Al2O3含量的测定.doc

硅酸盐水泥中Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO含量的测定
摘要 硅酸是一种很弱的无机酸，在水溶液中绝大部分以溶胶状态存在在用浓酸和加热蒸干等方法处理后，能使绝大部分硅酸水溶胶脱水成水凝胶析出，因此可以利用沉淀分离的方法把硅酸与水泥中的铁、铝、钙、镁等其他组分分开重量法测定 SiO2 的含量，Fe2O3 、Al2O3 、CaO和 MgO的含量以EDTA配位滴定法测定
关键字：SiO2、 Fe2O3 、Al2O3 、CaO和 MgO、EDTA
1.前言：
硅酸盐水泥中Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO含量的测定
水泥熟料中碱性氧化物占60%以上，因此易为酸所分解。反应方程式如下
2 CaO·SiO2+4HCl 2CaCl2+H2SiO3+H2O
3CaO·SiO2+6HCl 3CaCl2+ H2SiO3+2 H2O
3CaO·Al2O3+12HCl 3CaCl2+2AlCl3+6 H2O
4CaO·Al2O3·Fe2O3+20HCl
4CaCl2+2AlCl3+4FeCl3+10 H2O
方案：
2.材料与方法
2.1试剂
1、0.02mol/L EDTA标准溶液
2、钙指示剂（NN）
3、NH3H2O—NH4Cl缓冲溶液（PH=10）
4、三乙醇胺1﹕2）；
5、盐酸溶液（1﹕1）
6、硝酸：比重1.42。
7溴甲芬绿
8、0.02mol/L CuSO4标准溶液
9、氨水（1﹕1）
10、0.2%PAN指示剂
11、HAc—NaAc缓冲溶液（PH=4.2）
12、20%KOH溶液
13、0.01mol\LHCl

14、10%磺基水杨酸钠指示剂溶液。
15、NH4Cl固体
2.2实验原理
由于铁、铝与都能与EDTA形成稳定的络合物，而且生成的络合物稳定常数相差很大（lgK FeY=25.13，lgK AlY=16.17），因此可以利用控制溶液的酸度的不同在同一溶液中进行连续滴定来分别测定铁、铝的含量。
221、Fe2O3的测定原理
控制酸度为PH=2～2.5以前，先加入数滴浓硝酸，以氧化Fe2+。因为Fe3+与EDTA络合反应缓慢，故需加热至60～70℃后进行滴定，以磺基水杨酸钠为指示剂，终点时，溶液由紫红色变为亮黄色。
Fe3+ + SSal2- = 〔Fe（SSal）〕-
（无色） （紫红色）
〔Fe（SSal）〕+ + EDTA = Fe-EDTA + SSal2-
（紫红色） （亮黄色）
2.22Al2O3的测定原理
在滴定Fe3+之后的同一溶液中进行Al2O3的测定，由于Al3+与EDTA络合速度很慢，故不能直接滴定加入过量的EDTA，PH在2～3，加热至60～70℃左右，此时络合反应较快，Al3+大部分与EDTA络合，此时钛也定量络合，调PH=4.2左右，加热煮沸1～2分钟，此时Al3+全部与EDTA定量络合，取下稍冷至90℃左右，以PAN为指示剂，以硫酸铜标准溶液滴定过量的EDTA至紫红色不变为止。
加EDTA
Al3+ + EDTA = Al-EDTA
CuSO4滴定
EDTA + Cu2+ = Cu- EDTA
（过量部分） （绿色）
终点时
Cu2+ + PAN = Cu-PAN
（黄色） （紫红色）
由于PAN及 Cu-PAN络合物都不易溶于水，为增大其溶解度在加热条件下滴定，一般80～90℃终点较明显。
采用回滴法时，因PH=2～3，温度在60～70℃时，Al3+ 、Ti4+都能与EDTA络合，所以测定结果是铝、钛滴合量，严格测定时应同时测定TiO2的含量，用差减法算出Al2O3的含量（此法适用于氧化锰含量在0.5%以下的样品）。
2.23、CaO测定原理：
用EDTA络合滴定Ca2+时，溶液中Fe3+、Al3+和Mg2+等离子也能和EDTA发生络合反应，因此必须排除这些离子的干扰。
加入三乙醇胺（1﹕2）掩蔽Fe3+、Al3+。用三乙醇胺与Fe3+和Al3+分别生成稳定的络合物而不与EDTA络合。
加入定量KOH（20%）使PH﹥12.5，此时Mg2+生成Mg（OH）2白色沉淀。
滴定钙，可用钙指示剂（NN），在PH=12～13时其呈兰色,它能与Ca2+络合生成酒红色Ca – NN络合物：
NN + Ca2+ = Ca - NN
（纯兰色） （酒红色）
用EDTA滴定，EDTA会与Ca2+络合，生成无色络合物：
Ca + Y = CaY
（无色）
过量1滴EDTA会夺取Ca – NN中的Ca2+，使NN游离出来：
EDTA + Ca – NN = CaY + NN
（酒红色） （纯兰色）
溶液由酒红色变为纯兰色，即为终点。
2.24、MgO的测定原理
在PH=10时，Ca2+与Mg2+同时与EDTA以1﹕1定量络合，因此，消耗的EDTA体积为Ca、Mg总量，从总体积中减去上面测CaO所消耗的EDTA体积，即为MgO消耗的EDTA体积，可求得MgO含量。
加入酒石酸钾钠与三乙醇胺联合掩蔽铁、铝，效果较好。
滴定时，用酸性络兰K—萘酚绿B（简称KB）指示剂。反应过程如下：
加入指示剂KB与Ca2+ 、Mg2+形成紫红色络合物：
Ca2+（Mg2+）+ KB = Ca（Mg）- KB
（紫红色）用EDTA滴定时：
Ca2+（Mg2+）+ Y = Ca（Mg）Y
过量1滴EDTA，会夺取Ca（Mg）- KB中的Ca2+ 、Mg2+，使
KB游离出来：
Ca（Mg）- KB+ Y= Ca（Mg）Y+ KB
（紫红色） （兰绿色）
溶液由紫红色变为兰绿色为终点。
实验报告：

2.3实验步骤
2.3.1、[1]Fe2O3和Al2O3含量的测定：
试样—2g
CaO·SiO2、 MgO· SiO2、CaO·Al2O3、
CaO· Al2O3· Fe2O3
SiO2·nH2O
SiO2·nH2O 水溶胶
Fe3+(黄色)、Al3+(无色)、Ca2+(无色)、Mg2+(无色)等

+8g固体NH4Cl
+12mL浓HCl 沙浴上蒸干
+4滴浓HNO3

溶液Ⅰ
含Fe、Al、Ca、Mg等元素

+热水40mL溶解 连同沉淀转移到500mL容量瓶
定容，放置1~2h,虹吸管取溶液

溶液Ⅰ25mL于250mL锥形瓶 Fe3+、Al3+、
Ca2+、Mg2+。

+10滴磺基水杨酸 用EDTA标准溶液滴定
+10mLPH=2的缓冲溶液 酒红色变无色
（70℃） （60℃）

Fe2O3的含量
平行标定3次
记下EDTA体积

滴定铁含量后的溶液

+1滴溴甲酚绿 +15mL过量的EDTA标液
用氨水（1：1）调至黄绿色 加热煮沸1 min
Al2O3的含量
+10mL PH=3.5的缓冲溶液 用CuSO4标准溶液滴定 平行标定3次
+4滴PAN指示剂 至茶红色为终点 记下CuSO4体积

2.3.2、[2]CaO和MgO含量的测定：
溶液Ⅰ100mL于200mL烧杯 Fe3+、Al3+、
Ca2+、Mg2+。

+氨水（1：1）至红棕色↓ +2mol/LHCl至沉淀溶解 +20mL尿素溶液
加热20 min
溶液Ⅱ
含Ca、Mg元素

搅拌，Fe3+、Al3+完全沉淀 冷却转移至250mL容量瓶
热过滤，滤液无Cl- 定容，摇匀

溶液Ⅱ25mL于250mL锥形瓶Ca2+、Mg2+

+10mL PH=12.6
+2mLGBHA指示剂 +200g/LNaOH至微红色 的缓冲溶液
+20mL水

CaO的含量
平行标定3次
记下EDTA体积
用EDTA标准溶液滴定
滴定钙含量后的溶液
红色变亮黄色
+2mol/LHCl至黄色褪去

MgO的含量
+15mLPH=10的氨缓冲溶液 用EDTA标准溶液滴定 平行标定3次
+0.1g铬黑T指示剂 红色变纯蓝色 记下EDTA体积

3.数据处理

3.1.三氧化铁的百分含量计算如下
0.5*（CV1）EDTA*MFe2O3*20
ms
s

WFe2O3=————————————

3.2.三氧化二铝的百分含量计算如下：
0.5*[(CV2)EDTA-(CV )CuSO4]*MAl2O3*20
ms

WAl2O3=

3.3、CaO的百分含量计算测定
(CV3)EDTA*MCaO*20
ms

WCaO=

3.4.MgO的百分含量计算测定
(CV4)EDTA*MMgO*20
ms

WMgO=

3.5.三氧化铁的百分含量数据：

次数 数
数
数据

项目
1

1

2

3
VEDTA标准溶液
1.90ml
1.92
1.90
WFe2O3)
3.040%
3.072%
3.040%
WFe2O3 (平均)

3..051%

dr WFe2O3
0.011%
0.021%
0.011%
SrW Fe2O3

0.5%

3.6.三氧化二铝的百分含量计算数据：

次数 数
数
数据

项目
1

1

2

3
VCUSO4标准溶液
9.90
9.80
980
WAl2O3
5.202%
5.304%
5.304%
WAl2O3 (平均)

5.270%

dr WAl2O3
0.068%
0.034%
0.034%
Sr WAl2O3

0.8%

3.7、CaO的百分含量计算数据

次数 数
数
数据

项目
1

1

2

3
VEDTA标准溶液
53.20
53.10
53.20
WCaO
59.58%
59.47%
59.58%
W CaO (平均)

59.54%

dr W CaO
0.0400%
0.0700%

0.0400%
Sr W CaO

0.1%

3.8、MgO的百分含量计算数据

次数 数
数
数据

项目
1

1

2

3
VEDTA标准溶液
5.20
5.15
5.22
WMgO
4.160%
4.120%
4.176%
WMgO (平均)

4.152%

dr WMgO
0.008%
0.032%
0.024%
Sr WMgO

0.5%

4、注意事项：
4．1 测CaO的注意事项：
4．1．1 滴定钙时溶液中应避免引入酒石酸，因酒石酸与镁微
弱络合后抑制氢氧化镁的沉淀，少量未形成氢氧化镁沉淀的镁离

4．1．2 当PH调至大于12.5后，应迅速滴定，以免溶液表面
的Ca2+吸收空气中CO2形成非水溶性的碳酸钙，引起结果偏低。
4．2 测MgO的注意事项：
4．2．1 滴定时溶液的PH应近似于10，PH低则指示剂变色不
太明显，PH高（如PH大于11）则形成氢氧化镁沉淀，使镁的分
析结果偏低。
4．2．2 滴定接近终点时，要慢滴快搅拌，以免滴过量。
5 问题与讨论
5.1测铁时，为什么说PH=1.8～2.5较合适？
答：滴定时应严格掌握PH，测铁时，PH﹤1.5结果偏低，PH﹥3

时，Fe3+开始出现棕红色水合物，往往滴定无终点，因此，PH=1.8～2.5较合适。
5.2测铝时，为什么60～70℃滴定，能得到良好的终点？
答：滴定温度大于75℃时，由于Al3+被滴定结果易偏高，滴定温度小于50℃时，则反应缓慢，在60～70℃滴定时，能得到良好的终点。
5.3. 铜盐回滴法测铝时，为什么说一般加EDTA过量15ml左右为宜？
一般加EDTA过量10ml左右为宜，过量多，由于Cu- EDTA络合物呈绿色，对滴定终点时生成的红色有一定的影响，使终点为兰紫色甚至兰色；过量少时，终点基本是红色，所以EDTA过量适当才能得到敏锐好看的紫红色终点。
6实验结论：
6.1在测铁时，我觉得可以用稀释原容液的方法，采用分光光度法测量，可能会更加精确；
6.2因为水泥中还有微量的钛，所以用硫酸铜返滴定的是铝和钛的总量，最好用分光光度法测量钛的含量，再求出精确的铝含量。

参考文献:
[1]范文琴，王炜主编 基础化学实验 (无机与分析) 中国铁道出版
社P234~238
[2]华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学，北京师范大学编，
分析化学 高等教育出版社P336~338

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