环境管理_水泥综合实验设计方案

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1400 C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 MgO 4 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 2 2 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 2 2 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60 70 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 HIn 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 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 015mol L 1EDTA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 因此 只有在pH 8 13时 Ca2 才能定量络合 而在pH 8 9时Mg2 有干扰 故一般在pH 12 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pH 12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 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 015mol L 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 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N OH溶液 将10gNaOH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 015mol L 1 将1 8726gCuSO4 5H2O溶于水中 加入80mL冰醋酸 加水稀释至500mL 13 HAc NaAc缓冲溶液 pH 4 3 将33 7g无水醋酸钠溶于水中 加2 3滴1 1H2SO4 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 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 K B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15mL0 015mol L 1EDTA标准溶液于400mL烧杯中 用水稀释至约200mL 加15mLpH 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 015mol 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10 15min 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溶液洗涤烧杯5 6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 5g3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O34CaO Al2O3 Fe2O3 2g固体NH4Cl 3mL浓HCl 1滴浓HNO3 SiO2 nH2OSiO2 nH2O水溶胶Fe3 黄色 Al3 无色 Ca2 无色 Mg2 无色 等 搅匀 水浴上蒸干 10mL3 97HCl 溶解 过滤 用3 97HCl洗涤 滤液 洗液接于250mL容量瓶中 沉淀SiO2 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 70 C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250mLFe3 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 溴甲酚绿指示剂 在pH 3 8时呈黄色 pH 5 4时呈绿色 逐滴加入1 1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60 70 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250mLFe3 Al3 Ca2 Mg2 吸取50mL 于400mL烧杯中 溴甲酚绿2滴 滴加1 1NH3 H2O至绿色 滴加1 1HCl至黄色 再过量3滴 pH 2 加热至70 C 取下烧杯 加100g L 1磺基水杨酸10滴 Fe Sal 紫色 Al3 Ca2 Mg2 以0 015mol L 1EDTA 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 015mol L 1EDTA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1 2min 取下稍冷至90 加入4滴0 2 PAN指示剂 以0 015mol L 1CuSO4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 即为终点 记下消耗EDTA标准溶液的体积 20mL0 015mol L 1EDTA 15mLHAc NaAc缓冲溶液 煮沸1 2分钟取下 冷却至90 C PAN指示剂4滴 滴定铁含量后的溶液 PAN 黄色 H2Y2 过量 AlY 无色 FeY 淡黄色 以0 015mol L 1CuSO4回滴 终点时由黄绿色变紫色 Cu PAN 红色 CuY2 蓝绿色 AlY 无色 FeY 淡黄色 Al2O3 BACK 铝的测定 返滴定法 Al2O3的含量测定记录及处理 5 Ca2 离子的测定 吸取分离SiO2后的滤液25mL于250mL锥形瓶中 加水稀释至约50mL 加1 1三乙醇胺4mL 充分搅拌后 加10 NaOH溶液5mL 摇匀 加入约0 01g 约药勺小头取1勺 固体钙指示剂 以0 015mol L 1EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变纯蓝色 即为终点 所用EDTA体积为V1 滤液250mLFe3 Al3 Ca2 Mg2 吸取25mL 于250mL锥形瓶中 H20稀释至50mL 4mL1 1 三乙醇胺 摇匀 5mL10 NaOH 摇匀 0 01g 钙指示剂 Ca Ind 酒红色 Mg OH 2 白色 Fe3 Al3 无色的三乙醇胺配离子 以0 015mol L 1EDTA 滴定至纯蓝 Hind2 纯蓝色 CaY2 无色 Mg OH 2 白色 Fe3 Al3 无色的三乙醇胺配离子 得 CaO BACK 钙的测定 CaO的含量测定记录及处理 6 Mg2 离子的测定 吸取分离SiO2后的滤液25mL于250mL锥形瓶中 加水稀释至约50mL 加10 酒石酸钾钠溶液1mL和1 1三乙醇胺4mL 搅拌1min 加入5mLpH 10的NH3 NH4Cl缓冲溶液 再加入适量K B指示剂 用0 015mol L 1EDTA标准溶液滴定至溶液呈纯蓝色 根据此结果计算所得为Ca2 Mg2 离子的总量 由此减去钙量即为镁量 所用EDTA体积为V2 滤液250mLFe3 Al3 Ca2 Mg2 吸取25mL 于250mL锥形瓶中 H20稀释至50mL 4mL1 1三乙醇胺 1mL酒石酸钾钠 摇匀 5mLNH3 NH4Cl缓冲液 再摇匀 K B指示剂 Ca Ind 酒红色 Mg Ind 红色 Fe3 Al3 无色的三乙醇胺配离子 等 以0 015mol L 1EDTA 滴定至纯蓝 Hind2 纯蓝色 CaY2 无色 MgY2 无色 Fe3 Al3 无色的三乙醇胺配离子 Ca