Koncentracija i gustoća sumporne kiseline. Ovisnost gustoće sumporne kiseline na koncentraciji u akumulatoru

Razrijeđena i koncentrirana sumporna kiselina

Proces disocijacije

Sumporna kiselina se koristi u obliku vodenih otopina različitih koncentracija. Prolazi reakciju disocijacije u dvije faze, stvarajući H⁺-iona u otopini.

H₂SO₄ = H⁺ + tna₄^- ;

tna₄^- = H ⁺ + SO₄^-2 .

Sumporna kiselina je jaka, a prva faza disocijacije toliko je intenzivna da se gotovo sve roditeljske molekule razgrađuju u H⁺-iona i HSO₄ ^-1 -iona (hidrogen sulfat) u otopini. Potonji se djelomično propadaju, izolirajući drugi H⁺-ion i ostavljajući sulfatni ion (SO₄^-2 ) u otopini. Međutim, hidrogen sulfat, kao slaba kiselina, i dalje prevladava u otopini iznad H⁺ i SO₄^-2 . Njegova potpuna disocijacija događa se samo kada se pristupa gustoći otopine sumporne kiseline gustoća vode, tj. pod jakim razrjeđivanjem.

Svojstva sumporne kiseline

Posebno je u smislu da može djelovati kao normalna kiselina ili kao jak oksidator - ovisno o temperaturi i koncentraciji. Hladna razrijeđena otopina sumporne kiseline reagira s aktivnim metalima kako bi nastala sol (sulfat) i oslobađanje plinovitog vodika. Na primjer, reakcija između hladnog razrijeđenog H₂SO₄ (pod pretpostavkom njegove potpune dvostupanjske disocijacije) i metalni cink ovako izgleda:

Zn + H₂SO₄ =ZnSO₄ + H₂.

Koncentrirana je vruća sumporna kiselina, čija je gustoća oko 1.8 g / cm³, može djelovati kao oksidator, reagirajući s materijalima koji su obično inertni na kiseline, kao što je, na primjer, metalni bakar. Tijekom reakcije, bakar je oksidiran, a kisela masa se smanjuje, otopina bakar sulfat (II) u vodi i plinovitom sumpornom dioksidu (SO₂) umjesto vodika, što bi se trebalo očekivati ​​kada kiselina reagira s metalom.

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂ O.

Kako koncentracija rješenja općenito

Zapravo, koncentracija bilo koje otopine može se izraziti na različite načine, no najčešće se koristi koncentracija težine. Prikazuje količinu grama otopljene tvari u određenoj masi ili volumenu otopine ili otapala (obično 1000 g, 1000 cm³, 100 cm³ i 1 dm³). Umjesto mase tvari u gramima, možete uzeti njegovu količinu, izraženu u molama, - zatim molarnu koncentraciju od 1000 g ili 1 dm³ rješenje.

Ako se molarna koncentracija određuje u odnosu na količinu otopine, ali samo na otapalo, naziva se molalna otopina. Karakterizira ga neovisnost temperature.

Često je koncentracija težine indicirana u gramima na 100 g otapala. Množenjem ove brojke za 100%, dobiva se u postocima po težini (postotak koncentracije). To je ova metoda koja se najčešće koristi u primjeni na otopine sumporne kiseline.

Svaka vrijednost koncentracije otopine, određena pri određenoj temperaturi, odgovara vrlo specifičnoj gustoći (na primjer gustoća otopine sumporne kiseline). Zbog toga se ponekad rješenje rješava. Na primjer, otopina H₂SO₄, karakterizirana postotkom koncentracije 95,72%, ima gustoću od 1,835 g / cm³ na t = 20 ° C Kako odrediti koncentraciju takve otopine, ako se daje samo gustoća sumporne kiseline? Tablica koja daje takvu dopisivanje sastavni je dio bilo kojeg udžbenika o općoj ili analitičkoj kemiji.

Primjer rekalkulacije pretvorbe

Pokušajmo se pomaknuti s jednog načina izražavanja koncentracije rješenja u drugu. Pretpostavimo da imamo rješenje H₂SO₄u vodi s postotkom koncentracije od 60%. Prvo, odredite odgovarajuću gustoću sumporne kiseline. Tablica koja sadrži postotke (prvi stupac) i odgovarajuće gustoće vodene otopine H₂SO₄ (četvrti stupac).

Na njemu određujemo potrebnu vrijednost koja je jednaka 1.4987 g / cm³. Sada izračunavamo molarnost ovog rješenja. Za to je potrebno odrediti masu H₂SO₄u 1 litru otopine i odgovarajućeg broja molova kiseline.

Volumen koji zauzima 100 g otopine:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Budući da u 66,7 mililitara otopine od 60% sadrži 60 g kiseline, u 1 litri će sadržavati:

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

Molarna težina sumpome kiseline je 98. Stoga je broj molova sadržan u 899,55 grama gramova:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

Ovisnost gustoće sumporne kiseline na koncentraciji prikazana je na slici. u nastavku.

Korištenje sumporne kiseline

Koristi se u različitim industrijama. U proizvodnji željeza i čelika, koristi se za čišćenje površine metala prije nego što se obloži nekom drugom tvari, sudjeluje u stvaranju sintetičkih boja, kao i drugih vrsta kiselina, kao što su klorovodična i nitratna. Također se koristi u proizvodnji lijekova, gnojiva i eksploziva, a također je važan reagens pri uklanjanju nečistoća iz nafte u industriji rafiniranja nafte.

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% H₂SO ₄ po masi, ravnoteža je voda.

Za mnoge kućanske aplikacije, 30% H₂SO₄ bit će 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 njegovih sorti

Iako se skoro 99% sumporne kiseline može nakratko nabaviti kod vrenja, ali naknadni gubitak SO₃ na vrelištu dovodi do smanjenja koncentracije na 98,3%. Općenito, sorta s indikatorom od 98% stabilnija je u skladištenju.

Različiti spojevi kiseline razlikuju se u postotku koncentracije, a za njih se odabiru one vrijednosti za koje su temperature kristalizacije minimalne. To je učinjeno kako bi se smanjilo taloženje kristala sumporne kiseline u sedimentu tijekom transporta i skladištenja. Glavne vrste su:

• Kula (nitrosis) - 75%. Gustoća sumporne kiseline u ovoj klasi iznosi 1670 kg / m³. Nabavite ga tzv. nitrozne metode, u kojima je kalcinirani plin koji sadrži sumporni dioksid SO₂, u obloženim kulama (stoga naziv sorte) tretira se nitrozama (to je također H₂SO₄, ali s dušikovim oksidima otopljenim u njemu). Kao rezultat toga, otpuštaju se kiseli i dušični oksidi, koji se ne konzumiraju u procesu, već se vraćaju u proizvodni ciklus.
• Kontakt - 92,5-98,0%. Gustoća sumporne kiseline od 98% ove sorte iznosi 1836,5 kg / m³. Također se dobiva iz plina za kalciniranje koji sadrži SO₂, proces koji obuhvaća oksidaciju dioksida u anhidrid SO2₃ sa svojim kontaktom (dakle nazivom sorte) s nekoliko slojeva krutog vanadijskog katalizatora.
• Oleum - 104,5%. Gustoća je jednaka 1896,8 kg / m³. Ovo rješenje SO₃ u H₂SO₄, u kojoj prva komponenta sadrži 20%, a kiseline - to je 104,5%.
• Visok interesni oleum - 114,6%. Njegova gustoća je 2002 kg / m³.
• Baterija - 92-94%.

Kako je akumulatorska baterija

Rad ovog jednog od najmasivnijih elektrotehničkih uređaja potpuno se temelji na elektrokemijskim procesima koji se javljaju u prisutnosti vodene otopine sumporne kiseline.

Akumulatorska baterija sadrži razrijeđeni elektrolit sumporne kiseline, kao i pozitivne i negativne elektrode u obliku nekoliko ploča. Pozitivne ploče izrađene su od crvenkasto-smeđeg materijala - olovni dioksid (PbO₂), a negativno - od sivkastog "spužvastog" olova (Pb).

Budući da su elektrode napravljene od olova ili materijala koji sadrže olovo, takva vrsta baterije često se naziva olovna kiselina baterija. Njegova operabilnost, t, E. Izlazni napon izravno određuje što je u ovom trenutku gustoća sumporne kiseline (kg / m3, ili g / cm³), napuniti bateriju kao elektrolit.

Što se događa s elektrolitom kad se baterija isprazni?

Elektrolit olovne akumulatora je otopina sumporne kiseline za pohranu u kemijski čistoj destiliranoj vodi s postotkom koncentracije od 30% kod punog punjenja. Čista kiselina ima gustoću od 1.835 g / cm³, elektrolita - oko 1300 g / cm³. Kada se baterija isprazni, u njoj se pojavljuju elektrokemijske reakcije, zbog čega se iz elektrolita uzima sumporna kiselina. Gustoća koncentracije otopine ovisi skoro proporcionalno, pa bi se trebala 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 stvarati i ispuniti pore elektroda, difuzija se javlja sporije.

Teoretski, možete nastaviti iscjedak sve dok se sav kiselina ne koristi, a elektrolit će se sastojati od čiste vode. Međutim, iskustvo pokazuje da ispuštanje ne bi trebalo nastaviti nakon što je gustoća elektrolita pala 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. Na sl. prikazuje ovisnost gustoće elektrolita baterije.

Promjena gustoće elektrolita najbolji je način određivanja stanja pražnjenja baterije, pod uvjetom da se pravilno koristi.

Stupnjevi ispuštanja akumulatora, ovisno o gustoći elektrolita

Njegova gustoća treba mjeriti svaka dva tjedna, a zapis očitanja treba čuvati za buduću uporabu.

Što je elektrolit gušći, to je više kiseline i što je više baterija napunjena. Gustoća 1.300-1.280 g / cm³ označava punu naplatu. U pravilu, sljedeći stupnjevi ispuštanja baterije razlikuju se ovisno o gustoći elektrolita:

• 1.300-1.280 - potpuno napunjena:
• 1,280-1,200 - više od pola ispražnjene;
• 1,200-1,150 - manje od pola naplaćeno;
• 1.150 - praktički ispražnjen.

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. Nedugo prije početka curenja gustoća struje Elektrolit je maksimalan i jednak 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. Grafikon vremena postupka pražnjenja prikazan je na slici. u nastavku.

Praćenje elektrolita u bateriji

Za utvrđivanje gustoće koristi se gustometar. Sastoji se od zatvorenoj staklene cijevi s nastavkom na donjem kraju, napuni žive ili metak, i ocjenjuju skali na gornjem kraju. Ova skala je označena sa 1.100 do 1.300 s različitim srednjim vrijednostima, kao što je prikazano na slici. u nastavku. Ako je ovaj hidrometar postavljen u elektrolit, pada na određenu dubinu. 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.