Koncentracija in gostota žveplove kisline. Odvisnost gostote koncentracije žveplove kisline v akumulator

Razredčimo in koncentrirane žveplove kisline - je tako pomembno, kemikalije, ki se proizvajajo v svetu več kot katerakoli druga snov. Gospodarska bogastvo države, je mogoče oceniti z vidika proizvedene v njem žveplove kisline.

Postopek disociacija

Žveplove kisline uporabimo v obliki vodnih raztopin različnih koncentracijah. Ona je podvržen disociira reakcijo v dveh stopnjah, ki proizvajajo ⁺ ioni H v raztopini.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

Žveplova kislina je močan in prva stopnja disociacije zgodi tako hitro, da praktično vse prvotne molekule razgradijo v H ⁺ -ions in HSO ₄ ^-1 -ions (hidrogensulfata) v raztopini. Nedavno delno zdrobijo nadalje sproščanje H ⁺ ionov drugo in izstop sulfatnim ionom _(SO4 ^-2) v raztopini. Vendar, hidrogensulfat, da šibko kislino, še vedno prevladuje v raztopini H ⁺ in _SO4 ^-2. Celotna disociacija se pojavi samo takrat, ko je gostota raztopine žveplove kisline blizu gostote vode, r. F pod visokim razredčenju.

Lastnosti žveplove kisline

To je posebno v tem smislu, da lahko deluje kot običajna kislino ali močan oksidant - odvisno od temperature in koncentracije. Hladno razredčeno raztopino žveplove kisline reagira z aktivno kovine, da dobimo sol (sulfat) in razvoj vodikovega plina. Na primer, da reakcijo med hladno, razredčeno H ₂ SO ₄ (pri čemer prevzame polno stopnja disociacije) in kovinskega cinka, kot sledi:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H _2.

Vroča koncentrirane žveplove kisline, katerih gostota je okoli 1,8 g / ^cm3, lahko deluje kot oksidant, reagiranje z materiali, ki so na splošno inerten na kisline, kot so na primer bakra. Med reakcijo se baker oksidira, kislina masa reduciramo raztopino tvorjen bakrovega sulfata (II) v vodi in plinasti žveplov dioksid (SO ₂₎ namesto vodika, ki bi pričakovano z reakcijo kisline s kovino.

Cu + 2H ₂ SO ₄ = CuSO ₄ + SO ₂ + 2H ₂ O.

Kot splošno izražene s koncentracijo raztopin

Pravzaprav, lahko koncentracija vsake raztopine, izražene na različne načine, vendar je najbolj razširjen koncentracija mas. To je prikazano število gramov topljenca v določenem mase ali volumna raztopine ali topilu (tipično 1000 g, 1000 ^cm3, 100 ^cm3 in 1 ^dm3). Namesto maso v gramih snovi lahko traja količino, izraženo v molih, - nato dobljeni z molsko koncentracijo 1000 g ali 1 dm ³ raztopine.

Če je molska koncentracija določi glede ne na količino raztopine, temveč le na topilo, se imenuje molalna koncentracija raztopine. Zanj je značilna neodvisnost temperature.

Pogosto koncentracija navedena masa v gramih na 100 gramov topila. Pomnožimo ta znesek za 100%, je pripravljen na masnega odstotka (na koncentracije). To pomeni, da je ta metoda najpogosteje uporabljena kot se uporablja v raztopino žveplove kisline.

Vsaka vrednost koncentracije raztopine, določen pri dani temperaturi, ustreza zelo specifično gostoto (npr gostote raztopine žveplove kisline). Zato včasih je označen s raztopine. Na primer, H ₂ SO ₄ raztopina, označen odstotek koncentracije 95,72%, gostoto 1.835 g / ^cm3 pri t = 20 ° C Kako določimo koncentracijo take raztopine, če je bilo dano samo žveplene kisline gostoto? Tabela takšni dopisovanje stalnica v nobeni učbenika splošnega ali analitični kemiji.

PRIMER koncentracija ponoven izračun

Naj gredo od enega načina izražanja v drugo koncentracijo raztopine. Denimo, da imamo H ₂ SO ₄ raztopina v vodi s 60% koncentraciji. Najprej smo opredeliti gostoto ustreznega žveplove kisline. Tabela vsebuje odstotkov (prvi stolpec) in ustrezen gostoto vodne raztopine H ₂ SO ₄ (četrti stolpec), je prikazan spodaj.

Določa želeno vrednost, ki je enaka 1.4987 g / ^cm3. Sedaj izračunamo molarnost raztopine. Za to je potrebno določiti maso H ₂ SO ₄ v 1 litru raztopine in ustrezno število molov kisline.

Zvezek, ki zasedajo 100 g raztopine:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Ker je v 66,7 ml 60% raztopine vsebuje 60 g kisline v 1 litru pa vsebuje:

(60 / 66,7) x 1000 = 899, 55 g.

žveplova kislina molsko maso enako 98. Zato je število molov vsebuje 899.55 g njenih gramov, da ne bo:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

Odvisnost gostote koncentracije žveplove kisline je prikazana na sl. spodaj.

Uporaba žveplove kisline

Uporablja se v različnih industrijah. Pri proizvodnji železa in jekla uporabljamo za čiščenje kovinske površine, preden je prekrita z drugo snovjo, ki sodeluje pri oblikovanju sintetična barvila kot tudi druge vrste kislin, kot klorovodikove in dušikove. Prav tako se uporablja pri proizvodnji farmacevtskih proizvodov, gnojila in eksplozive ter še vedno pomembna reagent v odstranitev nečistoč iz surove nafte v rafinerijah.

Ta kemikalija zelo uporabna v vsakdanjem življenju, in je lahko na voljo kot raztopina žveplove kisline, ki se uporablja v svinčeno-kislinskih (npr tistih, ki so v avtomobilih). Takšna kislina ima na splošno koncentracijo od okoli 30% do 35% H ₂ SO ₄ mas, preostanek - voda.

Za številne aplikacije potrošniških 30% H ₂ SO _4, bo več kot dovolj, da zadovoljijo svoje potrebe. Vendar pa v industriji in zahteva veliko večjo koncentracijo žveplove kisline. Značilno je, da med izdelavo je pridobil dovolj razredčeno in kontaminirane z organskimi vključkov. Koncentrirana kislina Dobimo v dveh fazah: prvič, je prilagojen na 70%, in potem - v drugem koraku - se dvigne na 96-98%, kar je omejitveni parameter za gospodarno izvedljiv proizvodnjo.

Gostota žveplove kisline in njenih sort

Čeprav skoraj 99% žveplove kisline na kratko pri refluksu, vendar posledično izgubo SO ₃ pri vrelišču zmanjša koncentracijo 98,3%. Na splošno je vrsta z indeksom 98% bolj stabilne pri shranjevanju.

Komercialni razred kisline se razlikujejo po svoji koncentraciji interesa, in za katere je izbrana tiste vrednosti, pri kateri se pri nizkih temperaturah kristalizacijo. Na ta način se zmanjšajo izgube kristalov žveplove kisline obori med transportom in skladiščenjem. Glavne sorte so:

• Stolp (dušikov) - 75%. Gostota žveplova kislina razreda je enaka 1670 kg / ^m3. Get njegova tako imenovana. didušikov Postopek, v katerem obdelamo nastali nitrozo (to je tudi H ₂ SO _4, vendar z raztopljenimi dušikovih oksidov) na primarni žganjem žgani surovega plina, ki vsebuje žveplov dioksid SO _2, v obložene stolpov (zato sort ime). Kot rezultat dodeljena kisline in dušikove okside, ki se ne uporablja v postopku, in vrne v proizvodnem ciklu.
• Kontakt - 92,5-98,0%. Gostota žveplovo kislino 98% razreda enaka 1836.5 kg / ^m3. Prav tako dobljen iz pražarno plinov, ki vsebujejo SO _2, kjer postopek obsega anhidrid oksidacijo dioksida SO ₃ s kontaktom (od tod ime stopenj) z več plastmi trdnih vanadijevega katalizatorja.
• Oleum - 104,5%. Njena gostota je enaka 1896,8 kg / ^m3. Ta raztopina SO ₃ v H ₂ SO _4, kjer prva komponenta vsebuje 20% in kisline - je 104,5%.
• Kakovostne oleum - 114,6%. Njena gostota - 2002 kg / m ^3.
• Baterija - 92-94%.

Kako se akumulator

Delovanje te eden izmed najbolj priljubljenih električnih naprav v celoti temelji na elektrokemijskih procesih, ki se pojavljajo v prisotnosti vodne žveplove kisline.

Avtomobilski akumulator vsebuje razredčeno elektrolit žveplova kislina, in pozitivne in negativne elektrode v obliki več plošč. Pozitivne plošče so izdelane iz rdečkastorjavo materijala - svinčevega dioksida (PbO _{2) in} negativni - od sivkasto "goba" svinca (Pb).

Ker so elektrode izdelane iz svinca ali osvinčenega materiala, se ta vrsta baterije pogosto imenujejo lead-acid baterije. Svojem delovanje, t. E. izhodna napetost je neposredno določena s tem, kar je v tem trenutku gostota žveplove kisline (kg / m3 ali g / ^cm3), napolnjena v akumulatorju kot elektrolit.

Kaj se zgodi z elektrolitom ko se baterija izprazni,

Elektrolit baterije svinčevih je polnilna raztopina žveplove kisline v kemično čisti destilirani vodi pri koncentraciji od interesa 30% pri napolnjenosti. Neto kislina ima gostoto 1.835 g / cm ^3, elektrolitskega - približno 1,300 g / ^cm3. Ko se baterija izprazni, it elektrokemične reakcije so posledica je žveplovo kislino, odvzeto iz elektrolita. koncentracija raztopine je odvisna skoraj sorazmerna z gostoto, tako da naj bi zmanjšala zaradi zmanjšanja koncentracije elektrolitov.

Dokler udarni tok teče skozi baterijo kislina se pogosto uporablja v bližini svojih elektrod in elektrolitov postane bolj razredčena. kislina difuzijo iz celotnega volumna elektrolita in plošč elektrod podpira približno konstantno intenziteto kemijskih reakcij in s tem izhodno napetost.

Na začetku postopka praznilno difuzije kislinskega elektrolita v plošči pojavi hitro zaradi nastalega sulfata s še zadeti por aktivnega materiala elektrod. Ko sulfat začne oblikovati in zapolni pore elektrod je difuzije počasneje.

Teoretično je možno, da se še naprej opravljati, dokler se ne bodo uporabljali vsi kisline in elektrolit bo sestavljena iz čiste vode. Vendar izkušnje kažejo, da je raven ne sme nadaljevati, ko je gostota elektrolita padla na 1.150 g / cm ^3.

Ko gostota pada od 1.300 do 1.150, kar pomeni, da je veliko sulfat tvori med reakcijo, in zapolnjuje vse pore v aktivnem materialu na ploščah, tj. E. iz raztopine že izbran skoraj vse žveplovo kislino. Gostota je odvisna od koncentracije sorazmerno, in podobno, gostota naboja baterije je odvisna. Sl. prikazuje odvisnost gostote elektrolita baterije.

Spreminjanje gostote elektrolita, najboljši način za ugotavljanje stanja praznjenja baterije, pod pogojem, da se pravilno uporabljajo.

Stopinj razrešnice avto baterije, odvisno od gostote elektrolitov

Njena gostota je treba meriti vsaka dva tedna in je treba vedno hraniti branje zapis za prihodnjo uporabo.

Bolj gosto elektrolitov, več kisline v njem in bolj je baterija napolnjena. Gostota 1,300-1,280 g / ^cm3 pokaže polno baterijo. Značilno je, da po stopnjo praznjenja akumulatorja je odvisna od gostote elektrolita:

• 1,300-1,280 - povsem napolnjena:
• 1,280-1,200 - več kot polovica prazne;
• 1,200-1,150 - zaračuna manj kot polovica;
• 1150 - je skoraj prazna.

V popolnoma napolnjene baterije pred povezavo svojega avtomobilski napajalno napetost vsake celice je 2,5-2,7 V. Takoj ko je priključen obremenitev, napetost hitro pade na približno 2,1 V. za tri ali štiri minute. To je posledica tvorbe tanko plastjo svinčevega sulfata na površini negativnih plošč elektrod in med vodilno plastjo in kovinsko peroksida pozitivne plošče. Končna vrednost napetosti celic po cestnem omrežju, ki povezuje približno 2,15-2,18 voltov.

Ko tok začne teče skozi baterijo v prvi uri obratovanja, je padec napetosti 2 V. zaradi povečane odpornosti notranjih celic zaradi tvorbe velikih količin sulfata, ki zapolnjuje pore plošče in izbire elektrolita kisline. Tik pred začetkom toka tekočega gostote elektrolita je največja in enaka 1.300 g / ^cm3. Sprva je podtlačnimi hitro zgodi, potem pa določi uravnoteženo stanje med gostoto kisline bližini plošč in v bistvu elektrolitov izbirnih volumen elektrod podprt kisline pri vnosu novega kosa kisline iz množice elektrolita. Povprečna gostota elektrolita se še naprej vztrajno znižujejo, o razmerju prikazano na sliki. zgoraj. Po začetni padec napetosti zmanjšuje počasneje, njegova stopnja znižanja je odvisna od obremenitve akumulatorja. Čas postopek razrešnice razpored je prikazano na sliki. spodaj.

Nadzor stanje elektrolita v akumulatorju

Za določitev hidrometrom gostote, ki se uporablja. Sestavljajo zaprti stekleni cevi z razširitvijo na spodnjem koncu, napolnjena z živim srebrom ali izstrelkom in stopenjski lestvici na zgornjem koncu. Lestvica označeni od 1.100 do 1.300 z različnimi vmesne vrednosti, kot je prikazano na sl. spodaj. Če je aerometer postavi v elektrolit, bo potopi do določene globine. Tako bo izpodrinila določeno količino elektrolitov, in ko je dosežen ravnotežni položaj, bo teža prestavljeno obsega ravno enaka vodomer teže. Ker je gostota elektrolita je izračunan kot razmerje njegove teže do volumna in teža hidrometra je znano, nato vsako stopnjo potopitve v raztopini ustreza določenemu gostote. Nekateri hidrometri imajo z vrednotami lestvice gostote, vendar so označeni z "obtožen", "pol prsta", "Full razrešnici" ali podobno.