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1、实验十四 硅酸盐水泥中铁、铝含量的测定（二人合作）教学目标及基本要求1、学习复杂体系的分析方法。2、学会通过控制酸度分别测定铁、铝含量的方法。教学内容及学时分配1.分析强调上次实验报告中出现的问题和注意事项，提问检查预习实验情况，0.2学时。2. 讲解实验内容（0.8学时）3. 开始实验操作，指导学生实验，发现和纠正错误，3学时。一、预习内容1、硅酸盐试样的分解与测定（p309）二、实验目的1、学习复杂体系的分析方法。2、学会通过控制酸度分别测定铁、铝含量的方法。三、实验原理水泥中的铁、铝、钙、镁等组分分别以Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+的形式存在于过滤完SiO2沉淀后的滤液中，它们都
2、能与EDTA形成稳定的螯合物，但稳定性有较显著的区别，KAlY=1016.3，KFe（III）Y=1025.1 ，KCaY=1010.69 ，KMgY=108.7。因此只要通过控制适当的酸度，就可以进行分别测定。Fe3+的测定：控制溶液的pH为22.5，以磺基水杨酸为指示剂，用EDTA标准溶液滴定，溶液由紫红色变为微黄色即为终点。说明：(1)溶液的pH，通过计算可知滴定Fe3+允许的最高酸度为1.5。当pH1.5时，Fe（III）Y的条件稳定常数小，不满足准确滴定的条件，结果偏低。当pH3时，Fe3+水解形成Fe(OH)3,往往无滴定终点，同时，共存的Ti4+、Al3+也影响滴定。(2)磺基水
3、杨酸：一种三元弱酸，以及电离完全，PKa2=2.62, PKa3=11.95. 磺基水杨酸能与20多种金属离子生成螯合物，其中与Ti4+生成黄色螯合物，与Fe3+反应随介质酸度不同形成三种有色螯合物：pH=23，紫红色；pH=47，棕橙色；pH=810，黄色。磺基水杨酸在可见光区无吸收峰，在较强酸性条件下，许多金属离子不能与磺基水杨酸反应，而Fe3+可与磺基水杨酸形成稳定的螯合物稳定常数为1032.12。故在pH=23时，测定Fe3+选择性最好。终点时发生置换反应：Fe（III）-磺基水杨酸+ Y =Fe（III）Y+磺基水杨酸。(3)温度，以6070为宜，当温度高于75时，Al3+也能与ED
4、TA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。(4)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。实验证明Fe2O3含量不超过30mg为宜。Al3+的测定：以PAN为指示剂的铜盐回滴定是普遍采用的方法。Al3+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Al3+与EDTA充分反应，然后用CuSO4标准溶液回滴定过量的EDTA。CuY2-无色，PAN 在测定条件(p
5、H=4.3)下为黄色，所以滴定开始前溶液为黄色，随着CuSO4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+ H2Y2-= Al Y-+2H+， Cu2+ H2Y2-=CuY2-+2H+， Cu2+PAN= Cu-PAN溶液中有三种有色物质存在：黄色的PAN、蓝色的CuY2- 、紫红色Cu-PAN，且三者的浓度又在变化中，因此颜色变化较复杂。说明：(1)测定Al3+使得适宜酸度pH=45，最适宜的pH4.3(2)PAN：一种二元弱酸，用
6、H2In+表示PKa1=2.9, PKa2=11.95H2In+-HIn-In-淡绿色 黄色 红色（2.5） （2.512） （12）PAN能与50多种元素生成有色螯合物，除Pd(II)、Co(III)、Rh(III)为绿色，Fe(III)为暗红色，V(v)、Tl为紫色，其他金属的螯合物均是红色。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CuSO4标准溶液滴定至紫红色。四、实验步骤1、试样的制备准确称取水泥样品0.25g左右置于小烧杯中，加入15cm3浓度为6mol dm-3的HCl，35滴HNO3，加热至沸腾并保持微沸15min，加入100cm3热水
7、继续加热至沸腾，冷却后转移至250cm3容量瓶中，不溶物也一并转移，定容，摇匀。2、EDTA溶液的配制配制300cm3浓度为0.01mol dm-3的EDTA溶液，粗称1.2g左右EDTA二钠盐，加少量水微热后搅拌至完全溶解，转移至试剂瓶中，加水稀释至300cm3，盖塞子摇匀。3、Fe2O3含量的测定移取试液25.00cm3于锥形瓶中，5060水浴中加热10min，以1：1NH3.H2O调pH为2.02.5，加10滴磺基水杨酸，趁热用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消耗体积为V1cm3，平行测定三次，求Fe2O3的平均含量。4、Al2O3含量的测定 从滴定管中
8、放入20.00 cm3EDTA标准溶液置于测定完Fe2O3含量后的试液中，加10 cm3pH=4.2的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸1 min，稍冷后加入5滴PAN，以CuSO4标准溶液滴定至紫红色。记录CuSO4消耗的体积为V2cm3。注意临近终点时应剧烈摇动，并缓慢滴定。平行测定三次，求Al2O3的平均含量。5、EDTA溶液浓度的标定从滴定管中放入20.00 cm3EDTA标准溶液置于锥形瓶中，加入10 cm3 HAc-NaAc缓冲溶液，加热至近沸(8090), 加入5滴PAN，以CuSO4标准溶液滴定至紫红色。记录CuSO4消耗的体积为V3cm3。平行测定三次，求EDTA溶液的平均浓度。
9、五、数据处理1、EDTA溶液浓度的标定平行实验123V(EDTA)/cm320.0020.0020.00V3/cm3C(EDTA)/mol dm-3相对偏差平均C(EDTA)/mol dm-3C(EDTA)=C(CuSO4)V3/ V(EDTA) (mol dm-3)2、Fe2O3含量的测定平行实验123Vs/cm325.0025.0025.00V1/cm3Fe2O3%相对偏差平均Fe2O3%Fe2O3%= C(EDTA) V11/2M（Fe2O3）/100ms100%3、Al2O3含量的测定平行实验123V(EDTA)/cm320.0020.0020.00V2/cm3Al2O3%相对偏差平均
10、Al2O3%Al2O3%= C(EDTA) (20.00-V2)1/2M（Al2O3）/100ms100%六、思考题1、Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+共存时，能否用EDTA标准溶液控制酸度法滴定Fe3+？滴定时酸度范围是多少？2、测定Al3+时为什么采用返滴法？3、如何消除Fe3+、Al3+对Ca2+、Mg2+测定的影响？重点和难点学习复杂体系的分析方法。深化和拓展在基础实验中锻炼基础科学研究技能。教学方式及注意问题以提问的方式了解预习内容落实情况，以多媒体为手段讲解实验内容；以现场指导法纠正和规范实验操作。参考书目及网络资源基础化学实验（I）-无机及分析化学部分，山东大学、山东师范大学等高校合编，化学工业出版社教材出版中心，2003年7月第一版。分析化学（第四版），武汉大学主编，高等教育出版社，2000年3月第四版
