Konsentrasjonen og tettheten av svovelsyre. Avhengigheten av tettheten av svovelsyrekonsentrasjonen i den bilbatteri

Fortynn og konsentrert svovelsyre - det er så viktige kjemikalier som de produserer mer i verden enn noen annen substans. Økonomisk rikdom av landet kan evalueres med hensyn til produsert deri svovelsyre.

dissosiasjonsprosessen

Svovelsyre anvendes i form av vandige oppløsninger av forskjellige konsentrasjoner. Hun undergår dissosiasjon reaksjon i to trinn, fremstilling av H ⁺ -ioner er i løsning.

_{H2 SO4} = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

Svovelsyre er en sterk, og den første fasen av dissosiasjon skjer så hurtig at praktisk talt alle de opprinnelige molekylet brytes ned til H ⁺ -ioner og HSO ₄ ^-1 -ioner (hydrogensulfat) i oppløsning. Nylige delvis oppløse ytterligere, frigjør H ⁺ ioner andre og etterlater en sulfationer (SO _^4-2) i løsning. Imidlertid, hydrogensulfat, som er en svak syre, er imidlertid fremdeles overveiende i en oppløsning av H ⁺ og SO ₄ ^-2. Fullstendig dissosiasjon det oppstår bare når tettheten av den svovelsyreoppløsning er nær vannets tetthet, r. F under høyt fortynning.

Egenskaper av svovelsyre

Det er spesielt i den forstand at den kan fungere som en vanlig syre eller et sterkt oksideringsmiddel - avhengig av temperatur og konsentrasjon. En kald fortynnet løsning av svovelsyre reagerer med det aktive metall for å gi saltet (sulfat), og at utviklingen av hydrogengass. For eksempel, reaksjonen mellom kald fortynnet _{H2 SO4} (forutsatt full-trinn dissosiasjon) og metallisk sink som følger:

Zn + _{H2 SO4} = _ZnSO4 + _H2.

Den varme konsentrert svovelsyre, hvis tetthet er 1,8 g / ^cm3, kan virke som et oksydasjonsmiddel, som reagerer med materialer som er generelt inert overfor syrer, slik som for eksempel metallisk kobber. Under reaksjonen blir det kobber oksyderes, og den sure masse er redusert, en oppløsning dannes av kobbersulfat (II) i vann og gassformig svoveldioksyd _(SO2) i stedet for hydrogen, som ville være forventet ved omsetning av syren med et metall.

Cu + _{2-H2 SO4} = _CuSO4 + _SO2 + 2 H ₂ O.

Som generelt uttrykt ved konsentrasjonen av oppløsninger

Egentlig kan konsentrasjonen av en hvilken som helst oppløsning uttrykkes på forskjellige måter, men den mest brukte konsentrasjonen etter vekt. Den viser antall gram oppløst stoff i en bestemt vekt eller volum av løsningen eller løsningsmiddel (typisk 1,000 g, 1,000 ^cm3, 100 ^cm3 og en ^dm3). I stedet for massen i gram av en substans kan ta den mengde, uttrykt i mol, - da den oppnådde den molare konsentrasjon av 1000 g eller 1 ^dm3 oppløsning.

Dersom den molare konsentrasjonen bestemt i forhold til den ikke mengden av oppløsningen, men bare til løsningsmidlet, blir den kalt molar konsentrasjon av løsningen. Den er karakterisert ved den uavhengighet av temperaturen.

Ofte er den vektkonsentrasjon er angitt i gram per 100 gram løsemiddel. Dette tall multipliseres med 100%, fremstilles det på en vektprosent (hver konsentrasjon). Det er, er denne metoden brukes oftest anvendt på en svovelsyreoppløsning.

Hver verdi av oppløsningskonsentrasjon, bestemt ved en gitt temperatur, tilsvarer det en meget spesifikk tetthet (f.eks tettheten av svovelsyreoppløsning). Derfor, selv om det er preget løsning. For eksempel, H ₂ SO ₄ oppløsning, karakterisert prosentvis konsentrasjon 95,72%, en densitet på 1,835 g / ^cm3 ved t = 20 ° C. Slik å bestemme konsentrasjonen av en slik løsning, hvis gitt bare svovelsyre tetthet? Tabell som gir en slik korrespondanse er et innslag av noe lærebok i generell eller analytisk kjemi.

EKSEMPEL konsentrasjon ny beregning

La gå fra en uttrykksmåte til en annen løsning konsentrasjon. Anta at vi har _H-2 SO ₄ oppløsning i vann med 60% konsentrasjon av interesse. Vi definerer første tettheten av den tilsvarende svovelsyre. Tabell inneholdende prosenter (første kolonne) og den tilsvarende tetthet av den vandige oppløsning av H _{2SO 4} (fjerde kolonne), er vist nedenfor.

Den bestemmer den ønskede verdi som er lik 1,4987 g / ^cm3. Vi regner nå molariteten av løsningen. For dette er det nødvendig å bestemme massen av _{H2 SO4} i 1 liter løsning, og det tilsvarende antall mol av syre.

Volum, som opptar 100 g stamløsning:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Siden i 66,7 ml 60% oppløsning inneholdt 60 g av syren i 1 liter av den vil inneholde:

(60 / 66,7) x 1,000 = 899, 55 g.

svovelsyre molvekt lik 98. Følgelig er antallet mol inneholdt i 899,55 g av sine gram, vil være:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

Avhengigheten av tettheten av svovelsyrekonsentrasjonen er vist i fig. nedenfor.

Anvendelsen av svovelsyre

Den brukes i ulike bransjer. Ved fremstillingen av jern og stål brukes for å rense metalloverflaten før den dekkes med en annen substans som er involvert i etableringen av syntetiske fargestoffer så vel som andre typer av syrer slik som saltsyre og salpetersyre. Det er også brukt ved fremstilling av farmasøytiske preparater, gjødningsstoffer og eksplosiver, og likevel er en viktig reagens ved fjerning av urenheter fra råoljen i raffineringsindustrien.

Dette kjemikaliet er ekstremt nyttig i dagliglivet, og er lett tilgjengelig som en svovelsyreoppløsning som anvendes i bly-syre batterier (f.eks, de som er i biler). En slik syre har generelt en konsentrasjon fra omtrent 30% til 35% H _{2SO 4,} i vekt, idet resten - vann.

For mange private aktører 30% H ₂ SO ₄ vil være mer enn nok til å dekke sine behov. Men i industrien og det krever en mye høyere konsentrasjon av svovelsyre. Vanligvis, i løpet av fremstillingen er det første oppnås tilstrekkelig fortynnet og forurenset med organiske slutninger. Konsentrert syre blir oppnådd i to trinn: for det første ble den justert til 70%, og deretter - i et andre trinn - heves til 96-98%, hvilket er den begrensende parameter for økonomisk lønnsom produksjon.

Tettheten av svovelsyre og dens varianter

Selv om nesten 99% svovelsyre kan være kort ved tilbakeløpstemperatur, men etterfølgende tap av SO ₃ ved kokepunktet reduserer konsentrasjonen til 98,3%. Generelt er de arter med indeksen 98% mer stabile ved lagring.

Kommersiell karakter syrer varierer i sin konsentrasjon av interesse, og for hvilken det er valgt de verdier ved hvilke den lave krystallisasjonstemperatur. Dette gjøres for å redusere tapet av svovelsyre krystaller utfelles under transport og lagring. De viktigste sorter er:

• Tårnet (lystgass) - 75%. Svovelsyre tetthet av klassen er lik 1670 kg / ^m3. Få hans såkalte. lystgass metode hvori den resulterende nitroso behandlede (dette er også H _{2SO 4,} men med oppløste nitrogenoksyder) i det primære avfyrings kalsinert rå gass inneholdende svoveldioksyd SO _2, inn i foret tårn (herav navnet varianter). Som et resultat er tildelt syre og nitrogenoksyder som ikke forbrukes i prosessen, og returneres til produksjonssyklusen.
• Kontakt - 92,5-98,0%. Svovelsyre tetthet på 98% av den klassen er lik 1836.5 kg / ^m3. Det ble også erholdt fra røstegasser inneholdende _SO2, hvori fremgangsmåten omfatter anhydridet dioksyd oksydasjon til SO ₃ med sin kontakt (herav navnet karakter) med flere lag av fast vanadium katalysator.
• Oleum - 104,5%. Dens tetthet er lik 1896,8 kg / ^m3. Denne oppløsning av _SO3 i H _{2SO 4,} karakterisert ved at den første komponenten inneholder 20%, og syre - er 104,5%.
• Høyverdig oleum - 114,6%. Dens tetthet - 2002 kg / ^m3.
• Batteri - 92-94%.

Hvordan bilbatteriet

Driften av dette en av de mest populære elektriske innretninger er basert utelukkende på de elektrokjemiske prosesser som skjer i nærvær av vandig svovelsyre.

Bilbatteri inneholder fortynnet svovelsyre elektrolytt, og positive og negative elektroder i form av flere plater. Positive plater er laget av et rødlig-brunt materiale - av blydioksyd (PbO _2), og negativ - av grayish "svamp" bly (Pb).

Ettersom elektrodene er laget av bly eller blyholdig materiale, er denne type batteri ofte kalt bly-syre-batteri. Dens brukbarhet, t. E. Utgangsspenningen er direkte bestemt av det som er på dette tidspunktet tettheten av svovelsyre (kg / m3 eller g / cm ^{3), som er} fylt i batteriet som elektrolytt.

Hva skjer med elektrolytten når batteriet utslipp,

Elektrolytten bly-syre-batteri er et oppladbart løsning av svovelsyre i en kjemisk ren destillert vann med en konsentrasjon av interesse på 30% ved full ladning. Net syre har en densitet på 1,835 g / ^cm3, elektrolytt - ca. 1.300 g / ^cm3. Når batteriet er utladet, oppstår de elektrokjemiske reaksjoner som resulterer i svovelsyren fjernes fra elektrolytten. Konsentrasjonen av oppløsningen avhenger nesten proporsjonal med tettheten, så det bør reduseres på grunn av reduksjon i elektrolyttkonsentrasjonen.

Så lenge den utladningsstrøm flyter gjennom batteriet syren er mye brukt i nærheten av dens elektroder og elektrolytten blir mer fortynnet. syre diffusjon fra det totale volumet av elektrolytten og elektrodeplatene bærer en tilnærmet konstant intensitet av kjemiske reaksjoner, og følgelig utgangsspenningen.

Ved begynnelsen av utladningsprosessen med diffusjon av syren elektrolytten i platen oppstår raskt fordi den resulterende sulfat med ennå skårne porene i det aktive materiale i elektrodene. Når sulfat begynner å dannes og fylle porene i elektrodene, skjer diffusjonen plassere mer langsomt.

Teoretisk er det mulig å fortsette å slippe ut så lenge som alle syre ikke vil bli brukt, og elektrolytten vil være sammensatt av rent vann. Erfaring viser imidlertid at nivået ikke skal fortsette etter elektrolyttdensiteten falt til 1,150 g / ^cm3.

Når densiteten avtar fra 1300 til 1150, noe som betyr at mye sulfat ble dannet under reaksjonen, og den fyller alle porene i det aktive materiale på platene, det vil si. E. Fra den oppløsning som allerede er valgt nesten all svovelsyre. Tettheten avhenger av konsentrasjonen proporsjonalt, og likeledes tettheten av ladningen av batteriet er avhengig av. Fig. nedenfor viser avhengigheten av batteriets elektrolytt tetthet.

E elektrolytt tetthet, det beste middel til å bestemme batteriets utladningstilstand, forutsatt at det brukes riktig.

Grader bilbatteri utladning avhengig av elektrolytten tetthet

Tettheten bør måles annenhver uke, og må alltid holdes lese posten for fremtidig bruk.

De mer tette elektrolytt, jo mer syre den inneholder, og mer batteriet er ladet. Tetthet 1,300-1,280 g / cm ^3, indikerer en full ladning. Typisk, etter batteriets utladnings grad variere avhengig av elektrolytten tetthet:

• 1,300-1,280 - fulladet:
• 1,280-1,200 - mer enn en halv tomme;
• 1,200-1,150 - belastes mindre enn halvparten;
• 1150 - nesten tom.

I en fullt ladet batteri før tilkobling dens bil- forsyningsspenningen til hver enkelt celle er 2,5 til 2,7 V. Så snart lasten er koblet til, spenningen raskt faller til ca. 2,1 V for tre eller fire minutter. Dette er på grunn av dannelsen av et tynt lag av blysulfat på overflaten av de negative elektrodeplatene og mellom ledningen laget og metall peroksid positive plater. Den endelige verdien av cellespenningen etter et veinett som forbinder ca. 2,15-2,18 volt.

Når strøm begynner å flyte gjennom batteriet i løpet av den første timen av drift, er det et spenningsfall på 2 V på grunn av øket indre cellemotstand på grunn av dannelsen av større mengder av sulfat som fyller porene i platene og valget av elektrolytt syre. Kort tid før start av strømmen av strømtettheten av elektrolytten er maksimal og lik 1,300 g / ^cm3. Til å begynne med det undertrykk skjer raskt, men deretter sette den balanserte tilstand mellom tettheten av syre i nærheten av platene, og i det vesentlige elektrolytt-volum på valg elektroder understøttet syre kommer inn nye stykker syre fra mesteparten av elektrolytten. Den midlere tetthet av elektrolytten fortsetter å avta jevnt med forholdet som er vist i fig. ovenfor. Etter en innledende fall spenning synker langsommere, dens reduksjonshastigheten avhenger av batteriets belastning. Tidsskjema utladningsprosessen er vist i fig. nedenfor.

Kontroll av tilstanden i elektrolytten i batteriet

For å bestemme tettheten hydrometer som brukes. Det består av et lukket glassrør med en forlengelse ved den nedre enden, fylt med kvikksølv eller skudd, og en gradert skala på den øvre enden. Denne skalaen er merket fra 1100 til 1300 med forskjellige mellomliggende verdier, som vist i fig. nedenfor. Dersom den hydrometer er plassert i en elektrolytt, vil det synke til en bestemt dybde. Således vil den fortrenge et visst volum av elektrolytt, og da den likevektstilling er nådd, vil vekten av det fortrengte volum være akkurat lik vekten hydrometer. Siden tettheten av elektrolytten lik forholdet mellom dens vekt til volum og vekt av den hydrometer er kjent, da hvert nivå av neddykking i oppløsningen tilsvarer en bestemt dens tetthet. Noen Målere har med verdiene av skalaen tettheten, men er preget av "Charged", "halv tallet", "Full utslipp" eller lignende.