水泥化学分析基本知识

水泥化学分析基本知识

简述了重量分析及容量分析中的几种方法，介绍了溶液浓度的表示方法、化学分析中的有关计算、化学试剂的规格和保管以及玻璃量器的校准方法

1 重量分析法

重量分析法是用适当的方法将试样中的被测组分与其他组分分离。分离的方法有下面两种。

1）沉淀法：这种方法是使待测组分生成难溶化合物沉淀下来，然后测定沉淀的质量，再换算出待测组分的含量。如：测定试验溶液中S042—的含量时，在试验溶液中加入过量的BaC12溶液，使S042—完全生成难溶的BaSO4沉淀，经过滤、洗涤、干燥后，称BaSO4的质量，从而计算出试验溶液中S042—（或试样重SO3）的含量。

2）气化法：这种方法适合于挥发性组分的测定。一般是采用加热的方法将被测组分转化成挥发性物质逸出，然后根据试样减少的质量来计算出被测组分的含量。例如，测定水泥及原料的烧失量，二水石膏中结晶水的含量，原燃料的吸附水，煤的挥发份等。

重量分析中全部数据都是用分析天平称量得来的，不存在基准物质和容量器皿引入的误差，分析结果比较准确。重量分析法的不足之处是操作繁琐，时间较长，不适合生产控制。

1.1 重量分析对沉淀的要求

在重量分析中，沉淀是经过干燥或灼烧后称量的，在干燥或灼烧过程中，可能已经发生了化学变化，因而称量的物质可能已不是原来的沉淀。如，硫酸钡重量法测定三氧化硫时，沉淀形式和称量形式都是BaSO4；草酸钙重量法测定钙时，沉淀形式是CaC2O4.H2O，而称量形式则是CaO。

1.1.1 对沉淀形式的要求

1）沉淀的溶解度要小，以保证沉淀完全。在测定S042—的含量时，要用BaC12作沉淀剂，而不能用CaC12作沉淀剂，因为BaSO4的溶解度小（Ksp=0.87×10—10）, CaSO4的溶解度大（Ksp=2.45×10—5）。

2）沉淀要纯净，易于过滤和洗涤，减少杂质的吸附。颗粒较大的晶形沉淀一般能满足这一要求，颗粒较小的晶形沉淀如BaSO4吸附杂质的机会较多，因此，必须选择适当的条件，使细小的BaSO4颗粒长大，以减少杂质的吸附。

1.1.2 对称量形式的要求

1）组成必须与化学式完全相符，这是对称量形式的基本要求，否则分析结果就无法按化学式进行计算。

2）称量形式要稳定，不易吸收空气中的水分和二氧化碳，在干燥和灼烧过程中不易分解。

3）称量形式的摩尔质量要相当大，可以减少称量的相对误差。

1.1.3 对沉淀剂的要求

1）沉淀剂最好有挥发性。过量的沉淀剂可以在干燥或灼烧的过程中能够自然除去，不影响称量的准确性。

2）沉淀剂应具有选择性，只与被测离子产生沉淀，不与其他组分作用，这样可以省去分离干扰物质的步骤。

3）沉淀本身应具有较大的的溶解度，这样可以减少沉淀对沉淀剂的吸附。如，硫酸钡重量法测S042—时，采用BaC12作沉淀剂，而不用Ba(NO3)2，就是这个原因，因为BaC12的溶解度大于Ba(NO3)2的溶解度，同时BaSO4沉淀吸附Ba(NO3)2的程度比较严重。

1.2 晶形沉淀生成的条件

1）沉淀要在适当稀的溶液中进行。试样溶液和沉淀剂溶液都必须是稀的，这样沉淀过程中溶液的相对过饱和度不大，晶核的形成速度较慢，易形成较大的晶体颗粒。

2）沉淀要在热溶液中形成。在热溶液中，一般沉淀的溶解度较大，可以降低溶液的相对过饱和度，又可以减少杂质的吸附，还可以防止生成胶体颗粒。

3）应在不断搅拌下慢慢的加入沉淀剂。这样可以防止沉淀剂的局部过浓，有利于大晶体颗粒的形成。

4）沉淀要进行陈化处理。将沉淀连同溶液在温热处放置称为“陈化”，小颗粒不断溶解，大颗粒不断长大，有利于沉淀的过滤和洗涤。陈化的作用能使沉淀变的更加纯净，因为在陈化过程中，小晶体吸附和包藏的杂质被排除在溶液中，大晶体沉淀的总表面积小，吸附的杂质数量也就小。

2 容量分析法

2.1 概述

容量分析法就是用滴定管将已知准确浓度的试剂溶液（标准滴定溶液）滴加到被测物质的溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系恰好反应完全为止，然后根据标准滴定溶液的浓度和消耗的体积计算出被测组分的含量。滴加标准滴定溶液的过程称为“滴定”。标准滴定溶液与被测物质恰好反应完全的点成为“化学计量点”。在化学计量点时，没有易为人察觉的外部特征，通常借助指示剂的颜色变化来判断化学计量点的到达，我们把指示剂的变色点称为“滴定终点”。由于指示剂的变色点和化学计量点不一定恰好符合，我们把“滴定终点”和“化学计量点”不一致而引起的误差称为“滴定误差”。

2.1.1 容量分析法分类

根据化学反应的类型不同可分为以下四种。

1）酸碱滴定法：以质子（H3O+）传递反应为基础的滴定分析法称为滴定分析法。如，水泥生料碳酸钙滴定值的测定、熟料游离氧化钙的测定、氟硅酸钾容量法测二氧化硅、离子交换法测水泥的硫酸盐。其反应实质可用下式统一表示：H3O++

OH— → 2H2O

2)氧化还原滴定法：以氧化还原反应为基础的滴定分析法称为氧化还原滴定法。如，高锰酸钾测定Fe2+离子的反应：MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ → Mn2+ 5Fe3+ + 4H2O

3）配位滴定法：以生成配合物（配离子）的配位反应为基础的滴定分析法称为配位滴定法。

如，常用EDTA滴定金属离子，其反应式为：Mn+ + Y4— → MY(4-n)—

式中：Mn+表示1—4价的金属离子，Y4-表示EDTA的阴离子。

4）沉淀滴定法：利用生成沉淀的反应进行滴定的方法称为沉淀滴定法。如，银量法测定氯离子，其反应式为：Ag+ + C1— → AgC1↓（白色）

2.1.2 容量分析中滴定反应应具备的条件

化学反应很多，适用于滴定分析的化学反应必须具备以下条件：

1）反应必须定量完成。即反应必须按一定的反应式进行，无副反应发生，而且进行完全。

2）反应速度要快。滴定反应尽可能瞬间完成。对于速度慢的反应应通过加热、改变溶液酸度、或改变滴定程序来加快反应速度。

3）要有确定滴定终点的简便方法。如，采用指示剂或物理化学的方法来确定滴定终点。

2.1.3 容量分析法的滴定方式

1）直接滴定法

用标准滴定溶液直接滴定被测物质的方式称为直接滴定法。如，用EDTA标准滴定溶液直接滴定Ca2+，重铬酸钾标准滴定溶液直接滴定Fe2+ 。

符合滴定反应条件的都可以采用直接滴定法，当反应不完全符合要求，无法直接滴定的，可采用下面的滴定方式。

2）返滴定法（回滴定法）

先使被测物质与过量的标准滴定溶液A作用，反应完全后，再用另一种标准滴定溶液B滴定剩余的标准滴定溶液A，根据标准滴定溶液A的实际消耗量计算被测物质的含量。

返滴定法适用于反应速度较慢、或被测物质是固体、或没有合适的指示剂。如，用EDTA配位滴定法测水泥中的三氧化二铝时，由于A13+与EDTA的反应速度较慢，常采用返滴定法，先加入过量的EDTA标准滴定溶液，加热，使A13+与EDTA反应完全，再以PAN为指示剂，用硫酸铜标准滴定溶液返滴定剩余的EDTA 。

3）置换滴定法（取代滴定法）

对于不按确定反应式进行的反应（或有副反应发生），可以不直接滴定被测物质，而是先用适当的试剂与被测物质作用，使其置换出另一种生成物，再用标准滴定溶液滴定此生成物，这种滴定方法称为置换滴定法。如，用EDTA配位滴定水泥中的二氧化钛时，A13+干扰测定，可先加入过量的EDTA，使EDTA与A13+及TiO2+完全配位，用硫酸铜滴定剩余的EDTA（不计数），然后加入苦杏仁酸，使其与TiO2+—EDTA配合物中的TiO2+离子定量反应，置换出与TiO2+等摩尔的EDTA，最后用硫酸铜滴定置换出的EDTA。

4）间接滴定法

有时被测物质不能直接与标准滴定溶液反应，却能通过另外的化学反应，生成可以与标准滴定溶液直接作用的另一种物质，这种用标准滴定溶液滴定另一种物质的方式成为间接滴定法。如，水泥中的二氧化硅可采用间接滴定法，先使硅酸根离子在强酸性溶液中与过量的氟离子和钾离子作用，生成了氟硅酸钾沉淀，然后将不含游离酸的氟硅酸钾沉淀在热水中进行水解，生成氢氟酸，即可用氢氧化钠标准滴定溶液进行滴定，间接计算出试样重二氧化硅的含量。

3 溶液浓度的表示方法

化学分析中所用的溶液可分类如下：

1）一般溶液：是指对浓度要求不严的溶液。如，调节PH用的酸或碱溶液、掩蔽剂及指示剂溶液、缓冲溶液等。

2）标准滴定溶液：确定了准确浓度的、用于滴定分析的溶液。如，氢氧化钠标准滴定溶液、EDTA标准滴定溶液。

3）基准溶液：用基准物质制备的或用多种方法标定过的用于标定其它溶液的溶液。

4）标准溶液：由纯度较高的试剂制备并准确知道某种元素、离子、化合物或基团浓度的溶液。如，离子电极法测定氟时所用的氟标准溶液，火焰光度分析所用的氧化钾和氧化钠标准溶液。

5）标准比对溶液：已准确知道或已规定有关特征（如色度、浊度）的溶液，用来评价与该特征有关的溶液。如，分光光度法测铁时所用的铁系列标准比色溶液。标准比对溶液可用标准滴定溶液、基准溶液、或标准溶液或具有所需其它特征的其它溶液配制。

3.1 比例浓度（体积比浓度）

比例浓度（V1+V2）是指以液体溶质体积V1与溶剂体积V2相混合得到的溶液浓度。常用于由浓溶液配制成稀溶液。如，盐酸（1+5）即表示1体积的市售浓盐酸与5体积的蒸馏水混合而成。

3.2 百分浓度

百分浓度是指将溶液按体积或质量分成100等份，用其中溶质所占份数所表示的一种浓度，用百分数（%）表示。通常有下列两种表示方法。

1）体积百分浓度

以溶质（液体）在溶液中所占的体积百分数所表示的浓度。如，乙醇溶液[95%(V/V)]即表示100ml这种溶液中含乙醇95ml。

2）质量百分浓度

以溶质在溶液中所占的质量百分数所表示的浓度。如，市售的浓盐酸其浓度为37%（m/m），即表示100g这种溶液中含氯化氢37g。市售的浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸、浓氨水等常用此浓度表示，便于化工厂的计量，但不便于化学分析中使用，常将其换算成物质的量浓度。

3.3 质量浓度

以单位体积溶液中所含溶质的质量所表示的浓度。常用g/L或mg/ml表示。如，氢氧化钾（200g/L），表示1L这种溶液中含固体氢氧化钾200g。

3.4 物质的量浓度

物质B的物质的量浓度定义为：物质B的物质的量除以混合物的体积，简称浓度。

CB=nB/V

式中：CB—物质B的物质的量浓度，mol/L；

nB—物质B的物质的量，mol；

V—混合物的体积，L。

物质的量与质量之间的关系为：nB = mB/ MB

式中：MB—物质B的摩尔质量，mol/L；