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1、水泥化学分析基本知识简述了重量分析及容量分析中的几种方法，介绍了溶液浓度的表示方法、化学分析中的有关计算、化学试剂的规格和保管以及玻璃量器的校准方法1 重量分析法重量分析法是用适当的方法将试样中的被测组分与其他组分分离。分离的方法有下面两种。1）沉淀法：这种方法是使待测组分生成难溶化合物沉淀下来，然后测定沉淀的质量，再换算出待测组分的含量。如：测定试验溶液中 S042的含量时，在试验溶液中加入过量的 BaC12 溶液，使 S042完全生成难溶的 BaSO4 沉淀，经过滤、洗涤、干燥后，称 BaSO4 的质量，从而计算出试验溶液中 S042（或试样重 SO3）的含量。2）气化法：这种方法适合于挥
2、发性组分的测定。一般是采用加热的方法将被测组分转化成挥发性物质逸出，然后根据试样减少的质量来计算出被测组分的含量。例如，测定水泥及原料的烧失量，二水石膏中结晶水的含量，原燃料的吸附水，煤的挥发份等。重量分析中全部数据都是用分析天平称量得来的，不存在基准物质和容量器皿引入的误差，分析结果比较准确。重量分析法的不足之处是操作繁琐，时间较长，不适合生产控制。1.1 重量分析对沉淀的要求在重量分析中，沉淀是经过干燥或灼烧后称量的，在干燥或灼烧过程中，可能已经发生了化学变化，因而称量的物质可能已不是原来的沉淀。如，硫酸钡重量法测定三氧化硫时，沉淀形式和称量形式都是 BaSO4；草酸钙重量法测定钙时，沉淀
3、形式是 CaC2O4.H2O，而称量形式则是 CaO。1.1.1 对沉淀形式的要求1）沉淀的溶解度要小，以保证沉淀完全。在测定 S042的含量时，要用BaC12 作沉淀剂，而不能用 CaC12 作沉淀剂，因为 BaSO4 的溶解度小（Ksp=0.8710 10）, CaSO 4 的溶解度大（Ksp=2.45 105） 。2）沉淀要纯净，易于过滤和洗涤，减少杂质的吸附。颗粒较大的晶形沉淀一般能满足这一要求，颗粒较小的晶形沉淀如 BaSO4 吸附杂质的机会较多，因此，必须选择适当的条件，使细小的 BaSO4 颗粒长大，以减少杂质的吸附。1.1.2 对称量形式的要求1）组成必须与化学式完全相符，这是
4、对称量形式的基本要求，否则分析结果就无法按化学式进行计算。2）称量形式要稳定，不易吸收空气中的水分和二氧化碳，在干燥和灼烧过程中不易分解。3）称量形式的摩尔质量要相当大，可以减少称量的相对误差。1.1.3 对沉淀剂的要求1）沉淀剂最好有挥发性。过量的沉淀剂可以在干燥或灼烧的过程中能够自然除去，不影响称量的准确性。2）沉淀剂应具有选择性，只与被测离子产生沉淀，不与其他组分作用，这样可以省去分离干扰物质的步骤。3）沉淀本身应具有较大的的溶解度，这样可以减少沉淀对沉淀剂的吸附。如，硫酸钡重量法测 S042时，采用 BaC12 作沉淀剂，而不用 Ba(NO3)2，就是这个原因，因为 BaC12 的溶解
5、度大于 Ba(NO3)2 的溶解度，同时 BaSO4 沉淀吸附Ba(NO3)2 的程度比较严重。1.2 晶形沉淀生成的条件1）沉淀要在适当稀的溶液中进行。试样溶液和沉淀剂溶液都必须是稀的，这样沉淀过程中溶液的相对过饱和度不大，晶核的形成速度较慢，易形成较大的晶体颗粒。2）沉淀要在热溶液中形成。在热溶液中，一般沉淀的溶解度较大，可以降低溶液的相对过饱和度，又可以减少杂质的吸附，还可以防止生成胶体颗粒。3）应在不断搅拌下慢慢的加入沉淀剂。这样可以防止沉淀剂的局部过浓，有利于大晶体颗粒的形成。4）沉淀要进行陈化处理。将沉淀连同溶液在温热处放置称为“陈化” ，小颗粒不断溶解，大颗粒不断长大，有利于沉淀
6、的过滤和洗涤。陈化的作用能使沉淀变的更加纯净，因为在陈化过程中，小晶体吸附和包藏的杂质被排除在溶液中，大晶体沉淀的总表面积小，吸附的杂质数量也就小。2 容量分析法2.1 概述容量分析法就是用滴定管将已知准确浓度的试剂溶液（标准滴定溶液）滴加到被测物质的溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系恰好反应完全为止，然后根据标准滴定溶液的浓度和消耗的体积计算出被测组分的含量。滴加标准滴定溶液的过程称为“滴定” 。标准滴定溶液与被测物质恰好反应完全的点成为“化学计量点” 。在化学计量点时，没有易为人察觉的外部特征，通常借助指示剂的颜色变化来判断化学计量点的到达，我们把指示剂的变色点称为“滴定终点”
7、 。由于指示剂的变色点和化学计量点不一定恰好符合，我们把“滴定终点”和“化学计量点”不一致而引起的误差称为“滴定误差” 。2.1.1 容量分析法分类根据化学反应的类型不同可分为以下四种。1）酸碱滴定法：以质子（H 3O+）传递反应为基础的滴定分析法称为滴定分析法。如，水泥生料碳酸钙滴定值的测定、熟料游离氧化钙的测定、氟硅酸钾容量法测二氧化硅、离子交换法测水泥的硫酸盐。其反应实质可用下式统一表示：H 3O+ OH 2H 2O2)氧化还原滴定法：以氧化还原反应为基础的滴定分析法称为氧化还原滴定法。如，高锰酸钾测定 Fe2+离子的反应：MnO 4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ 5Fe3+
8、+ 4H2O3）配位滴定法：以生成配合物（配离子）的配位反应为基础的滴定分析法称为配位滴定法。如，常用 EDTA 滴定金属离子，其反应式为：M n+ + Y4 MY (4-n)式中：M n+表示 14 价的金属离子，Y 4-表示 EDTA 的阴离子。4）沉淀滴定法：利用生成沉淀的反应进行滴定的方法称为沉淀滴定法。如，银量法测定氯离子，其反应式为：Ag + + C1 AgC1（白色）2.1.2 容量分析中滴定反应应具备的条件化学反应很多，适用于滴定分析的化学反应必须具备以下条件：1）反应必须定量完成。即反应必须按一定的反应式进行，无副反应发生，而且进行完全。2）反应速度要快。滴定反应尽可能瞬间完
9、成。对于速度慢的反应应通过加热、改变溶液酸度、或改变滴定程序来加快反应速度。3）要有确定滴定终点的简便方法。如，采用指示剂或物理化学的方法来确定滴定终点。2.1.3 容量分析法的滴定方式1）直接滴定法用标准滴定溶液直接滴定被测物质的方式称为直接滴定法。如，用 EDTA 标准滴定溶液直接滴定 Ca2+，重铬酸钾标准滴定溶液直接滴定 Fe2+ 。符合滴定反应条件的都可以采用直接滴定法，当反应不完全符合要求，无法直接滴定的，可采用下面的滴定方式。2）返滴定法（回滴定法）先使被测物质与过量的标准滴定溶液 A 作用，反应完全后，再用另一种标准滴定溶液 B 滴定剩余的标准滴定溶液 A，根据标准滴定溶液 A
10、 的实际消耗量计算被测物质的含量。返滴定法适用于反应速度较慢、或被测物质是固体、或没有合适的指示剂。如，用 EDTA 配位滴定法测水泥中的三氧化二铝时，由于 A13+与 EDTA 的反应速度较慢，常采用返滴定法，先加入过量的 EDTA 标准滴定溶液，加热，使 A13+与 EDTA 反应完全，再以 PAN 为指示剂，用硫酸铜标准滴定溶液返滴定剩余的EDTA 。3）置换滴定法（取代滴定法）对于不按确定反应式进行的反应（或有副反应发生） ，可以不直接滴定被测物质，而是先用适当的试剂与被测物质作用，使其置换出另一种生成物，再用标准滴定溶液滴定此生成物，这种滴定方法称为置换滴定法。如，用 EDTA 配位
11、滴定水泥中的二氧化钛时，A1 3+干扰测定，可先加入过量的 EDTA，使 EDTA 与A13+及 TiO2+完全配位，用硫酸铜滴定剩余的 EDTA（不计数） ，然后加入苦杏仁酸，使其与 TiO2+EDTA 配合物中的 TiO2+离子定量反应，置换出与 TiO2+等摩尔的 EDTA，最后用硫酸铜滴定置换出的 EDTA。4）间接滴定法有时被测物质不能直接与标准滴定溶液反应，却能通过另外的化学反应，生成可以与标准滴定溶液直接作用的另一种物质，这种用标准滴定溶液滴定另一种物质的方式成为间接滴定法。如，水泥中的二氧化硅可采用间接滴定法，先使硅酸根离子在强酸性溶液中与过量的氟离子和钾离子作用，生成了氟硅酸
12、钾沉淀，然后将不含游离酸的氟硅酸钾沉淀在热水中进行水解，生成氢氟酸，即可用氢氧化钠标准滴定溶液进行滴定，间接计算出试样重二氧化硅的含量。3 溶液浓度的表示方法化学分析中所用的溶液可分类如下：1）一般溶液：是指对浓度要求不严的溶液。如，调节 PH 用的酸或碱溶液、掩蔽剂及指示剂溶液、缓冲溶液等。2）标准滴定溶液：确定了准确浓度的、用于滴定分析的溶液。如，氢氧化钠标准滴定溶液、EDTA 标准滴定溶液。3）基准溶液：用基准物质制备的或用多种方法标定过的用于标定其它溶液的溶液。4）标准溶液：由纯度较高的试剂制备并准确知道某种元素、离子、化合物或基团浓度的溶液。如，离子电极法测定氟时所用的氟标准溶液，火
13、焰光度分析所用的氧化钾和氧化钠标准溶液。5）标准比对溶液：已准确知道或已规定有关特征（如色度、浊度）的溶液，用来评价与该特征有关的溶液。如，分光光度法测铁时所用的铁系列标准比色溶液。标准比对溶液可用标准滴定溶液、基准溶液、或标准溶液或具有所需其它特征的其它溶液配制。3.1 比例浓度（体积比浓度）比例浓度（V 1+V2）是指以液体溶质体积 V1与溶剂体积 V2相混合得到的溶液浓度。常用于由浓溶液配制成稀溶液。如，盐酸（1+5）即表示 1 体积的市售浓盐酸与 5 体积的蒸馏水混合而成。3.2 百分浓度百分浓度是指将溶液按体积或质量分成 100 等份，用其中溶质所占份数所表示的一种浓度，用百分数（%
14、）表示。通常有下列两种表示方法。1）体积百分浓度以溶质（液体）在溶液中所占的体积百分数所表示的浓度。如，乙醇溶液95%(V/V)即表示 100ml 这种溶液中含乙醇 95ml。2）质量百分浓度以溶质在溶液中所占的质量百分数所表示的浓度。如，市售的浓盐酸其浓度为 37%（m/m） ，即表示 100g 这种溶液中含氯化氢 37g。市售的浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸、浓氨水等常用此浓度表示，便于化工厂的计量，但不便于化学分析中使用，常将其换算成物质的量浓度。3.3 质量浓度以单位体积溶液中所含溶质的质量所表示的浓度。常用 g/L 或 mg/ml 表示。如，氢氧化钾（200g/L） ，表示 1L 这种溶液中
15、含固体氢氧化钾 200g。3.4 物质的量浓度物质 B 的物质的量浓度定义为：物质 B 的物质的量除以混合物的体积，简称浓度。CB=nB/V式中：CB物质 B 的物质的量浓度，mol/L；nB物质 B 的物质的量，mol；V混合物的体积，L。物质的量与质量之间的关系为：nB = mB/ MB式中：MB物质 B 的摩尔质量，mol/L；mB物质 B 的质量,g 。使用物质的量浓度时必须注意物质的基本单元。如:C(NaOH)=1mol/L，表示 1L 溶液中含氢氧化钠 140=40gC(H2SO4)=1.5mol/L，表示 1L 溶液中含硫酸 1.598.08=147.12gC(1/5KMnO4)
16、=0.1mol/L，表示 1L 溶液中含高锰酸钾0.1158.031/5=3.16g3.5 ppm 浓度ppm 浓度是以 100 万份质量的溶液中所含溶质的质量份数所表示的浓度。其表达式为：x(ppm)=溶质的质量（g）10 6/溶液的质量（g）如：5ppm 的氧化钾表示 1L 溶液中含氧化钾 5/106=510 6 g4 容量分析中的有关计算4.1 等物质的量反应规则等物质的量反应规则定义为：在化学计量点时，参加反应的各物质的物质的量相等。在直接滴定法中，被测物质 X 与滴定剂 B 的物质的量相等。即：nB = Nxn 代表摩尔数，如果被测物质与滴定剂都是溶液，则：CBVB=CXVX如果被测物质是固体，质量以 g 表示，则 CBVB =1000mX/ MX式中：MB物质 X 的摩尔质量，mol/L；mB物质 X 的质量,g 。应用等物质的量反应规则进行容量分析计算时，要根据反应式正确的确定在反应中各物质的基本单元。使用
