Классификация методов исследования строительных материалов

Наименование метода исследования	Аналитический сигнал	Приборы, оборудование	Использование для изучения состава и свойств строительных материалов
1	2	3	4
Химические методы
Гравиметрический	масса	весы	химический состав сырья и материалов, содержание свободной и связанной воды
Титриметрический	объём раствора	бюретка	химический состав сырья и материалов
Газоволюмометрический	объём газовой фазы	газометр	содержание карбонатов
Физико-химические методы
Спектроскопические
Методы атомной спектроскопии (возбуждение валентных электронов)
Атомно-эмиссионная спектроскопия	характеристический спектр излучения	спектрограф, спектрометр	химический состав сырья и материалов
Атомно-абсорбционная спектроскопия	характеристический спектр поглощения	спектро- фотометр, фото- колориметр	химический состав сырья и материалов
Методы рентгеновской спектроскопии (возбуждение электронов внутренних оболочек)
Рентгенофлуоресцентная спектроскопия	интенсивность вторичного рентгеновского излучения	рентгеновский анализатор, рентгено- флуоресцентый спектрометр	химический состав минералов, фазовый состав материалов
Рентгеновская дифракция	дифракция рассеянного рентгеновского излучения	дифрактометр	установление кристаллической структуры
Методы оптической молекулярной спектроскопии
Инфракрасная спектроскопия	интенсивность светового потока	ИК-спектрометр	Структура, межмолекулярное взаимодействие, степень кристалличности и полимеризации
Масс- спектроскопия	поток разделенных ионов	масс- спектрометры	исследование состава и структуры поверхности

Окончание табл.1

1	2	3	4
Термоаналитические
Термический анализ	температура	калориметр	энергетические эффекты физических, физико- химических и химических превращений и их дифференциация, процессы кристаллизации, идентификация фаз, энергия активации, константа скорости гетерогенных процессов, летучесть веществ, теплота смачивания
Дифференциально- термический анализ (ДТА)	разность температур	дериватограф
Термограви- метрический анализ (ТГА)	скорость изменения массы	дериватограф
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)	зависимость теплового потока от температуры	дифференциальный сканирующий калориметр и ТГ приставка
Электрохимические
Потенциометрия	электродный потенциал	иономер	определение рН водных вытяжек, анализ фосфатов
Кондуктометрия	электро- проводимость	мегомметр, электрометр	электропроводимость, объёмное и поверхностное сопротивление
Электронномикроскопические
Просвечивающая электронная микроскопия	плотность электронного пучка первичных электронов	просвечивающий электронный микроскоп	тонкая структура материалов
Сканирующая электронная микроскопия	плотность электронного пучка вторичных электронов	сканирующийэлектронный микроскоп	тонкая структура поверхности материалов
Хроматографические
Газовая хроматография	электропроводность	газовый хроматограф	содержание летучих компонентов
	теплопроводность		элементарный анализ C, H, O
Жидкостная хроматография	интенсивность поглощения	жидкостный хроматограф	состав органических добавок
	электропроводность		неорганические ионы

Физико-химическими называют такие методы исследования, в которых химический процесс сопровождается физическим явлением: поглощением или испусканием света, выделением или поглощением теплоты, возникновением электродного потенциала и т.д.

Физико-химические методы обладают рядом особенностей и преимуществ:

∙ селективность, т.к. можно исследовать сложные смеси;

∙ высокая чувствительность;

∙ экспрессность (во многих случаях анализ проводится в очень короткие сроки);

∙ широкие возможности для автоматизации технологических процессов, т.к. аналитический сигнал поступает от прибора;

∙ возможность получить полную характеристику объекта исследования при использовании комплекса физико-химических методов.

Различают прямые и косвенные методы. В прямых методах данное свойство является критерием содержания вещества, т.е. изучаются соотношения между составом и свойствами. В косвенных методах ана­лиза определенное свойство служит указателем конца реакции и ис­пользуется для фиксирования этого момента.

Работа 1. АНАЛИЗ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

1.1. Цель работы

∙ Усвоить сущность гравиметрических и титриметрических исследований и практически ознакомиться с техникой их проведения.

∙ Провести компьютерную обработку результатов эксперимента.

∙ Установить вид и сорт извести.

1.2. Подготовка к работе

УСВОИТЬ ОСНОВНЫЕ ТЕРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Химические методы исследования используются для установления качественного и количественного состава сырьевых смесей в производстве строительных материалов, а также готовой продукции. Для установления качественного химического состава того или иного вещества необходимо определить, какие химические элементы, группы атомов, ионы или молекулы его образуют. В результате количественного анализа устанавливаются массовые или объемные доли компонентов.

Гравиметрический метод исследования основан на точном измерении массы определяемого вещества. Взвешивание производится на технохимических весах с погрешностью ± 0,01 г или на аналитических весах, где ошибка составляет ± 0,0002 г. Гравиметрия является простым и точным, хотя довольно длительным методом исследования. Например, в цементном производстве гравиметрическим методом анализируются сырьевые смеси, а также клинкер цемента, причем схемы анализа весьма сходны, т.к. соотношение в них оксидов кремния, алюминия, железа, кальция, магния колеблется в сравнительно узких пределах.

Гравиметрические методы подразделяются на методы отгонки и осаждения. В методах отгонки часть анализируемого вещества удаляется в виде летучего компонента, а в методе осаждения ─ в виде малорастворимого осадка.

Методом отгонки можно проанализировать содержание свободной и связанной воды в исследуемом образце. Основные операции при определении влажности строительного материала представлены на рис. 1. Кристаллизационная или химически связанная вода может быть определена по сходной методике путём нагревания анализируемой пробы до более высокой температуры. Например, для установления массовой доли связанной воды в строительной извести пробу в тигле прокаливают в муфельной печи при температуре 520 ± 10 ⁰С.

Рис. 1. Схема операций при определении влажности материала

Пример 1. Установление массовой доли свободной и связанной воды

Проба глины массой 1,1283 г после высушивания при 105 ⁰С уменьшилась в массе на 0,2724 г. Другая проба той же глины массой 1,0032 г после прокаливания при 520 ⁰С имеет массу 0,5851 г.

Вычислите в глине массовую долю гигроскопической влаги (свободной воды) и массовую долю связанной воды в пересчете на сухое вещество.

Решение. Свободная (несвязанная) вода испаряется при 105 ⁰С, поэтому массовая доля гигроскопической влаги составляет

.

При 520 ⁰С из пробы удаляется свободная и связанная вода, их масса составляет

1,0032 г – 0,5851 г = 0,4181 г.

На долю свободной воды приходится

,

масса связанной воды равна разности

.

Масса сухого вещества составляет 1,0032 г – 0,2419 г = 0,7901г, а массовая доля связанной воды в пересчете на сухое вещество

.

Упражнение 1. Проба глины массой 1,0321 г после высушивания (105⁰С) имеет массу 0,9837 г. После прокаливания (520⁰С) навески той же глины массой 1,1562 г она уменьшилась на 0,2724 г. Вычислите в глине массовую долю гигроскопической влаги и связанной воды в пересчете на сухое вещество. Ответ: 4,68 %; 19,80 %.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Титриметрический метод исследования (рис. 2) состоит в точном измере­нии объемов растворов двух веществ, вступающих между собой в реак­цию.

Рис. 2. Классификация титриметрических методов исследования и примеры

использования их для изучения свойств строительных материалов

К измеренному пипеткой объему исследуемого раствора из бюретки по каплям приливается раствор реактива, концентра­ция которого точно известна. Такой раствор называется рабочим. Титрование ведется до точки эквивалентности, когда количества реагирующих веществ станут эквивалентны

.

Точка эквивалентности может фиксироваться как с помощью индикаторов, так и инструментальным методом, т.е. с помощью соответствующих проборов.

В основе метода нейтрализации лежит реакция

Н⁺ + ОН^─ → Н₂О.

В момент окончания титрования число эквивалентов кислоты равно числу эквивалентов щёлочи

(1)

где ν ─ количество вещества, моль;

с ─ концентрация раствора, моль/л (моль/дм³);

V ─ объём раствора, л (дм³).

Точка эквивалентности фиксируется с помощью кислотно-основных индикаторов, например фенолфталеина, метилоранжа, окраска которых зависит от рН среды.

Пример 2. Определение содержания компонента в сырьевой смеси

К навеске известняка массой 1,0383 г прилито 15 см³ раствора соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 2,0380 моль/дм³. После окончания реакции смесь оттитрована раствором щелочи с молярной концентрацией эквивалента 0,100 моль/дм³, на титрование до точки эквивалентности израсходовано 10,9 см³ NaOH.

Вычислите массовую долю СаСО₃ в известняке.

Решение. Взаимодействие карбонатной составляющей известняка с соляной кислотой идет по уравнению

СаСО₃ + 2НСl → СаСl₂ + Н₂О + СО₂.

Масса соляной кислоты, взятой для реакции, определяется в соответствии со способом выражения концентрации раствора через молярную концентрацию эквивалента с_Э:

(2)

где m─ масса растворённого вещества, г;

М_Э ─ молярная масса эквивалента растворённого вещества, г/дм³;

V ─ объём раствора, дм³.

m(HCl) = 2,0380 моль/дм³ · 0,015 дм³ · 36,5 г/моль = 1,1158 г.

Число эквивалентов щелочи, вступившей в реакцию с непрореагировавшей кислотой, равно числу эквивалентов кислоты, что составляет

_Э (NaOH) = _Э (HCl) = с_Э (NaOH) · V (NaOH) = 0,1000 моль/дм³· 0,0109 дм³ = 0,00109 моль.

Масса, оставшейся в избытке кислоты, равна

m (HCl) = _Э (HCl) · M_Э (HCl) = 0,00109 моль · 36,5 г/моль = 0,0398 г.

Следовательно, в реакцию с известняком вступило кислоты 1,1158 г – 0,0398 г = 0,7178 г.

Масса прореагировавшего СаСО₃ находится из пропорции (в соответствии с уравнением реакции)

Массовая доля СаСО₃ в известняке

Упражнение 2. навеска извести массой 1,1283 г растворена в 15 см³ соляной кислоты, имеющей молярную концентрацию эквивалента 1,9548 моль/дм³.

Остаток непрореагировавшей кислоты оттитрован раствором щелочи с молярной концентрацией эквивалента 0,1000 моль/л. На титрование до точки эквивалента израсходовано 7,5 см³ щелочи.

Вычислите массовую долю СаСО₃ в известняке.

Ответ: 96,7%.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рабочим раствором в комплексонометрическом методе служит комплексон III ─ двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, формулу которой сокращённо можно представить как Na₂[H₂Y]. Данный реагент, имеющий товарное название «Трилон Б», с ионами многих металлов образует внутрикомплексные соединения Na₂[МеY]. Для определения отдельных металлов в смеси используют специфические метллиндикаторы.

Одним из таких индикаторов является эриохром чёрный –Т (ЭХЧ-Т), представляющий собой монозамещённую соль слабой органической кислоты, которая диссоциирует в три ступени. Равновесие диссоциации двух последних ступеней устанавливается при определённых значениях рН

NaH₂Jnd → Na⁺ + H₂Jnd ^─ ─ оранжевый цвет

↑↓ рН = 6,3

Н⁺ + HJnd ^2─ ─ синий цвет

↑↓ рН = 11,5

Н⁺ + Jnd ^3─.

В слабощелочной среде (в пределах значений рН от 6,3 до 11,5) ЭХЧ-Т имеет синюю окраску. Ион кальция Са²⁺ (Mg²⁺) при рН = 6,3 ─ 11,5 образует с ЭХЧ-Т внутрикомплексное соединение винно-красного цвета [CaJnd]^─. В процессе титрования данный комплекс разрушается, а образуется более прочный комплекс металла с Трилоном Б с выделением окрашенного в синий цвет индикатора

[CaJnd]^─ + Na₂[H₂Y] ↔ Na₂[СаY] + HJnd ^2─ + Н⁺.

В точке эквивалентности винно-красная окраска раствора меняется на синюю.

В присутствии эриохрома чёрного-Т определяется суммарное содержание ионов Са²⁺ и Mg²⁺. Индикатор мурексид взаимодействует только с ионами кальция, а поэтому в его присутствии можно определить содержание в растворе соединений кальция. Титрование ведётся в сильнощелочной среде и окраска меняется от розовой до сиреневой.

Пример 3. Определение содержания кальциевой и магниевой составляющей

в извести

Проба извести массой 0,5124 г растворена в соляной кислоте и разбавлена водой в мерной колбе до 250 см³. На титрование 10 см³ исследуемого раствора в присутствии ЭХЧТ израсходовано 7,6 см³ трилона Б и в присутствии мурексида – 3,5 см³ трилона Б, имеющего молярную концентрацию эквивалента 0,1000 моль/дм³.

Вычислите массовую долю СаО и MgО в извести.

Решение. При титровании с мурексидом связываются ионы Са²⁺, поэтому молярная концентрация эквивалента приготовленного раствора по кальциевой составляющей вычисляется по формуле (1) С_Э (СаО) · V (СаО) = С_Э (ТрБ) · V(ТрБ),

где С_Э (СаО) , С_Э (ТрБ) – молярная концентрация эквивалента исследуемого раствора по

СаО и рабочего раствора трилона Б соответственно, моль/дм³;

V(СаО) ,V(ТрБ) – объём исследуемого и рабочего раствора соответственно, см³.

Масса СаО, содержащаяся в пробе извести, вычисляется по формуле (2):

m (СаО) = C_Э (СаО) ·V (СаО) · M_Э (СаО) = 0,0350 моль/дм³ · 0,25 дм³ · (56 г/моль:2) = 0,2450 г.

Массовая доля СаО в извести составляет

ω(СаО) = 100% = 47,8%.

Для связывания ионов Мg²⁺ расходуется (7,6см³–3,5см³)= 4,1см³ раствора трилона Б. По формуле (1) вычисляем молярную концентрацию эквивалента приготовленного раствора по магниевой составляющей:

По формуле (2) вычисляем массу MgO, содержащуюся в пробе извести:

m (МgО) = C_Э (МgО) · V (МgО) · M_Э (МgО) = 0,0410 моль/дм³  0,25 дм³  (40 г/моль : 2) = 0,2050 г.

Массовая доля MgO в извести составляет:

ω(MgО) = 100% = 40.0%.

При использовании титра рабочего раствора трилона Б по определяемому веществу СаО [Т (ТрБ/СаО)] масса СаО рассчитывается по формуле

m (СаО) = Т (ТрБ/СаО)  V(ТрБ)  К,

где соответствует массе СаО, реагирующей с 1 см³ раствора

три лона Б;

К – соответствует объёму раствора, в котором растворена вся проба, отнесенная к объёму раствора, взятого для титрования.

масса МgО рассчитывается по формуле

m (MgО) = Т (ТрБ/MgО)  V(ТрБ)  К

Упражнение 3. Проба извести массой 0,4982 г растворена в соляной кислоте и разбавлена водой в мерной колбе до 200 см³. На титрование 5 см³ исследуемого раствора в присутствии ЭХЧТ израсходовано 9,6 см³ трилона Б, в присутствии мурексида – 5,0 см³ трилона Б, имеющего молярную концентрацию эквивалента 0,0500 моль/л.

Напишите схемы процессов образования комплекса ЭХЧТ с Са²⁺ и процесса титрования этого комплекса трилоном Б. Вычислите массовую долю СаО и MgO в анализируемой извести.

Ответ: 56,2%; 36,9%.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы для подготовки к занятию

∙ Понятие о качественном и количественном анализе состава строительных материалов и сырья.

∙ Сущность гравиметрического анализа и его использование в изучении состава и свойств строительных материалов и сырья.

∙ Титриметрический анализ. Сущность кислотно-основного титрования и его применение для исследования строительных материалов.

∙ Способы выражения концентрации растворов: молярная концентрация, молярная концентра ция эквивалента, титр, титр рабочего раствора по определяемому веществу. Вычисление результатов определений в титриметрическом анализе.

∙ Комплексонометрия и её применение в исследовании строительных материалов. Комплексоны, металлиндикаторы, сущность комплексонометрического определения оксидов кальция и магния; условия проведения анализа.

Литература: [1 ─ 1.1, 2.1 ─ 2.3, 3.1 ─ 3.9; 2 ─ гл. 5, гл. 7, гл. 9]

1.3. Оборудование, химическая посуда, реактивы

Весы технохимические и аналитические, фотоэлектроколориметр, приспособление титровальное, муфельная печь, электроплитка, установка для газометрического анализа, термометр, барометр, персональный компьютер, принтер, эксикаторы, колбы, бюретки, стаканы, пипетки, тигли, бюксы.

Растворы: HCl, NaOH, Трилон Б, аммиачный буфер, сахароза, индикаторы. Известь для исследования.

1.4. Рабочее задание

Для проведения химического анализа используйте пробу извести, измельченную до полного прохождения через сито 0,08, помещенную в бюкс и хранящуюся в эксикаторе.

1.4.1. Определение содержания связанной воды

В известковых вяжущих вода в связанном состоянии находится в виде Са(ОН)₂, Mg(ОН)₂ (химически связанная вода), а при наличии неразложившихся глинистых частиц – в виде кристаллогидратов минералов глин.

На технохимических, а затем на аналитических весах взвесьте предварительно прокаленный, доведенный до постоянной массы и хранящийся в эксикаторе фарфоровый тигель. На технохимических весах взвесьте около 1 г высушенной при (105…110) ⁰С извести, перенесите её в тигель, определите массу тигля с навеской на аналитических весах и поместите тигель с известью в муфельную печь, нагретую до (520  10) ⁰С.

Вычислите массу навески m₀, г.

m₀ = m _{т. н.} – m _т. = = г,

где m _{т. н. –} масса тигля с навеской, г; m _т. – масса тигля, г.

Через один час тигель охладите в эксикаторе, взвесьте на аналитических весах и вычислите массовую долю связанной воды

ω(Н₂О_{свяанной.}) = ·100% = ——————————— · 100 % = %,

где m^/_{т. н..} – масса тигля с навеской после прокаливания, г.

1.4.2. Определение карбонатной составляющей

Содержащиеся в извести неразложившиеся карбонаты кальция и магния определяют газометрическим методом, который основан на измерении объёма выделившегося газа при воздействии на исследуемую известь соляной кислотой.

На технохимических, а затем на аналитических весах взвесьте на кальке около 0,2 г извести, которую затем высыпьте в одно из колен реакционного сосуда 1 (рис.3). Взвесьте кальку и определите массу навески извести – m_н., взятую для исследования. В другое колено реакционного сосуда осторожно налейте 2…3 мл раствора НСl и укрепите сосуд на отводной трубке 4.

Проверьте герметичность прибора, для чего поднимите на 5…7см бюретку 5 выше бюретки 2. Если в течение 1…2 мин уровень раствора в бюретке не меняется – система герметична.

Установите раствор в бюретках на одном уровне и запишите показания бюретки 2 – V₀. Наклоняя реакционный сосуд 1, вылейте кислоту на навеску извести и после окончания растворения извести вновь возьмите отсчет по бюретке 2 – v₁, установив раствор в бюретках на одном уровне.

Объём выделившегося углекислого газа в мл вычисляют как разность

V(СО₂) = V₁–V₀ = см³.

Пересчитайте объём СО₂ из см³ в м³: V(СО₂) = м³.

Напишите реакцию взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой

_____________________________________________________________________________

.

Объём углекислого газа пересчитайте в массу по уравнению Менделеева-Клапейрона

(3)

где Р- атмосферное давление, Па (1 мм рт.ст. = 133 Па);

Р^/ - давление водяных паров в бюретке с насыщенным раствором NaCl, равное:

20⁰С – 1756 Па; 21⁰С – 1880 Па; 22⁰С – 2006 Па; 23⁰С – 2171 Па.

V – объём углекислого газа, м³;

m – масса углекислого газа, г;

М – молярная масса углекислого газа, г/моль;

R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль·К;

Т – температура опыта, К.

Из формулы (3) следует:

———————————————— = г.

Массовую долю СО₂ вычислите по формуле

ω(СО₂) = ·100% = ——————————— · 100 % = %,

где m _н. – масса навески извести, взятая для исследования, г.

1.4.3. Определение содержания активного СаО

В состав извести кальций входит в виде различных соединений: оксид, гидроксид, карбонат. Чтобы установить содержание оксида кальция, проявляющего вяжущие свойства (активного СаО), известь подвергают тщательному перемешиванию с раствором сахарозы. При этом активный СаО переходит в растворимое соединение, которое может быть оттитровано кислотой. Однако титрование следует проводить быстро во избежание вступления в реакцию с кислотой неактивных соединений кальция.

Около 0,25 г извести взвесьте вначале на технохимических, а затем на аналитических весах и поместите навеску в коническую колбу на 500 см³, добавьте 50 см³ раствора сахарозы, несколько оплавленных стеклянных палочек и энергично взбалтывайте в течение 15 мин. В колбу добавьте 2…3 капли фенолфталеина и титруйте раствором HCl с молярной концентрацией эквивалента 1 моль/л.

Титрование производите быстро по каплям до первого исчезновения розовой окраски. Массовую долю активного оксида кальция вычислите по формуле

где V _HCl – объём соляной кислоты, пошедший на титрование, см³;

m _{извести} – навеска извести, г,

Т _{HCl / CaO} – титр HCl по определяемому веществу (СаО), г/см³ (пример 3):

1.4.4. Определение суммарного содержания оксидов кальция и магния

На технохимических весах взвесьте около 0,5 г извести и уточните массу навески на аналитических весах. Навеску поместите в стакан емкостью 200…250 см³, смочите водой и прибавьте 30 см³ раствора HCl. Стакан нагрейте в течение 8…10 мин до несильного кипения и после охлаждения содержимое стакана без потерь перенесите в мерную колбу на 250 см³, долейте дистиллированной водой до метки и тщательно перемешайте. При этом все соединения кальция и магния (оксиды, карбонаты, силикаты, ферриты и т.д.) переходят в раствор. Уравнения реакции запишите в рабочую тетрадь.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Подготовьте к работе фотоколориметр КФК-2 (приложение 1).

Вылейте из кюветы дистиллированную воду, отберите пипеткой 5 см³ исследуемого раствора, перенесите его в кювету, налейте в пробирку ~ 3 см³ аммонийной буферной смеси и прилейте её к анализируемому раствору. Небольшое количество индикатора эриохрома черного-Т (ЭХЧ-Т) внесите в кювету и поместите её в кюветное отделение КФК-2.

Запишите в табл.2 первоначальное значение оптической плотности (опыт №1) и начинайте титрование, приливая по 0,5 см³ рабочего раствора и каждый раз записывая значение оптической плотности. Вначале оптическая плотность увеличивается, а затем уменьшается. Титрование заканчивают в тот момент, когда после резкого падения оптическая плотность начинает изменяться очень медленно или остаётся постоянной (это происходит после добавления 7…8 см³ трилона Б).

Таблица 2

Титрование пробы извести в присутствии индикатора ЭХЧ-Т

Номер опыта	Объём трилона Б, см3	Оптическая плотность, D
1	0,0
2	0,5
3	1,0
4	1,5

окончание табл.2

Титрование пробы извести в присутствии индикатора ЭХЧ-Т

1.4.5. Определение содержания оксида кальция

Исследования проводятся аналогично пункту 1.4.4. на КФК-2 с использованием приспособления титровального ТПР-М.

В кювету внесите отмеренные пипеткой 5 см³ исследуемого раствора, добавьте около 3 см³ раствора NaOH, немного индикатора мурексида и проведите титрование аналогично пункту 1.4.4. Экспериментальные данные также запишите в табл.3.

Таблица 3

Титрование пробы извести в присутствии индикатора мурексида

Номер опыта	Объём трилона Б, см3	Оптическая плотность, D
1	0,0
2	0,5
3	1,0
4	1,5

1.4.6. Компьютерная обработка экспериментальных результатов

Подготовьте к работе принтер и запустите с рабочего стола Windows программу "Обработка результатов исследования". На экране появится Мастер обработки результатов; строго следуйте его указаниям.

Шаг 1. Выбор номера выполняемой лабораторной работы

Шаг 2. Ввод данных об исполнителях работы

Шаг 3. Титрование в присутствии индикатора ЭХЧ-Т

Шаг 4. Титрование в присутствии индикатора мурексида

Шаг 5. Проверка введенных данных

Шаг 6. Завершающий этап работы Мастера

После нажатия кнопки «Создать» и завершения работы Мастера на экране появится документ Microsoft Word с результатами выполнения программы. Для вывода полученного документа на печать в меню Microsoft Word выберите «Файл» → «Печать».

По завершении работы закройте документ (на запрос «Сохранить изменения ...» выберите «Нет»). Вложите полученные результаты в Рабочую тетрадь.

1.4.7. Определение содержания оксидов кальция и магния ручным титрованием

Отберите пипеткой 5 см³ анализируемого раствора извести, приготовленного по пункту 1.4.4, перенесите в колбу для титрования, добавьте ~3 см³ буферной смеси и индикатор ЭХЧТ. Оттитруйте содержимое колбы трилоном Б до перехода окраски от винно-красной к синей. Объём трилона Б, израсходованный до достижения точки эквивалентности, расходуется на суммарное связывание ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

Затем оттитруйте 5 см³ исследуемого раствора в присутствии 3см³ раствора NaOH и индикатора мурексида до перехода окраски от розовой к сиреневой. В данном случае эквивалентный объём трилона Б соответствует связыванию только ионов Са²⁺.

Титрование с ЭХЧТ (Са2+ + Mg2+)	Титрование с мурексидом (Са2+)
V1 Тр.Б =	V1 Тр.Б =
V2 Тр.Б =	V2 Тр.Б =
V3 Тр.Б =	V3 Тр.Б =
Vср. Тр.Б (Са2+ + Mg2+) =	Vср. Тр.Б (V/) =
V// = Vср. Тр.Б (Са2+ + Mg2+) ─ V/ =

1.4.8. Расчет массовой доли оксидов кальция и магния

Массу оксидов в навеске, взятой для исследования, рассчитайте по формулам

m(CaO) = · V^/(ТрБ) · 50 = ———————— = г; m(MgO) = · V^//(ТрБ) · 50 = ———————— = г;

где С_э(ТрБ) – молярная концентрация эквивалента раствора трилонаБ,

0,05 моль экв/дм³;

М_Э(СаО), М_Э(MgO) – молярная масса эквивалента оксида кальция

и оксида магния, г/моль экв;

V^/ - объём раствора трилона Б, расходуемый на связывание

только иона Са²⁺, см³;

V^// - объём раствора трилона Б, расходуемый на связывание только ионов Mg²⁺ (определяется по разности объёмов при титровании с ЭХЧТ и с мурексидом), см³;

50 – коэффициент, учитывающий, что из объёма 250 см³, где растворена проба, для анализа берется 5 см³.

Массовую долю оксидов кальция и магния рассчитайте по формулам

ω(СаО) = · 100% = ——— = %; ω(MgО) = 100% = ——— = %;

где m _{извести} – масса навески извести, взятая для исследования (пункт1.4.4), г.

1.4.9. Расчет массовой доли активного оксида магния

Если известь получена из сырья, содержащего небольшое количество глинистых частиц, то приближенно можно принять, что разность между содержанием общих и активных оксидов кальция и магния приходится на их неразложившиеся карбонаты и образовавшиеся гидратные соединения. Тогда приближенно можно оценить содержание активного оксида магния из соотношения

ω(СО₂)+ω(Н₂О_СВЯЗ.)=[ω(CaО_ОБЩ.)-ω(CaО_АКТ.)]–[ω(MgО_ОБЩ) -ω(MgО_АКТ)],

где ω(СО₂) - массовая доля СО₂, % (пункт 1.4.2.);

ω(Н₂О_{связанная.}) - массовая доля связанной воды, % (пункт 1.4.1.);

ω(CaО_общая) - массовая доля СаО, % (пункт 1.4.6. или 1.4.7.);

ω(CaО_{активная.}) - массовая доля активного СаО, % (пункт 1.4.3.);

ω(MgО_общая) - массовая доля МgО, % (пункт 1.4.6. или 1.4.7.).

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Результаты исследований оформите в виде итоговой таблицы.

Таблица 4

Химический состав извести

Метод исследования	Содержание компонентов, массовые доли, %
	Н2О связанная	СО2	СаО		MgO		Сумма SiO2, Al2O3, Fe2O3
			общий	активный	общий	активный
Гравиметрический
Газометрический
Титриметрический: а) сахаратный
б) комплексонометрический
Расчетный

Суммарное содержание оксидов кремния, алюминия и железа рассчитайте как оставшуюся долю до 100%.

Требования к воздушной извести определяются ГОСТ 9179-77. Известь строительная. Технические условия (табл.5).

Таблица 5

Требования к воздушной строительной извести

Наименование показателя	Норма для извести, массовая доля, %
	негашеной									гидратной
	кальциевой			мало- магнезиальной			Магнезиальной
	1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2
Активные СаО + MgO, не менее	90	80	70	85	75	65	85	75	65	67	60
Активный MgO, не более	5	5	5	20	20	20	40	40	40	-	-
СО2, не более	3	5	7	5	8	11	5	8	11	3	5
Непогасившиеся зерна, не более	7	11	14	10	15	20	10	15	20	-	-

1.5. ВЫВОДЫ

1. Укажите, какими методами исследования можно определить содержание в извести основных химических составляющих.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. На основании данных анализа (табл. 4 и табл. 5) определите вид и сорт извести.

_______________________________________________________________________