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1、,水泥中SiO2、 Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO含量的测定,（综合实验设计方案）,内容提要,一、实验流程 二、实验目的 三、实验原理 四、实验仪器及试剂 五、实验步骤 六、实验结果和讨论,一、实验流程,1、掌握水泥成分分析系统方法（原理、步骤）。 2、溶液的配制与标定。 3、测定铁、铝、钙、镁含量。 4、数据处理及结果讨论。,二、实验目的,1、了解在同一份试样中进行多组分测定的系统分析方法； 2、掌握难溶试样的分解方法； 3、学习复杂样品中多组分的测定方法的选择。,水泥熟料是调和生料经1400C以上的高温煅烧而成的。通过熟 料分析，可以检验熟料质量和烧成情况的好坏，根据分析结果，可
2、及时调整原料的配比以控制生产。普通硅酸盐水泥熟料的主要化学 成分及其控制范围，大致如下:,同时，还有要求MgO4.5%,三、实验原理,水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此易为 酸所分解。反应方程式,1、溶样（酸溶）,目前水泥分析中SiO2的测定常用重量法，即取一份试样与固体NH4Cl对混匀后，再加HCl溶液，在水浴中分解，NH4Cl对硅酸溶胶起盐析作用，加热蒸发加速硅酸脱水凝聚，使SiO2沉淀完全，沉淀经过过滤、洗涤后，在950灼烧成固定成分的SiO2，然后称量，计算结果(SiO2不测）。 滤液（A液）中含有铁、铝、钙、镁等离子，它们都与EDTA形成稳定的络离子，但这些络离子的稳定性有较显著
3、的差别，因此只要控制适当的酸度，就可用EDTA分别滴定它们。,1、溶样（碱熔）,0.5克（准确到0.1mg）试样于银（镍）坩埚中，加6-7克即NaOH，加盖（留缝隙），于高温炉中，从低温起，在650-700熔融20min，取出冷却，放入盛有100沸水的300烧杯中，盖上表面皿，适当加热，待熔块完全浸出后，取出坩埚，用水冲洗坩埚和盖。在搅拌下一次加入（20-30ml盐酸+1ml硝酸）。用热盐酸（1+5）洗净坩埚和盖，将溶液加热至沸腾，冷却，转入250容量瓶，加水稀释，定容。 此溶液（B溶液）供测定硅、铁、铝、钙、镁等离子，它们都与EDTA形成稳定的络离子，但这些络离子的稳定性有较显著的差别，因此
4、只要控制适当的酸度，就可用EDTA分别滴定它们。,2、Fe3+离子的测定,溶液酸度控制在pH=22.5，则溶液中共存的Al3+，Ca2+，Mg2+等离子不干扰测定。指示剂为磺基水杨酸，其水溶液为无色，在pH=22.5时，与Fe3+形成的络合物为红紫色。Fe3+与EDTA形成的络合物是黄色，因此终点时由红紫色变为黄色。由于Fe3+与EDTA的反应速率比较慢，需要加热来加快反应速率，滴定时溶液温度以6070为宜，但温度过高也会促使Al3+与EDTA反应，并会促进Fe3+离子水解，影响分析结果。,反应式,滴定反应：Fe3+ + H2Y2- = FeY- + 2H+ 亮黄色 显色反应：Fe3+ + H
5、In- = FeIn+ + H+ 无色 紫红色 终点反应：FeIn+ + H2Y2- = FeY- +HIn-+H+ 紫红色 亮黄色 关键：正确控制酸度和掌握适当的温度。,3、Al3+离子的测定,采用返滴定法，在滴定Fe3+后的溶液中，加入过量EDTA标准溶液，再调节溶液的pH约为4.3，将溶液煮沸，加快Al3+与EDTA络合反应，保证反应能定量完成，然后，以PAN为指示剂，用CuSO4标准溶液滴定溶液中剩余的EDTA。,3、Al3+离子的测定,终点时的变色：在终点前溶液中Al-EDTA络合物是无色的，而Cu-EDTA络合物是蓝色的，PAN指示剂这时是黄色的，随着CuSO4标准溶液的不断滴入，
6、溶液逐渐由黄变绿。当终点时，过量的Cu2+离子与PAN形成的络合物为红色，与溶液中Cu-EDTA的蓝色组成了紫色，即终点由绿色变为紫色。一般说来，在100mL溶液中加入的0.015 molL-1 EDTA标准溶液以过量10mL左右为宜。在这种情况下，实际观察到的终点颜色是紫红色的。,反应式,滴定反应：Al3+ + H2Y2- = AlY- + 2H+ 返滴反应：Cu2+ + H2Y2- = CuY2- + 2H+ 蓝色 终点反应：Cu2+ + PAN = Cu-PAN 黄色 深红色 终点颜色：紫红色。,4、Ca2+离子的测定（A液）,由于Ca-EDTA络合物的lgKCaY=10.69不是很大，
7、因此，只有在pH=813时，Ca2+才能定量络合。而在pH=89时Mg2+有干扰，故一般在pH12.5下进行测定，此时Mg2+形成Mg(OH)2沉淀而被掩蔽。Fe3+、Al3+的干扰用三乙醇胺消除。 用于EDTA滴定Ca2+的指示剂较多，本实验采用钙指示剂，在pH12时，钙指示剂本身纯蓝色，与Ca2+络合后呈酒红色。终点变色：酒红色变为纯蓝色。,反应式,滴定反应：Ca2+ + H2Y2- = CaY2- + 2H+ 显色反应：Ca2+ + HInd2- = CaInd- + H+ 纯蓝色 酒红色 终点反应: CaInd-+H2Y2- +OH-= CaY2-+HInd2- +H2O 酒红色 纯蓝
8、色,5、Mg2+离子的测定（A液）,Ca2+、Mg2+离子总量的测定：镁的含量是采用差减法求得，即在另一份试液中，于pH=10时用EDTA标准溶液滴定钙、镁含量，再从钙、镁含量中减去钙量后，即为镁的含量。,5、Mg2+离子的测定（A液）,用K-B作指示剂，终点由红变蓝。Fe3+离子的干扰需要用三乙醇胺和酒石酸钾钠联合掩蔽，因为三乙醇胺与Fe3+生成的络合物能破坏酸性铬蓝K指示剂，使萘酚绿B的绿色背景加深，易使终点提前到达。当溶液中酒石酸钾钠与三乙醇胺一起对Fe3+进行掩蔽时，上述破坏指示剂的现象可以消除，Al3+的干扰也能由三乙醇胺和酒石酸钾钠进行掩蔽。,反应式,滴定反应： Ca2+/Mg2+
9、 + H2Y2- = CaY2-/ MgY2- + 2H+ 显色反应： Mg2+/Ca2+ + HInd2- = MgInd-/ CaInd- + H+ 纯蓝色 酒红色 终点反应: MgInd-+H2Y2- +OH-= MgY2-+HInd2- +H2O 酒红色 纯蓝色,四、实验仪器及试剂,1、滴定分析常规仪器； 2、EDTA标准溶液（ 0.015 molL-1）：称取2.8gEDTA，加入200mL温水中溶解，冷却后加水稀释至500mL，摇匀。待标定； 3、浓盐酸； 4、HCl溶液（1：1）： 1体积浓盐酸溶于1体积的水中； 5、HCl溶液（3：97）： 3体积浓盐酸溶于97体积的水中； 6
10、、浓硝酸； 7、氨水（1：1）：1体积浓氨水溶于1体积的水中； 8、10%的NOH溶液：将10g NaOH溶于100mL水中； 9、固体氯化铵 10、10%NH4CNS溶液：将10gNH4CNS溶于100mL水中。,11、三乙醇胺溶液（1：1）； 12、硫酸铜标准溶液（0.015 molL-1）：将1.8726g CuSO4 .5H2O溶于水中，加入80mL冰醋酸，加水稀释至500mL ; 13、HAc-NaAc缓冲溶液（pH4.3）:将33.7 g无水醋酸钠溶于水中，加23滴11 H2SO4，用水稀释至1L，摇匀； 14、pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液:67gNH4Cl溶于适量水后，
11、加入520mL浓氨水，稀释至1L ； 15、0.05%溴甲酚绿指示剂:将0.05g溴甲酚绿溶于100mL20%乙醇溶液中；,16、10%磺基水杨酸指示剂:将10g磺基水杨酸溶于100mL水中； 17、0.2%PAN指示剂:称取0.2gPAN溶于100mL乙醇中 ； 18、酸性铬蓝K萘酚绿B（KB指示剂）:准确称取1g酸性铬蓝K、2.5g萘酚绿B与50g已在105烘干的硝酸钾混合研细，保存在磨口瓶中 ； 19、钙指示剂 20、10%酒石酸钾钠：将10g酒石酸钾钠溶于100mL水中。,五、实验步骤,1、EDTA溶液的标定 从滴定管放出15mL 0.015mol.L-1EDTA标准溶液于400mL烧
12、杯中，用水稀释至约200mL，加15mL pH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，加热至微沸，取下稍冷，加3滴0.2% PAN指示剂，以0.015 mol.L-1CuSO4标准溶液滴定至亮紫色。平行做三次，计算EDTA的平均浓度。,2、溶样,准确称取试样0.5g左右，置于干燥的50mL烧杯中，加2g固体NH4Cl，用玻璃棒混合，加2mL浓HCl和1滴HNO3，充分搅拌均匀，使所有深灰色试样变为浅黄色糊状物，盖上表面皿，置于沸水浴上蒸发至近干（约1015min)，加10mL热的(3+97) HCl溶液搅拌溶解可溶性盐，趁热用中速定量滤纸过滤，滤液用250mL容量瓶盛接，用热的(3+97) HCl
13、溶液洗涤烧杯56次后，继续用热的(3+97) HCl溶液洗涤沉淀至无Fe3+离子为止(?)，冷却后，稀释至刻度，摇匀后保存，作为测定铝、铁、钙、镁等含量用。,KSCN溶液检验,滤液,试样0.5g 3CaOSiO2 2CaO SiO2 3 CaOAl2O3 4CaO Al2O3 Fe2O3,+2g固体 NH4Cl +3mL浓HCl,+1滴浓HNO3,SiO2nH2O SiO2nH2O 水溶胶 Fe3+(黄色) Al3+(无色) Ca2+(无色) Mg2+(无色)等,搅匀,水浴上蒸干,+10mL 3+97HCl,溶解,过滤,用3+97 HCl洗涤,滤液,洗液接于 250mL容量瓶中,沉淀 SiO2
14、nH2O,含有沉淀的滤纸放入已恒重的坩埚中，电炉上干燥、灰化，在950的高温炉内灼烧30min后取出，干燥器中冷却至室温，称量，反复灼烧至恒重，计算试样中SiO2含量,试液的制备,以磺基水杨酸或其钠盐为指示剂，在溶液酸度为pH1.5-2.0，,温度为60-70C条件下进行,铁的测定(直接滴定法),以PAN为指示剂的铜盐回滴法,铝的测定(返滴定法),固体钙指示剂,钙的测定,酸性铬蓝k-萘酚绿B指示剂,镁的测定(差减滴定法),滤液 250mL Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+,3、Fe3+离子的测定,吸取重量法中分离SiO2后的滤液50mL于400mL烧杯中，加75mL水，2滴0.05%溴甲
15、酚绿指示剂(在pH3.8时呈黄色，pH5.4时呈绿色），逐滴加入11氨水，使之呈绿色，然后用(1+1) HCl溶液调至黄色后再过量3滴，此时溶液酸度约为pH=2，加热至6070，取下，加10滴10%磺基水杨酸，以0.015mol.L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由淡红紫色变为亮黄色，作为终点，记下消耗EDTA标准溶液的体积。保存该溶液，供测定Al3+用。,铝的测定,滤液 250mL Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+,吸取50mL,于400mL 烧杯中,溴甲酚绿 2滴,滴加1+1NH3H2O至绿色,滴加1+1HCl至黄色,再过 量3滴,pH2,加热至70C,取下烧杯,加100gL-1磺基水
16、 杨酸10滴,Fe-Sal(紫色) Al3+ Ca2+ Mg2+,以0.015molL-1 EDTA,滴定至黄色为终点,FeY-(淡黄色) Sal3-(无色) Al3+ Ca2+ Mg2+等, Fe2O3,铁的测定(直接滴定法),加水75mL,Fe2O3的含量测定记录及处理,4、Al3+离子的测定,将滴定Fe3+离子后的溶液加入0.015molL-1 EDTA标准溶液约20mL，加水稀释至约200mL，再加入15mLpH=4.3的HAc-NaAc缓冲溶液，煮沸12min，取下稍冷至90，加入4滴0.2%PAN指示剂，以0.015 mol.L-1 CuSO4标准溶液滴定，溶液逐渐由黄色变蓝绿色灰绿色，加1滴CuSO4溶液突然变亮紫色，
