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含量的测定
一实验目的:
1、掌握重量法测定水泥中SiO含量的原理及方法。
2、掌握水浴加热,沉淀过滤,2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FeO,AlO等含量的测定原理及方法。
323
4、学习Fe3+、Ab+、Cu2的测量条件、指示剂的选择。
5、掌握CuSO和EDTA标准溶液的配制与标定。
4
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、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。
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;%溴甲酚绿指示剂:%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;%PAN指示剂:;%铬黑T:
标准溶液的配制:
a、:,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。
b、:(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、:,先加水溶解后加水到刻度。
d、(MCuSO4=160)标准溶液的配制:,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=)缓冲溶液():,加80ml冰乙酸,用水稀释至1L,摇匀。
氨水-氯化铵缓冲液(pH=10):67gNH4C1溶于适量水后,加入520mL浓氨水,稀释至1L。
三、实验原理
(一)SiO含量测定--重量法
水泥熟料主要为硅酸三钙(3CaO・SiO)、硅酸二钙(2CaO・SiO)、铝酸三钙
22
(3CaO・人1。3)和铁铝酸四钙(4CaO・Al0彳・FeQOs)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・SiO+4HCl—2CaCl+HSiO+HO
22232
3CaO・SiO+6HCl—3CaCl+HSiO+2HO
22232
3CaO・AlO+12HCl—3CaCl+2AlCl+6HO
23232
4CaO・AlO・FeO+20HCl—4CaCl+2AlCl+2FeCl+10HO
硅酸是一种很弱弱的无机酸,在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在,其化学式以SiO・nHO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
22
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°C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110C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SiO的结
2
果偏高,而FeO,AlO等的结果偏低,故加热蒸干宜采用水浴以严格控制温度。
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加入固体氯化铵后由于氯化铵易离解生成NH・HO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:
NHCl+HO—+HCl
含水硅酸的组成不固定,2故沉淀经过过滤、洗涤、烘干后,还需经
950-1000C高温灼烧成固体成分SiO,然后称量,根据沉淀的质量计算SiO
22的质量分数。
(二)铁含量测定:
控制溶液的pH为2〜,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60〜70C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Ab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。配位滴定中有H+产生,
Fe3++HY2-=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++H丫2-二FeY-+2H+
2黄色
显色反应:Fe3++HIn-=FeIn++H+
无色紫红色
终点反应:Fein++HY2-=FeY-+HIn-+H+
2
紫红色黄色
(二)铝的测定:
A13+与EDTA的反应速度慢,所以先加入过量的EDTA,并加热煮沸,使Ab+与EDTA充分反应,然后用CuSO标准溶液回滴定过量的EDTA。AlY-无色,PAN在4
测定条件(pH二〜)下为黄色,所以滴定开始前溶液为黄色,随着CuSO的加入,
4
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CuSO,Cu2+与PAN形成深红色配合物,由于蓝色CuY2-的存在,终点溶液呈紫色。反应如下:
Al3++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)SiO含量测定
2
1),置于干燥的50mL烧杯中,,
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HNO,搅
3
匀。
2)盖上表面皿,置于沸水浴上,加热10min至近干,取下,加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,并不断用HCl(3:97)洗涤沉淀至滤液中不含铁离
子为止(用NHCNS检验)。
4
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°C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
⑵Mg-Y的配制:
1)用25ml移液管准确移取MgCl溶液于300ml锥形瓶中,加适量水至50ml,
2
加5mlNH-NHCl缓冲溶液,滴加2-3滴铬黑T指示剂,振荡摇匀。
4
2),记录消耗EDTA溶液体积。
3)平行重复三次,测得Mg2+-EDTA的体积比。
4)按照测定的体积比,配置Mg2+-EDTA溶液。
(3)0・015mol/LEDTA标准溶液滴定的标定:
,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秒内部退色,即为终点。平行标定三次,计算EDTA溶液的准确浓度。
(4)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)=
400mL锥形瓶中,记录所放EDTA标准溶液的体积为V加水稀释至
150-200ml。
2)加入约15mLpH=,加热至沸,取下稍冷,加5-6滴2%PAN指示液,以CuSO标准溶液滴定至亮紫色。
4
3)记录消耗CuSO标准溶液的体积V,平行测定3次,计算K值。
2
K=V/V
12
⑸Fe含量的测定
1),%溴甲酚绿指示,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调节溶液酸度至黄色后继续过量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,,记录EDTA消耗体积,
6)平行测定三次,求FeO的平均含量。
3
⑹Al3+含量的测定:
1)
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试液中,记录所放EDTA标准溶液的体积,
2)力口15mlpH=-NaAc缓冲溶液,煮沸1min,%PAN,。记录CuSO4
4
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AlO的平均含量。
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五、数据记录与处理
1、SiO含量测定:
2SiO含量测定的实验数据及处理结果
,,…2……•
名称
m(样品)/g
0
2
m(坩埚+SiO)/g
12
m(坩埚)/g
2
m(SiO)/g
2
质量
“
'
「
W(SiO)
O
%
计算公式:W(SiO)=(m(坩埚+SiO)-m(坩埚))/m(样品)*100%
21220
=(-)/*100%=%
2、Mg2+-EDTA溶液配制:
4
EDTA标定Mgj溶液数据处理结果
体积\次数2
1
2
3
V(EDTA)/ml
V(平均EDTA)/ml
V(MgCl)/ml
rj
V(平均EDTA)/V(MgCl.)
即配制Mg2+-。
2
3、EDTA浓度标定
EDTA浓度标定数据处理结果
项目\组数
1
2
3
m(CaCO)/g
V(EDTA)/ml
C(EDTA)/(mol/L)
C(EDTA)/(mol/L)
平均
C_(EDTA)/(mol/L)
标准
标误差
%
相对误差
%
计算公式:M=
CaCO3
C=mcaC03X1°°°0=]537mol/L
EDTA,1McaC03XVedta,「
C==
叫2MCaCO3XVedtA,2
C==
EDTA,3MCaCO3XVEDTA,3
C(C+C+C)/3=(++)/3=
EDTA二EDTA,1EDTA,2EDTA,3
EDTA二
误差二(C(EDTA)-C(EDTA))*100%=(-)*100%=%
平均标准
相对误差二误差/C(EDTA)*100%=%/=%
标准
4、K值的测定
计算公式;:K=V(EDTA)/V(CuSO)
体积比K的有关实验数据及处理结果:
名称\次数
1
2
3
V(EDTA)/ml
V(CuSO)/ml
4
24
K
K
平均
C(CuSO)7mol/L
4
C(CuSO)=C(EDTA)*K=*=
4
5、Fe203的含量测定
计算公式:
m(Fe2O3)=[(EDTA)*V(EDTA)*M(FeO)]/[V(滤液)/250]/1000
23
W=m(Fe2O3)/m(样品)*100%
Fe2O3的含量测定有关实验数据及处理结果;
6、A12O3含量测定:
计算公式:m(AlO)={[C(EDTA)*V(EDTA)-C(CuSO)*V(CuSO)]*
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M(AlO)}/[V(滤液)/250]/1000W=m(AlO)/m(样品)*100%
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A12O3含量测定有关实验数据及处理结果
4
实验数据结果表
SiO
2
FeO
23
AlO
23
W%
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,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;(2)读数、滴定等非同一人操作,带来误差;(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。EDTA的浓度标定结果与同实验室里所得出的结果差别显著,可能原因如下:
(1)滴定终点判断不精确,未达到蓝色即读数使得V(EDTA)偏小;
(2)EDTA溶液装入滴定管后,未静置半分钟就立刻读数,引入读数误差;
(3)碳酸钙标准溶液配置时加入过量的盐酸,影响滴定终点的判断,带来误差;
(4)指示剂加入的量未控制好或滴定过程中滴定速度过快、可能影响滴定结果。
2、实验中应注意问题:(1)实验中滴定Al时采用PAN指示剂,由于PAN与
EDTA的络合物的水溶性较差,因此CuS04回滴过量EDTA时应趁热滴定,如果温
度降为80°C以下时滴定,温度降低使置换速度放慢,滴定终点判断不准确,可
能会出现反终点现象,应先测定结果,因此加热至沸1min后趁热滴定。(2)实
验中溶样时加入浓HNO将Fe全部转化为Fe3+,滴定Fe时,必须注意温度和酸
3
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。-,以减小大量Al的干扰。(3)指示剂的用量也会影响滴定结果的准确性。直接滴定法采用PAN和Cu—EDTA指示剂,PAN的用量一般在2到3滴,太多会影响滴定终点的判断。(4)严格控制硅酸脱水的温度和时间。脱水温度不要超过110C,若温度过高,某些氯化物,如AlCl、FeCl、MgCl易水解,生成难溶于水的碱
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式盐或氢氧化物,混入沉淀使SiO结果偏高。当温度高至120C以上时,它们还
2
可能与硅酸结合生成一部分几乎不被盐酸分解的硅酸盐,不易过滤与洗涤,使硅酸沉淀夹带较多杂质。脱水温度如不够,则可溶性的硅酸未能完全转变成不溶性硅酸,在过滤、洗涤时会透过滤纸,将使
4
SiO结果偏低。
2
七、思考题
1、试样分解后加热蒸发的目的是什么?操作中应注意什么?
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SiO•nHO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
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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。
蒸干脱水是将溶液控制在100°C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+、Ah+等离子在温度超过110C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FeO,AlO等的结果偏低,故加热蒸干宜采用
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水浴以严格控制温度。
2、沉淀洗涤需注意什么?
洗涤完全,洗涤后沉淀中应不含Fe3+,玻璃棒及烧杯应擦拭干净,以防影响结果。
3、沉淀在高温灼烧前,为什么需经过干燥炭化?
含水硅酸的组成不稳定,如直接高温导致测定结果不准确。
4、滴定上述离子时,溶液酸度应分别控制在什么范围内,怎样控制?
滴定铝时,—,Ab+与EDTA的配位反应不能完全进行,,所以高于或低于这个PH范围均会使铝含量的测定结果偏低,故滴定时应调适到最适宜PH来提高测定结果的准确性。
滴定铁时,控制酸度在2-,PH低于2时,会产生酸效应,,Fe3+会水解。