Koncentracija i gustoća sumporne kiseline. Ovisnost o gustoći koncentraciji sumporne kiseline u akumulator

Razrijediti i koncentrirane sumporne kiseline - to je tako važne kemikalije koje se proizvode više u svijetu nego bilo kojeg drugog sredstva. Ekonomska bogatstvo zemlje može se ocijeniti u smislu proizvedenog u njemu sumporne kiseline.

Postupak disocijacije

Sumporne kiseline se upotrebljava u obliku vodene otopine različitih koncentracija. Ona se podvrgava reakciji razdvajanja u dva stupnja, proizvodnju H ⁺ ioni su u otopini.

H _{2SO 4-H} ^{+ +} tna ₄ ^-;

Tna ₄ ^- = H ⁺ SO ₄ ^-2.

Sumporna kiselina je jaka i prvi stupanj disocijacije događa tako brzo da se gotovo sve molekule izvornog razbiti u H ⁺ -ions i HzO ₄ ^-1 -ions (bisulfata) u otopini. Nedavno djelomično razgrađuju dalje oslobađa H ⁺ iona, a drugi odlazeća sulfatnu ion (SO _^4-2) u otopini. Međutim, hidrogensulfat, kao slabe kiseline, i dalje prevladava u otopini H ⁺ i SO ₄ ^-2. Potpuna disocijacija javlja se samo kada je gustoća otopine sumporne kiseline blizu gustoći vode, r. F pod visokim razrjeđenja.

Svojstva sumporne kiseline

To je poseban u smislu da mogu djelovati kao konvencionalne kiseline ili jaki oksidans - ovisno o temperaturi i koncentraciji. Hladna otopina razrijeđene sumporne kiseline reagira s aktivnim metalom da se dobije sol (sulfat), a razvijanje plina vodika. Na primjer, reakcija između hladne razrijeđene _H2 SO ₄ (uz pretpostavku da puni korak disocijacije) i metalnim cinkom, kao što slijedi:

Zn + H = _{4 2SO} ZnSO ₄ + _H2.

Vruće koncentrirane sumporne kiseline, čija je gustoća oko 1,8 g / ^cm3, može djelovati kao oksidans, reakcijom s materijalima koji su uglavnom inertno kiselina, kao što je na primjer metalnog bakra. Tijekom reakcije, bakar se oksidira, a kiselina masa je smanjen, otopina se formira bakar sulfata (II) u vodi i plinovitog sumpornog dioksida _(SO2) umjesto vodika, što bi se očekivalo reakcijom kiseline s metalom.

Cu + 2H _{2SO 4-CuSO 4} + ₂ + 2H SO ₂ O.

Općenito izražava koncentraciju otopine

Zapravo, koncentracija bilo koje rješenje može se izraziti na različite načine, ali najčešće korištena koncentracija mase. Prikazuje broj grama otopljene tvari u određenom težine ili volumena otopine ili otapalu (u pravilu 1000 g 1000 ^cm3, 100 ^cm3 i 1 dm ^3). Umjesto mase u gramima tvari mogu uzeti količina, izražena u mola, - zatim se dobio molarnu koncentraciju 1000 g i 1 dm ³ otopine.

Ako je molarna koncentracija određena u odnosu na količinu ne otopine, ali samo u otapalu, što se naziva molalnost otopine. Ona se odlikuje neovisnosti temperature.

Često koncentracija mase naveden je u gramima po 100 grama otapala. Množenjem ovaj lik za 100%, što je pripremljen na temelju masenog postotka (po koncentraciji). To jest, ova metoda se najčešće koristi kako se primjenjuje u otopinu sulfatne kiseline.

Svaka vrijednost koncentracije otopine, određeno na određenoj temperaturi, što odgovara vrlo specifične gustoće (npr gustoći otopine sumporne kiseline). Dakle, ponekad karakterizira rješenje. Na primjer, _H2 SO ₄ otopina, naznačen time, postotak koncentracije 95,72%, gustoću od 1.835 g / ^cm3 pri t = 20 ° C Kako bi se odredila koncentracija takvog rješenja, ako se daju samo sumporne kiseline gustoće? Tablica daje takvu korespondenciju je učvršćenje bilo udžbenika o općem ili analitičkoj kemiji.

Primjer koncentracija ponovno izračunavanje

Neka ide od jednog načina izražavanja u drugu koncentraciji otopine. Pretpostavimo da imamo H ₂ SO ₄ Otopina u vodi s koncentracijom od 60% interesa. Prvo smo odrediti gustoću odgovarajućeg sumporne kiseline. Tablica sadrži postotaka (prva kolona) i odgovarajuću gustoću vodene otopine _H2 SO ₄ (četvrta kolona), je prikazano u nastavku.

Određuje željenu vrijednost koja je jednaka 1.4987 g / ^cm3. Sada izračunati molaritet otopine. Za to je potrebno odrediti masu _H2 SO ₄ u 1 litri otopine i odgovarajući broj molova kiseline.

Volumen koji zauzima 100 g otopine za zalihu:

100 / 66,7 = 1,4987 ml.

Budući da se u 66,7 ml 60% -tne otopine sadrži 60 g kiseline u 1 litri da sadrži:

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

sumporna kiselina molarna masa jednaka 98. Stoga, broj molova sadržanih u 899.55 g njegovih grama, bit će:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

Ovisnost o gustoći koncentraciji sumporne kiseline prikazan je na slici. u nastavku.

Primjena sumporne kiseline

To se koristi u različitim industrijama. U proizvodnji željeza i čelika, koristi se za čišćenje metalnu površinu prije nego što je pokriveno s drugom tvari koje sudjeluju u stvaranju sintetičkih bojila, kao i druge vrste kiselina, kao i nitratni. Također se koristi u proizvodnji farmaceutskih proizvoda, gnojiva i eksploziva, i još uvijek je važan reagens u uklanjanju nečistoća iz sirove nafte se u rafinerijama.

To je vrlo korisno kemijski u svakodnevnom životu, a lako je dostupan kao otopina sumporne kiseline koja se koristi u baterijama uvodnog kiseline (npr, one koje su u automobile). Kao kiselina općenito ima koncentraciju od oko 30% do 35%, H ₂ SO ₄ mas, ostatak - voda.

Za mnoge potrošačke aplikacija 30% H ₂ SO ₄ će biti više nego dovoljno da zadovolji svoje potrebe. Međutim, u industriji i to zahtijeva puno veću koncentraciju sumporne kiseline. Obično, tijekom proizvodnje najprije se dobije dovoljno razrijeđenom i kontaminirana s organskim inkluzije. Koncentrirane kiseline u dvije faze: prvo, podesi na 70%, a zatim - u drugom koraku - podigne na 96-98%, što je granična parametar za ekonomičnijeg proizvodnju.

Gustoća sumporne kiseline i njenih varijanti

Iako je gotovo 99% sumporna kiselina može biti kratko, na refluksu, a nakon toga gubitak SO ₃ na temperaturi vrenja smanjuje koncentraciju do 98.3%. Općenito, vrste s indeksom 98% više stabilne u pohranu.

Komercijalne razreda kiseline razlikuju u koncentraciji, a za koje se bira te vrijednosti pri kojoj niskoj temperaturi kristalizacije. To je učinjeno da se smanji gubitak kristala sulfatne kiseline istaloži prilikom transporta i skladištenja. Glavne sorte su:

• Toranj (dušični) - 75%. gustoća sumporne kiseline iz razreda jednaka 1670 kg / ^m3. Nabavite svoj tzv. dušikov postupak u kojem dobiveni pomiješa nitrozo (to je H _{2SO 4,} ali s otopljenim dušikovih oksida) u primarni aktiviranje kalcinirani sirovi plin koji sadrži sumporni dioksid _SO2, u tornjevima poredanih (odatle i naziv sorte). Kao rezultat dodijeljen kiseline i dušikovih oksida koji se ne potroši u procesu, a vratio se u proizvodnom ciklusu.
• Kontakt - 92,5-98,0%. gustoća sumporne kiseline 98% klase jednak 1836.5 kg / ^m3. Također se dobiva iz prženja plinom koji sadrži _SO2, da se postupak sastoji oksidacije dioksida anhidrid SO ₃ s kontaktom (odatle i naziv stupanj) s više slojeva krute vanadij katalizatora.
• Oleum - 104,5%. Njegova gustoća iznosi 1896,8 kg / ^m3. Ova otopina SO ₃ u _H2 SO _4, naznačen time što prva komponenta sadrži 20%, te je kiselinski - 104,5%.
• Visokokvalitetno oleum - 114,6%. Gustoća - 2002 kg / ^m3.
• Baterija - 92-94%.

Kako se akumulator vozila

Rad ovog jedne od najpopularnijih električnih uređaja temelji isključivo na elektrokemijske postupke koji se javljaju u prisutnosti vodene otopine sulfatne kiseline.

Automobilske baterije sadrži razrijeđenom elektrolit sumporne kiseline, i pozitivne i negativne elektrode u obliku više ploča. Pozitivne ploče su izrađene od materijala koji crvenkasto-smeđe - olova dioksida (PBO _{2) i} negativnog - od sivkaste „spužvi” olovo (Pb).

Budući da su elektrode od olova ili olovnog materijala, ova vrsta baterije često naziva olovni akumulator. Njegova operabilnost, t, E. Izlazni napon izravno određuje što je u ovom trenutku gustoća sumporne kiseline (kg / m3, ili g / ^cm3), puni u baterije kao elektrolita.

Što se događa s elektrolitom kada je baterija ispuštanja,

Elektrolit baterije olovni je puniti otopina sumporne kiseline u kemijski čistoj destiliranoj vodi pri koncentraciji od interesa od 30% potpunog punjenja. Neto kiselina ima gustoću od 1.835 g / ^cm3, elektrolit - oko 1,300 g / ^cm3. Kada je baterija ispražnjena, elektrokemijske reakcije javljaju rezultiralo u sumpornoj kiselini povučen od elektrolita. Koncentracija otopine ovisi gotovo proporcionalna gustoći, tako da bi trebalo smanjiti zbog smanjenja koncentracije elektrolita.

Dokle god iscjedak struja teče kroz bateriju kiselina se često koristi u blizini njegove elektrode i elektrolita postaje razrijeđenom. kiselina difuzija od ukupnog volumena elektrolita i elektroda ploča podržava približno konstantni intenzitet kemijskih reakcija i, prema tome, izlazni napon.

Na početku procesa pražnjenja difuzije kiselog elektrolita u ploči nastaje brzo zbog nastalog sulfata s još postignuto pora u aktivnog materijala elektroda. Kada sulfat počinje da se formira i ispuniti pore elektroda, difuzija odvija sporije.

Teoretski je moguće da i dalje ispuštati sve dok se neće koristiti sve kiseline, a elektrolit će se sastojati od čiste vode. Međutim, iskustvo pokazuje da se razina ne bi trebala nastaviti nakon što je gustoća elektrolita pao na 1.150 g / ^cm3.

Kada je gustoća smanjuje od 1.300 do 1.150, što znači da više sulfata nastaje tijekom reakcije, a ispunjava sve pore u aktivnog materijala na ploče, tj. E. Iz otopine je već odabran gotovo sve sumporne kiseline. Gustoća ovisi o koncentraciji proporcionalno, i slično, gustoća naboja baterije ovisi. Sl. prikazuje ovisnost gustoće elektrolita baterije.

Promjena gustoće elektrolita, najbolje sredstvo za utvrđivanje pražnjenja baterije stanje, pod uvjetom da se pravilno koristi.

Stupnjeva iscjedak u automobilu, ovisno o gustoći elektrolita

Njegova gustoća se mjeri svaka dva tjedna i moraju uvijek biti čitanje rekord za buduću uporabu.

Više gusta elektrolit, više kiselina sadrži i više je baterija napunjena. Gustoća 1,300-1,280 g / ^cm3 označava cijeli naboj. Tipično, nakon stupanj pražnjenja baterije varira ovisno o gustoći elektrolita:

• 1,300-1,280 - potpuno napunjena:
• 1,280-1,200 - više od pola prazna;
• 1,200-1,150 - napunjena manje od polovice;
• 1150 - gotovo prazna.

U potpuno napunjenom baterijom prije spajanja svoj auto napajanje svake stanice je 2,5-2,7 V. Čim opterećenje spojen napon brzo padne na oko 2,1 V za tri ili četiri minute. To je zbog formiranja tankog sloja olovnog sulfata na površini negativnih elektroda ploče i između vodećeg sloja i metal peroksid pozitivne ploče. Konačna vrijednost staničnog napona nakon cestovne mreže koja povezuje oko 2,15-2,18 volta.

Kada struja počne teći preko baterije tijekom prvog sata rada, dolazi do pada napona na 2 V zbog povećane otpornosti unutarnjem stanica zbog formiranja većih količina sulfata koje ispunjava pore ploča i izbor elektrolita kiseline. Neposredno prije početka toka tekućeg gustoće elektrolita je maksimalan, a jednaka 1.300 g / ^cm3. U početku je podtlak nastaje brzo, ali onda postaviti uravnotežen stanje između gustoće kiseline kod ploča i znatno elektrolita elektrode za odabir glasnoće podržan kiseline koja ulazi nova komada kiselinu iz mnoštva elektrolita. Prosječna gustoća elektrolita i dalje smanjivati stalno na odnos prikazan na slici. iznad. Nakon početnog pada napona smanjuje sporije, njegova stopa smanjenja ovisi o opterećenju baterije. Vrijeme proces raspored iscjedak je prikazano na slici. u nastavku.

Kontrola stanja elektrolita u akumulatoru

Za određivanje hidrometar gustoće koristi. Sastoji se od zatvorenoj staklene cijevi s nastavkom na donjem kraju, napuni žive ili metak, i ocjenjuju skali na gornjem kraju. Ova skala označen od 1.100 do 1.300 s različitih srednjih vrijednosti, kao što je prikazano na slici. u nastavku. Ako je hidrometar se nalazi u elektrolitu, ona će potonuti do određene dubine. Tako će premještanje određenog volumena elektrolita, a kada se dosegne ravnotežni položaj, težina istisnute volumen će biti samo jednaka težini mjerača. Budući da je gustoća elektrolita jednak omjer svoje težine do volumena i mase hidrometru poznata, a zatim svaka razina uranjanja u otopinu odgovara određenom njegova gustoća. Neki areometri su s vrijednostima ljestvice gustoće, ali su obilježena „teret”, „pola znamenkom”, „Full otpusta” i slično.