Концентрацията и плътността на сярна киселина. Зависимостта на плътността на концентрацията на сярната киселина в акумулатора

Разрежда се и се концентрира сярна киселина - тя е толкова важни химикали, които те произвеждат повече в света, отколкото всяка друга субстанция. Икономически обогатяване на страната може да бъде оценена по отношение на произведена в него сярна киселина.

дисоциация

Сярна киселина се използва под формата на водни разтвори на различни концентрации. Тя се подлага на реакция на дисоциация на два етапа, производство на Н ⁺ йони в разтвор.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = ⁺ Н ⁺ SO ₄ ^-2.

Сярна киселина е силен и първия етап на дисоциация се случва толкова бързо, че почти всички от оригиналната молекула се разделят на Н ⁺ -йони и HSO ₄ ^-1 -йони (хидрогенсулфат) в разтвор. Последно частично разпадане допълнително, освобождавайки Н ⁺ йони и други оставяйки сулфат йон (SO ₄ ^-2) в разтвор. Въпреки това, хидрогенсулфат, е слаба киселина, все още преобладава в разтвор на Н ⁺ и SO ₄ ^-2. Пълна дисоциация това се случи само когато плътността на разтвора на сярна киселина е близка до плътността на водата, R. F под високо разреждане.

Информацията за сярна киселина

Това е специално, в смисъл, че тя може да действа като конвенционален киселина или силен окислител - в зависимост от температурата и концентрацията. Студен разреден разтвор на сярна киселина реагира с активен метал, за да се получи сол (сулфат) и отделянето на водород газ. Например, реакцията между студена разредена H ₂ SO ₄ (поема пълна стъпка дисоциация) и метален цинк, както следва:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + _Н2.

Горещият концентрирана сярна киселина, чиято плътност е около 1.8 г / см ^3, може да действа като окислител, взаимодействие с материали, които обикновено са инертни спрямо киселини, като например метална мед. По време на реакцията, медта се окислява, и киселина маса се намалява, разтвор се формира на меден сулфат (II) във вода и газообразен серен диоксид (SO _2), вместо водород, който може да се очаква чрез взаимодействие на киселината с метал.

Cu + 2Н ₂ SO ₄ = CuSO ₄ + SO ₂ + 2Н _2О

Както е изразено от концентрацията на разтвори

Всъщност, концентрацията на всеки разтвор може да се изрази по различни начини, но най-широко използваната концентрация от теглото. Това показва броя на грам от разтворено вещество в определено тегло или обем на разтвора или разтворител (обикновено 1 000 грама, 1000 cm ^3, 100 cm ³ и 1 дм ^3). Вместо на масата на дадено вещество може да количество, изразено в молове, - след това полученият моларната концентрация на 1000 грама или 1 дм ³ разтвор.

Ако моларната концентрация се определя по отношение не на количеството на разтвора, но само на разтворителя, се нарича молалност на разтвора. Тя се характеризира с независимостта на температурата.

Често концентрацията на тегло е посочено в грама на 100 грама разтворител. Увеличаването тази цифра от 100%, се получава по процента тегло (на концентрация). Това е, този метод се използва най-често се прилагат към разтвор на сярна киселина.

Всяка стойност на концентрацията на разтвора, определен при дадена температура, тя съответства на много специфична плътност (например, плътността на разтвор на сярна киселина). Следователно, понякога се характеризира разтвор. Например, H ₂ SO ₄ разтвор, характеризиращ се с процент концентрация 95.72%, плътност 1,835 гр / см ³ при Т = 20 ° С Методи за определяне на концентрацията на такова решение, ако се прилага само сярна киселина плътност? Таблица даването на такава кореспонденция е тяло на всеки учебник по обща или аналитична химия.

Пример преизчисляване концентрация

Да се премине от един режим на изразяване на друго концентрацията на разтвора. Да предположим, че имаме H ₂ SO ₄ разтвор във вода с концентрация 60% от интерес. Първо се определи плътността на съответния сярна киселина. Таблица съдържащ проценти (първата колона) и съответната плътност на воден разтвор на Н ₂ SO ₄ (четвърта колона), е показано по-долу.

Той определя желаната стойност, която е равна на 1,4987 грама / cm ^3. Сега се изчисли моларност на разтвора. За това е необходимо за определяне на масата на H ₂ SO ₄ в 1 литър разтвор и съответния брой молове на киселина.

Обем, които заемат 100 г изходен разтвор:

100 / 1,4987 = 66.7 мл.

Тъй като в 66.7 мл 60% разтвор съдържа 60 г от киселината в 1 литър ще съдържа:

(60 / 66,7) х 1,000 = 899, 55 грама.

сярна киселина моларно тегло, равно на 98. Следователно, броят на моловете, съдържащи се в 899,55 гр от неговите грама, ще бъде:

899,55 / 98 = 9,18 мол.

Зависимостта на плътността на концентрацията на сярна киселина е показано на фиг. по-долу.

Използването на сярна киселина

Той се използва в различни индустрии. При производството на желязо и стомана се използва за почистване на метална повърхност, преди да е покрита с друго вещество участва в създаването на синтетични багрила, както и други видове киселини, като солна и азотна. Тя се използва в производството на фармацевтични продукти, торове и експлозиви, и все още е важен реагент за отстраняване на примеси от суровия нефт в производството на рафиниране.

Това химически е изключително полезен в ежедневието, и е лесно достъпна като разтвор на сярна киселина, използвана в батерии оловно-киселинни (например, тези, които са в автомобили). Такава киселина обикновено е с концентрация от около 30% до 35% H ₂ SO ₄ тегловни, остатъка - водата.

За много приложения на потребителите 30% H ₂ SO ₄ ще бъде повече от достатъчно, за да отговори на нуждите им. Въпреки това, в индустрията и изисква много по-висока концентрация на сярна киселина. Обикновено по време на производството е първият получава достатъчно разредена и замърсени с органични примеси. Концентрирана киселина се получава в два етапа: първо, се довежда до 70%, а след това - във втория етап - се повишава до 96-98%, което е ограничаващ параметър за икономически изгодно производство.

Плътността на сярна киселина и нейни разновидности

Въпреки, че почти 99% сярна киселина може да бъде кратко при кипене, но последваща загуба на SO ₃ при точката на кипене намалява концентрацията на 98,3%. Като цяло, видовете с индекс 98% по-стабилни при съхранение.

Търговски клас киселини варират в неговата концентрация на интерес, и за които е избран тези стойности при което ниска температура на кристализация. Това се прави, за да се намали загубата на кристали на сярната киселина се утаява по време на транспортиране и съхранение. Основните сортове са:

• Кулата (азотен) - 75%. плътност на сярна киселина на класа е равно на 1670 кг / ^м3. Вземи си т.нар. азотен метод, при който се обработва полученият нитрозо (това е също H ₂ SO _4, но с разтворени азотни оксиди) в основната удар калцинирания суров газ, съдържащ серен диоксид _SO2, в облицовани кули (оттук сортове наименование). В резултат разпределени киселина и азотни окиси, които не са използвани в процеса, и се връща в производствения цикъл.
• Контакт - 92,5-98,0%. плътност на сярна киселина от 98% от този клас е равна 1836.5 кг / ^м3. Той също така получен от горещ газове, съдържащи SO _2, където методът съдържа анхидрид окисляване диоксид до SO ₃ с контакт (оттук клас наименование) с множество слоеве от твърд катализатор, ванадий.
• Oleum - 104,5%. плътността му е равна на 1896,8 кг / ^м3. Този разтвор на SO ₃ в H ₂ SO _4, където първият компонент съдържа 20%, и киселина - е 104.5%.
• Висококачествен олеум - 114,6%. Нейната плътност - 2002 кг / ^м3.
• Батерия - 92-94%.

Как акумулатора на автомобила

Действието на тази една от най-популярните електрически устройства се основава изцяло на електрохимичните процеси, протичащи в присъствието на воден разтвор на сярна киселина.

Автомобилна батерия съдържа разрежда електролит сярна киселина, и положителни и отрицателни електроди под формата на няколко плочи. Положителните плочи са направени от червеникаво-кафяв материал - оловен диоксид (PbO _2), и отрицателни - на сиво "гъба" олово (Pb).

Тъй като електродите са направени от олово или оловен материал, този тип батерия често се нарича оловно-киселинен акумулатор. Неговата оперативност, т. Е. изходното напрежение се определя директно от това, което е в този момент плътността на сярна киселина (кг / м3 или г / см ^3), изпълнен в батерията като електролит.

Какво се случва с електролита, когато батерията се разрежда,

В електролит батерията олово киселина е акумулаторна разтвор на сярна киселина в химически чиста дестилирана вода с концентрация на интерес от 30% при пълно зареждане. Net киселина има плътност от 1,835 гр / см ^3, електролит - около 1,300 грама / cm ^3. Когато батерията е разредена, електрохимически реакции възникват в резултат на сярна киселина изтеглени от електролита. концентриране на разтвора зависи почти пропорционална на плътността, така че трябва да се намали в резултат на намаляването на концентрацията на електролита.

Докато ток протича през освобождаване киселина на батерията се използва широко в близост до нейните електроди и електролит става по-разреден. киселина дифузия от общия обем на електролита и електродните плочи поддържа приблизително постоянен интензитет на химични реакции и, следователно, на изходното напрежение.

В началото на процеса на освобождаване на дифузия на киселина електролита в плочата настъпва бързо, защото полученият сулфат с още точки пори в активния материал на електродите. Когато сулфат започва да се оформя и запълване на порите на електродите, настъпва дифузия по-бавно.

Теоретично е възможно да се продължи да се изпълнява, докато не се използват всички киселина и електролит се състои от чиста вода. Въпреки това, опитът показва, че нивото не трябва да продължи, след като плътността на електролита спадна до 1,150 грама / см ^3.

Когато плътността намалява от 1300 до 1150, което означава, че много сулфат се образува по време на реакцията, и го изпълва всички пори в активния материал на плаките, т.е.. Е. От разтвора вече избран почти всички сярна киселина. Плътността зависи от концентрацията пропорционално и по същия начин, плътността на заряда на батерията зависи. Фиг. долу показва зависимостта на електролит батерията плътност.

Промяна на плътността на електролита, най-доброто средство за определяне разреждане на батерията състояние, при условие, че тя се използва правилно.

Градуси освобождаване акумулатор в зависимост от плътността на електролита

Плътността му трябва да се измерва на всеки две седмици и трябва винаги да се съхранява четене рекорда за бъдеща употреба.

Колкото по-плътен електролита, по-киселина съдържа и повече батерията се зарежда. Плътност 1,300-1,280 г / см ³ покаже пълно зареждане. Обикновено, след степента на разреждане на батерията варира в зависимост от плътността на електролита:

• 1,300-1,280 - напълно заредена:
• 1,280-1,200 - повече от половината са празни;
• 1,200-1,150 - зарежда по-малко от половината;
• 1150 - почти празна.

В напълно зареден акумулатор преди свързване автомобилната си напрежение на всяка клетка е 2.5-2.7 V. След като товарът е свързан, напрежението бързо пада до около 2.1 V в продължение на три или четири минути. Това се дължи на формирането на тънък слой от оловен сулфат върху повърхността на отрицателните електроди плочи и между водещия слой и метален пероксид положителни плочи. Крайната стойност на напрежението в клетката след пътна мрежа, свързваща около 2,15-2,18 волта.

Когато ток започва да тече през батерията по време на първия час на работа, има спад на напрежението на 2 V поради повишеното вътрешно съпротивление клетка поради образуването на по-големи количества сулфат който запълва порите на плаките и изборът на електролит киселина. Малко преди началото на потока на плътността на тока на електролита е максимална и равно на 1,300 гр / см ^3. Първоначално подналягане настъпва бързо, но след това определя балансирано състояние между плътността на киселина до плаките и значително електролитни електроди подбор обем поддържа киселина въвеждане нов парчета киселина от по-голямата част от електролита. Средната плътност на електролита продължава да намалява постоянно по връзката е показано на фиг. по-горе. След първоначално спадане на напрежението намалява по-бавно, скоростта на намаляване зависи от натоварването на батерията. Време процес разряд график е показана на фиг. по-долу.

Контрол на състоянието на електролита в батерията

За да се определи ареометърът плътност използва. Тя е съставена от запечатана стъклена тръба с разширение в долния край, изпълнен с живак или удар, както и степен мащаб на горния край. Тази скала белязан от 1100 до 1300 с различни междинни стойности, както е показано на фиг. по-долу. Ако ареометърът се поставя в електролит, тя ще потъне до определена дълбочина. По този начин ще измести определено количество електролит, и когато се достигне положението на равновесие, теглото на изместения обем ще бъде точно равен на ареометърът на тегло. Тъй като плътността на електролита е равно на съотношението на теглото си до обема и теглото на ареометърът е известно, след всяко ниво на потапяне в разтвора съответства на определена плътност. Някои хидрометри са със стойности на скалата за плътност, но са отбелязани със "заредена", "половин цифра", "Пълен разряд" или други подобни.