Concentrația și densitatea acidului sulfuric. Dependența densității concentrației de acid sulfuric în bateria mașinii

Se diluează și concentrate de acid sulfuric - este atât de substanțe chimice importante pe care le produc mai mult în lume decât orice altă substanță. bogăția economică a țării poate fi evaluată în ceea ce privește acidul sulfuric produs în acesta.

proces de disociere

Acidul sulfuric este utilizat sub formă de soluții apoase de diferite concentrații. Ea suferă reacția de disociere în două etape, care produc ioni de H ⁺ sunt în soluție.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

Acidul sulfuric este un puternic, iar prima etapă de disociere se produce atât de rapid , încât practic toate moleculei originale descompun în H ⁺ -ions și HSO ₄ ^-1 -ions (sulfat acid) în soluție. Recente parțial dezintegra în continuare, eliberând ioni H ⁺ și celălalt rămânând un ion sulfat (SO ₄ ^-2) în soluție. Cu toate acestea, hidrogensulfat, fiind un acid slab, încă predomină într - o soluție de H ⁺ și SO ₄ ^-2. disociere completă se produce numai atunci când densitatea soluției de acid sulfuric este aproape de densitatea apei, r. F sub diluție ridicată.

Proprietățile acidului sulfuric

Este deosebit în sensul că poate acționa ca un acid convențional sau un oxidant puternic - în funcție de temperatura și concentrația. O soluție diluată rece de acid sulfuric reacționează cu metalul activ pentru a se obține sarea (sulfat) și evoluția hidrogenului gazos. De exemplu, reacția dintre diluata rece H ₂ SO ₄ (presupunând întregul său pas de disociere) și zinc metalic , după cum urmează:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H _2.

Acidul sulfuric concentrat fierbinte, a cărui densitate este de aproximativ 1,8 g / ^cm3, poate acționa ca un oxidant, reacționând cu materiale care sunt în general inerte la acizi, cum ar fi , de exemplu , cupru metalic. În timpul reacției, cuprul este oxidat și se reduce masa de acid, se formează o soluție de sulfat de cupru (II) în apă și dioxid gazos sulf (SO ₂₎ în loc de hidrogen, care ar fi de așteptat prin reacția acidului cu un metal.

Cu + 2H ₂ SO ₄ = _CUSO4 + SO ₂ + 2H ₂ O.

După cum a exprimat, în general, prin concentrarea soluțiilor

De fapt, concentrația oricărei soluții poate fi exprimată în diferite moduri, dar concentrația cea mai utilizată în greutate. Acesta arată numărul de grame de solut într - o anumită greutate sau volum al soluției sau solvent ( de obicei , 1000 g, 1000 ^cm3, 100 ^cm3 și 1 dm ^3). In loc de masa în grame a unei substanțe poate lua cantitatea, exprimată în moli, - atunci obținut concentrația molară de 1000 g sau 1 dm ³ soluție.

Dacă concentrația molară determinată în raport nu la cantitatea de soluție, dar numai la solvent, se numește molalitate soluției. Acesta este caracterizat prin independența temperaturii.

Adesea, concentrația indicată de greutate în grame la 100 de grame de solvent. Înmulțind această cifră cu 100%, este preparat un procent în greutate (per concentrație). Cu alte cuvinte, această metodă este cea mai frecvent utilizată ca aplicată la o soluție de acid sulfuric.

Fiecare valoare a concentrației de soluție, determinată la o temperatură dată, aceasta corespunde unei densități foarte specifice (de exemplu, densitatea soluției de acid sulfuric). De aceea, uneori este caracterizat prin soluție. De exemplu, H ₂ SO ₄ soluție, concentrația procentuală de 95,72% caracterizată, o densitate de 1,835 g / ^cm3 la t = 20 ° C Cum se determină concentrația unei astfel de soluții, în cazul dat numai densitate de acid sulfuric? Tabelul dând astfel de corespondență este un accesoriu al oricărui manual privind chimia generală sau analitică.

EXEMPLUL recalcularea concentrației

Să mergem de la un mod de exprimare la o altă soluție de concentrare. Să presupunem că avem H ₂ SO ₄ soluție în apă cu o concentrație de 60% de interes. Definim mai întâi densitatea acidului sulfuric corespunzător. Tabelul conține procente (prima coloană) și densitatea corespunzătoare a soluției apoase de H ₂ SO ₄ ( a patra coloană), este prezentată mai jos.

Aceasta determină valoarea dorită , care este egală cu 1.4987 g / ^cm3. Acum calculăm molaritatea soluției. Pentru aceasta este necesar să se determine masa H ₂ SO ₄ în 1 litru de soluție și numărul corespunzător de moli de acid.

Volumul, care ocupă 100 g de soluție stoc:

100 / 1.4987 = 66,7 ml.

Deoarece, în 66,7 ml de soluție 60% a conținut 60 g acid în 1 litru de ea va conține:

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

sulfuric greutate molar de acid egal cu 98. Prin urmare, numărul de moli conținute în 899.55 g de grame sale, va fi:

899.55 / 98 = 9,18 mol.

Dependența densității concentrația acidului sulfuric este prezentată în Fig. de mai jos.

Utilizarea acidului sulfuric

Este folosit în diverse industrii. În producția de fier și oțel este folosit pentru curățarea suprafeței metalice înainte de a fi acoperită cu o altă substanță implicată în crearea de coloranți sintetici precum și alte tipuri de acizi, cum ar fi acidul clorhidric și azotic. Este, de asemenea, utilizat la fabricarea produselor farmaceutice, îngrășăminte și explozivi, și încă mai este un reactiv important în îndepărtarea impurităților din țiței în industria de rafinare.

Acest produs chimic este extrem de util în viața de zi cu zi, și este ușor disponibil sub formă de soluție de acid sulfuric utilizat în baterii plumb-acid (de exemplu, cele care sunt în automobile). Un astfel de acid are în general o concentrație de la aproximativ 30% până la 35% H ₂ SO ₄ în greutate, echilibrul - apa.

Pentru multe aplicații de consum 30% H ₂ SO ₄ va fi mai mult decât suficient pentru a satisface nevoile lor. Cu toate acestea, în industrie și necesită o concentrație mult mai mare de acid sulfuric. De obicei, în timpul fabricării este mai întâi obținut suficient diluat și contaminat cu incluziuni organice. acid concentrat se obține în două etape: în primul rând, a fost ajustat la 70%, și apoi - într-o a doua etapă - se ridică la 96-98%, care este parametrul de limitare pentru producție viabilă economic.

Densitatea acidului sulfuric și a varietăților sale

Deși acidul sulfuric aproape 99% poate fi scurt la reflux, dar pierderea ulterioară a SO ₃ la punctul de fierbere reduce concentrația până la 98,3%. În general, speciile cu indicele de 98% mai stabil la depozitare.

Acizii de puritate comercială variază în concentrația sa de interes și pentru care este selectat acele valori la care temperatura scăzută de cristalizare. Acest lucru se face pentru a reduce pierderea de cristale de acid sulfuric precipită în timpul transportului și depozitării. Principalele soiuri sunt:

• Turla (azot) - 75%. Densitatea de acid sulfuric a clasei este egală cu 1670 kg / ^m3. Ia-lui așa-numitele. Metoda azotos în care a tratat nitrozo rezultat (aceasta este , de asemenea , H ₂ SO _4, dar cu oxizi de azot dizolvați) în primar ardere a gazului brut calcinat conținând dioxid de sulf SO _2, în turnuri aliniate ( de aici soiurile de nume). Ca rezultat alocat oxizi de azot și de acid care nu sunt consumate în proces, și a revenit la ciclul de producție.
• Contact - 92,5-98,0%. Densitatea de acid sulfuric de 98% din clasa este egală cu 1836.5 kg / ^m3. De asemenea, obținut din gazele prăjirea conținând SO _2, în care procedeul cuprinde oxidarea dioxidului de anhidridă la SO ₃ cu contactul său ( de aici numele clasei) , cu mai multe straturi de catalizator de vanadiu solid.
• Oleum - 104,5%. Densitatea sa este egală cu 1896.8 kg / ^m3. Această soluție de SO ₃ in H ₂ SO _4, în care primul component conține 20% și acid - este de 104,5%.
• De înaltă calitate oleum - 114,6%. Sa densitate - 2002 kg / ^m3.
• Acumulator - 92-94%.

Cum bateria auto

Funcționarea acestui una dintre cele mai populare dispozitive electrice se bazează în întregime pe procesele electrochimice care au loc în prezența acidului sulfuric apos.

baterie auto contine dilua electrolit acid sulfuric, și electrozi pozitivi și negativi sub forma mai multor plăci. plăci pozitive sunt realizate dintr - un material roșu-brun - de dioxid de plumb (PbO ₂₎ și negativă - de plumb gri „burete“ (Pb).

Deoarece electrozii sunt realizate din plumb sau material cu plumb, acest tip de baterie este adesea numit acumulator plumb-acid. Sa operabilitate, t. E. Tensiunea de ieșire este determinată în mod direct de ceea ce este în acest moment densitatea de acid sulfuric (kg / m3 sau g / ^cm3), umplut în baterie ca electrolit.

Ce se întâmplă cu electrolitul în cazul în care bateria se descarcă,

Electrolitului acumulator plumb-acid este o soluție reîncărcabilă de acid sulfuric într - o apă distilată pură chimic , cu o concentrație de interes de 30% la încărcare completă. Acid Net are o densitate de 1,835 g / ^cm3, electrolit - aproximativ 1,300 g / ^cm3. Când acumulatorul este descărcat, reacțiile electrochimice apar ca rezultat în acidul sulfuric retras din electrolit. concentrarea soluției depinde aproape proporțională cu densitatea, deci trebuie să scadă din cauza scăderii concentrației de electrolit.

Atâta timp cât curentul curge de evacuare prin acidul bateriei este utilizat pe scară largă în apropierea electrozii săi și electrolit devine mai diluat. difuzie acidă din volumul total al electrolitului și a plăcilor de electrozi suportă intensitate aproximativ constantă de reacții chimice și, în consecință, tensiunea de ieșire.

La începutul procesului de descărcare de difuzie a electrolitului de acid din placa se produce rapid, deoarece sulfatul rezultat cu pori încă marcate în materialul activ al electrozilor. Când sulfat începe să se formeze și umple porii electrozilor, difuzia are loc mai lent.

Teoretic este posibil să continue să se descarce atâta timp cât toate acidul nu vor fi folosite, iar electrolitul va fi compus din apa pura. Cu toate acestea, experiența arată că nivelul nu ar trebui să continue după densitatea electrolitului a scăzut la 1,150 g / ^cm3.

Atunci când densitatea scade de la 1.300 la 1.150, ceea ce înseamnă că o mare parte sulfat sa format în timpul reacției și se umple toți porii din materialul activ pe plăci, adică. E. Din soluția selectată deja aproape toate de acid sulfuric. Densitatea depinde de concentrația în mod proporțional, și în mod similar, densitatea încărcarea bateriei depinde. Fig. de mai jos prezintă dependența densității bateriei electrolit.

Schimbarea densitatea electrolitului, cel mai bun mijloc de determinare starea de descărcare a bateriei, cu condiția ca acesta este utilizat în mod corespunzător.

Grade de descărcare a bateriei auto în funcție de densitatea electrolitului

Densitatea ei trebuie măsurată o dată la două săptămâni și trebuie să fie întotdeauna lectură record pentru o utilizare viitoare.

Electrolitul mai dens, mai acidul conține și cu cât bateria este încărcată. Densitate 1,300-1,280 g / ^cm3 indică o încărcare completă. De obicei, după gradul de descărcare a bateriei variază în funcție de densitatea electrolitului:

• 1,300-1,280 - încărcat complet:
• 1,280-1,200 - mai mult de jumătate goale;
• 1,200-1,150 - taxat mai puțin de jumătate;
• 1,150 - aproape gol.

Într-o baterie încărcată complet înainte de a conecta tensiunea de alimentare cu automobile a fiecărei celule este de 2,5 până la de 2,7 V. Imediat ce sarcina este conectat, tensiunea scade rapid la aproximativ 2,1 V timp de trei sau patru minute. Acest lucru se datorează formării unui strat subțire de sulfat de plumb pe suprafața plăcilor de electrod negativ și între stratul de plumb și peroxid metalic plăci pozitive. Valoarea finală a tensiunii celulei, după o rețea de drumuri care leagă aproximativ 2,15-2,18 volți.

Când curentul începe să curgă prin baterie în timpul primei ore de funcționare, există o cădere de tensiune la 2 V datorita rezistentei crescute de celule interne datorită formării de cantități mai mari de sulfat care umple porii plăcilor și selectarea acidului electrolit. Cu puțin timp înainte de începerea fluxului de densitatea curentului electrolitului este maximal și egală cu 1,300 g / ^cm3. Inițial, subpresiune se produce rapid, dar apoi setați starea echilibrată între densitatea acidului în apropierea plăcilor și electrozii de selecție volum substanțial de electrolit care intră acidul nou acidul bucăți din cea mai mare parte a electrolitului sprijinit. Densitatea medie a electrolitului continuă să scadă în mod constant pe relația prezentată în Fig. de mai sus. După o cădere de tensiune inițială scade mai lent, rata de reducere depinde de încărcarea bateriei. Timpul procesului de descărcare orar este prezentat în Fig. de mai jos.

Controlul stării de electrolit din baterie

Pentru a determina densitatea hidrometru utilizat. Este compus dintr-un tub etanș de sticlă, cu o extensie la capătul inferior, umplut cu mercur sau împușcat, și o scală gradată pe capătul superior. Această scală marcată de la 1100 la 1300 cu diferite valori intermediare, așa cum se arată în Fig. de mai jos. În cazul în care hidrometru este plasat într-un electrolit, se va scufunda la o anumită adâncime. Astfel, se va deplasa un anumit volum de electrolit, iar când se atinge poziția de echilibru, greutatea volumului deplasat va fi doar egal cu hidrometru greutate. Deoarece densitatea electrolitului este egal cu raportul dintre greutatea sa la volumul și greutatea hidrometrul este cunoscută, atunci fiecare nivel de imersie în soluția corespunde unei anumite densitatea acestuia. Unele au Aerometrele cu valorile scalei de densitate, dar sunt marcate cu „taxat“, „o jumătate de cifră“, „descărcare completă“ sau altele asemenea.