实验十硅酸盐水泥成分及测定.doc

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实验十 硅酸盐水泥成分的测定 一．实验目的 1. 学习复杂物质分析的方法； 2. 掌握尿素均匀沉淀法的分离技术。 二．实验原理 水泥主要由硅酸盐组成。按我国规定，分成硅酸盐水泥(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1400C以上高温锻烧而成。硅酸盐水泥由水泥熟料加入适量石膏而成，其成分与水泥熟料相似，可按水泥熟料化学分析法进行测定。 水泥熟料、未掺混合材料的硅酸盐水泥、碱性矿渣水泥，可采用酸分解法。不熔物含量较高的水泥熟料、酸性矿渣水泥、火山灰质水泥等酸性氧化物较高的物质，可采用碱熔融法。本实验采用的硅酸盐水泥，一般较易为酸所分解。 SiO2的测定可分成容量法和重量法。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溶液分解试样，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950C灼烧至恒重。本法测定结果较标准法约偏高0.2%。若改用铂坩埚在1100C灼烧恒重、经氢氟酸处理后，测定结果与标准法结果比较，误差小于0.1%。生产上SiO2的快速分析常采用氟硅酸钾容量法。 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+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回滴法所测得的实际上是Al，Ti合量。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。 三．主要试剂和仪器 1. EDTA溶液！ 0. 02 molL−1 在台秤上称取4 g EDTA，加100 mL水溶解后，转移至塑料瓶中，稀释至500 mL，摇匀。待标定。 2. 铜标准溶液 ！ 0. 02 molL−1 准确称取0.3 g纯铜，加入 3 mL 6 molL−1HCl溶液，滴加2~3 mL H2O2，盖上表面皿，微沸溶解，继续加热赶去H2O2 (小泡冒完为止)。冷却后转入250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。 3. 指示剂 溴甲酚绿 1 gL−1 ！20%乙醇溶液; 磺基水杨酸 100 gL−1;！ PAN ！ 3 gL−1 乙醇溶液; 铬黑T !1 gL−1 称取0.1 g铬黑T溶于75 mL三乙醇胺和25 mL乙醇中; GBHA ! 0.4 gL−1乙醇溶液。 4. 缓冲溶液 ！氯乙酸—醋酸铵缓冲液(pH = 2) 850 mL O. 1 molL−1氯乙酸与85 mL 0.1 molL−1 NH4Ac混匀； ！氯乙酸—醋酸钠缓冲液(pH = 3.5) 250 mL 2 molL−1氯乙酸与500 mL 1 molL−1NaAc混匀； ！NaOH强碱缓冲液(pH= 12.6) 10 g NaOH与10 g Na2B4O710H2O(硼砂)溶于适量水后，稀释至1L; !氨水—氯化铵缓冲液(pH= 10) 67 g NH4Cl溶于适量水后，加入520 mL浓氨水，稀释至1 L。 5. 其它试剂 NH4Cl(固体);！ 氨水(1+1); ！ NaOH溶液 200 gL−1; ！ HCl溶液 浓，6 molL−1， 2 molL−1; ！ 尿素 500 gL−1水溶液; ！ HNO3 浓; ！ NH4F 200 gL−1; AgN03 0.1 molL−1; ! NH4NO3 10 gL−1。！ 6. 马福炉、瓷坩埚、干燥器和长、短坩埚钳。 四．实验步骤 1. EDTA溶液的标定 用移液管准确移取10 mL铜标准溶液，加入5 mL pH= 3. 5的缓冲溶液和35 mL水，加热至80C后，加入4滴PAN指示剂，趁热用EDTA滴定至由红色变为绿色，即为终点，记下消耗EDTA溶液的体积。平行3次。计算EDTA浓度。 2. SiO2的测定 准确称取0.4 g试样，置于干燥的50 mL烧杯中，加入2.5~3g固体NH4Cl，用玻璃棒混匀，滴加浓HCl溶液至试样全部润湿 (一般约需2 mL)，并滴加2~3滴浓HNO3，搅匀。小心压碎块状物，盖上表面皿，置于沸水浴上，加热10 min，加热水约40 mL，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−反应为止(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，于950C灼烧30 min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。 3. Fe2O3，Al2O3，CaO，MgO的测定 (1) 溶样 准确称取约2g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（试样溶解完全与否，与此步仔细搅拌、混匀密切相关）。加入12 mL浓HCl分解试样 溶液，使试样全部润湿，再滴加浓HNO3氧化Fe2+为Fe3+ 4~8滴，搅匀，盖上表面皿，置于已预热的沙浴上加热20~30 min，使硅酸迅速脱水析出 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，用水稀释至刻度，摇匀后放置1~2h，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) Fe2O3和Al2O3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 mL pH=2的缓冲溶液，将溶液加热至70C，用EDTA标准溶液缓慢地滴定至由酒红色变为无色加入指示剂不显酒红色而是无色，说明无铁或铁的含量非常少 (终点时溶液温度应在60 C左右。终点颜色与试样成分和Fe含量有关，终点一般为无色或淡黄色。)，记下消耗的EDTA体积。平行滴定3次。计算Fe2O3含量: ， ms为实际滴定的每份试样质量。 于滴定铁后的溶液中，加入1滴溴甲酚绿酸碱指示剂调节 pH值：≤3.8黄 ≥5.4蓝 调到黄绿色，pH超过4 测Al ，用(1+1)氨水调至黄绿色，然后，加入15.00 mL过量的EDTA标准溶液，加热煮沸1 min，加入10 mL pH = 3.5测Cu的条件 的缓冲洛液，4滴PAN指示剂，用CuSO4标准溶液滴至茶红色即为终点（随着Cu2+的滴人，由络合物Cu– EDTA的蓝色和PAN的黄色转变为绿色，终点时生成Cu – PAN红色络合物，使终点呈茶红色）。记下消耗的CuSO4标准溶液的体积。平行滴定3份。计算Al2O3含量: (3) CaO和MgO含量的测定 由于Fe3+，Al3+干扰Ca2+，Mg2+的测定，须将它们预先分离。为此，取试液100 mL于200 mL烧杯中，滴入(1+1)氨水至红棕色沉淀生成如上面现象说明无铁，则也就不会生成这一沉淀。接下去该怎么做？启发学生。 时，再滴入 2 molL−1HCl溶液调pH至中心？ 使沉淀刚好溶解。然后加入25 mL尿素溶液，加热约20 min分解，产生NH3 溶液pH值缓慢、均匀升高 沉淀质量好，吸附杂质少，且容易过滤、洗涤 ，不断搅拌，使Fe3+，Al3+完全沉淀（此时称为尿素均匀沉淀法。也可用氨水法直接沉淀，但这时，Fe(OH)3对 Ca2+，Mg2+吸附较为严重），趁热过滤，滤液用250 mL烧杯承接， 用1%NH4NO3热水洗涤沉淀至无Cl−为止(用AgNO3溶液检查)。滤液冷却后转移至250 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。滤液用于测定Ca2+，Mg2+。 （改为测钙、镁总量：移25.00ml试液，用NaOH调pH值约为10原滤液接近中性？ ，加氨性缓冲溶液10ml，加K-B指示剂2滴，用EDTA溶液滴定，滴定至溶液颜色由紫红色恰变为蓝绿色。干扰离子？加掩蔽剂？） 用移液管移取25 mL试液于250 mL锥形瓶中，加入2滴 GBHA指示剂，滴加200 gL−1 NaOH使溶液变为微红色后，加入 10 mL pH= 12.6的缓冲液和20 mL水，用EDTA标准溶液滴至由红色变为亮黄色，即为终点。记下消耗EDTA标准溶液的体积。平行测定3次。计算CaO的含量。 在测定CaO后的溶液中，滴加2 molL−1HCl溶液至溶液黄色褪去，此时pH约为10，加入15 mL pH = 10的氨缓冲液，2滴铬黑T指示剂，用EDTA标准溶液滴至由红色变为纯蓝色，即为终点。记下消耗EDTA标准溶液体积。平行测定3次。计算MgO的含量。 五．思考题 1. 在Fe3+，Al3+，Ca2+，Mg2+共存时，能否用EDTA标准溶液控制酸度法滴定Fe3+ ?滴定Fe3+的介质酸度范围为多大? 2. EDTA滴定Al3+时，为什么采用回滴法? 3. EDTA滴定Ca，Mg时，怎样消除Fe3+，Al3+的干扰? 4. EDTA滴定Ca2+，Mg2+时，怎样利用GBHA指示剂的性质调节溶液pH?