00007 -0.00015 相对偏差0.410% 0.319% 0.683%计算公式： m(Al2O3)={0.5[C总体平均（EDTA）* V（EDTA）- C(CuSO4) *V(CuSO4)]*M(Al2O3) }/[V（滤液）/250]/1000=[0.5*(0.01221*19.90-0.008746*17.90)*101.96]/(50/250)/1000 =0.02203gW= m平均(Al2O3)/ m(样品)*100%=0.02194/0.4167*100%=5.27%绝对偏差di= m(Al2O3)- m平均(Al2O3)相对偏差dr=|di| / m平均(Al2O3)*100%实验数据结果表含量\物质SiO2Fe2O3Al2O3W% 2.90 4.22 5.27六、结果评价与讨论1、测定二氧化硅含量洗涤沉淀时铁离子未除干净，，查找原因发现洗涤后期使用了被铁离子污染的盐酸，但是洗涤时已使用大量的热盐酸，再洗可能会导致二氧化硅透过滤纸造成损失，盐酸中含有铁离子，也可能导致最后铁含量偏高。