14 硅酸盐水泥中硅铁铝含量的测定 - 实验十四硅酸盐水泥中硅、铁铝含量

14 硅酸盐水泥中硅铁铝含量的测定 - 实验十四硅酸盐水

泥中硅、铁铝含量

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2,2.5，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pH，1.5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pH，3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=2,3，紫红色;pH=4,7，棕橙

色;pH=8,10，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=2,3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60,70?为宜，当温度高于75?时，Al3+也能与EDTA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(pH=,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=4,5，最适宜的pH,4.3

(2)PAN:一种二元弱酸，用H2In+表示

PKa1=2.9, PKa2=11.95

H2In+--------?HIn--------?In-

淡绿色黄色红色

(，2.5) (2.5,12) (，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，3,5滴HNO3，加热至沸腾并保持微沸15min，加入100cm3热水继续加热至沸腾，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，50,60?水浴中加热10min，以1:1NH3.H2O调pH为2.0,2.5，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(80,90?), 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。

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) V1

×1/2×M(Fe2O3)/100ms×100%

3、Al2O3含量的测定

平行实验123V(EDTA)/cm320.0020.0020.00V2/cm3Al2O3%相对偏差平均

Al2O3%Al2O3%= C(EDTA) (20.00-V2)×1/2×M(Al2O3)/100ms×100%

六、思考题