Koncentrace a hustota kyseliny sírové. Závislost hustoty na koncentraci kyseliny sírové v autobaterii

Zředí se a koncentruje se kyselina sírová - je tak důležité, chemické látky, které produkují více ve světě než jiné látky. Hospodářská bohatství země mohou být hodnoceny z hlediska vyrobené kyseliny v nich sírové.

disociační proces

Kyselina sírová se používá ve formě vodných roztoků o různých koncentracích. Ona podstupuje disociační reakci ve dvou stupních, produkovat H ⁺ ionty jsou v roztoku.

H _{2SO 4} = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

Kyselina sírová je silná, a první stupeň disociace nastává tak rychle, že prakticky všechny původní molekuly se rozkládají na H ⁺ -ionty a HSO ₄ ^-1 -ionty (hydrogensíranu) v roztoku. Nedávná částečně rozpadají dále, uvolňující ionty H ⁺ další a opuštění síranové ionty _(SO4 ^-2) v roztoku. Nicméně, hydrogensulfát, že slabá kyselina, přetrvává v roztoku H ⁺ a SO ₄ ^-2. Kompletní disociace to nastane pouze tehdy, když je hustota roztoku kyseliny sírové je v blízkosti hustotě vody, r. F za vysokého zředění.

Vlastnosti kyseliny sírové

To je zvláštní v tom smyslu, že může působit jako konvenční kyseliny nebo silné oxidační činidlo - v závislosti na teplotě a koncentraci. Roztok studené zředěné kyseliny sírové reaguje s aktivním kovem, čímž se získá sůl (síran) a vývoj plynného vodíku. Například, reakce mezi studenou zředěnou H _{2SO 4} (za předpokladu, že jeho plný krok disociace) a kovového zinku takto:

Zn + H _{2SO 4} = ZnSO ₄ + H _2.

Horký koncentrovaná kyselina sírová, jehož hustota je přibližně 1,8 g / ^cm3, může působit jako oxidační činidlo, se nechá reagovat s materiály, které jsou zpravidla inertní vůči kyselinám, jako je například kovové mědi. V průběhu reakce, měď oxiduje, a kyselina hmotnost je snížena, roztok je tvořen ze síranu měďnatého (II) ve vodě a plynný oxid siřičitý (SO ₂₎ místo atomu vodíku, který je možné očekávat reakcí kyseliny s kovem.

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

Jak se obecně vyjádřená koncentrace roztoků

Ve skutečnosti, je koncentrace každé řešení je možné vyjádřit různými způsoby, avšak nejpoužívanějším hmotnostní koncentrace. To ukazuje počet gramů rozpuštěné látky v určité hmotnosti nebo objemu roztoku nebo rozpouštědla (typicky 1000 g, 1000 ^cm3, 100 ^cm3 a 1 ^dm3). Místo toho, aby hmoty v gramech látky může trvat množství, vyjádřeno v molech, - pak se získal molární koncentraci 1000 g nebo 1 ^dm3 řešení.

V případě, že molární koncentrace stanoví ve vztahu není k množství řešení, ale pouze k rozpouštědlu, se nazývá Molalita roztoku. Vyznačuje se nezávislosti na teplotě.

Často je koncentrace vyznačena hmotnost v gramech na 100 gramů rozpouštědla. Vynásobením tohoto čísla 100%, se připravuje na hmotnostní procenta (na koncentraci). To znamená, že tento způsob se nejčastěji používá jako aplikován do roztoku kyseliny sírové.

Každá hodnota koncentrace roztoku, stanoveno při dané teplotě, odpovídá velmi specifickou hustotu (např hustotě roztoku kyseliny sírové). Z tohoto důvodu, někdy se vyznačuje řešení. Například, H _{2SO 4} roztoku, vyznačující se tím, procentuální koncentraci 95,72%, hustotu 1,835 g / ^cm3 při t = 20 ° C Jak stanovení koncentrace takového řešení, je-li dána pouze sírové hustoty kyseliny? Tabulka dává Tato korespondence je pevnou součástí každé učebnice obecné nebo analytické chemie.

Příklad koncentrace přepočtu

Pustit z jednoho druhu projevu na jinou koncentraci roztoku. Předpokládejme, že máme H _{2SO 4} roztoku ve vodě s koncentrací 60% zájmu. První Definujeme hustotu odpovídající kyseliny sírové. Tabulka obsahující procentuální (první sloupec) a odpovídající hustoty vodného roztoku H _{2SO 4} (čtvrtý sloupec), je uveden níže.

To určuje požadovanou hodnotu, která se rovná 1.4987 g / ^cm3. Nyní vypočítáme molarita roztoku. K tomu je nutné určit množství H ₂ SO ₄ v 1 litru roztoku a odpovídajícího počtu molů kyseliny.

Množství, které zaujímají 100 g zásobního roztoku:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Vzhledem k tomu, v 66,7 ml 60% roztoku obsahuje 60 g kyseliny v 1 litru bude obsahovat:

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

sírová molekulové hmotnosti kyseliny rovnající se 98. Proto je počet molů obsažených v 899.55 g svých gramů, bude:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

Závislost hustoty na koncentraci kyseliny sírové, je znázorněn na obr. níže.

Použití kyseliny sírové

To se používá v různých průmyslových odvětvích. Při výrobě železa a oceli se používá k čištění povrchu kovu před tím, než je pokryta další látky podílející se na vytváření syntetických barviv, jakož i jiných typů kyselin, jako je kyselina chlorovodíková a kyselina dusičná. To je také používá při výrobě farmaceutických výrobků, hnojiv a výbušniny, a ještě je důležitý činidlo na odstraňování nečistot ze surové ropy v rafinérském průmyslu.

Tato chemická je velmi užitečné v každodenním životě, a je snadno k dispozici ve formě roztoku kyseliny sírové použité baterie olovo-kyselin (např. Ty, které jsou v automobilech). Takové kyseliny má obvykle koncentraci od asi 30% do 35% H _{2SO 4} hmotnostní bilance - voda.

Pro mnoho spotřebitelských aplikací 30% H ₂ SO ₄ bude víc než dost, aby vyhovoval jejich potřebám. Nicméně, v průmyslu a vyžaduje mnohem vyšší koncentraci kyseliny sírové. Typicky, v průběhu výroby se nejprve získá dostatečně zředěné a kontaminované organickými vměstků. Koncentrovaná kyselina se získá ve dvou stupních: nejprve se nastaví na 70%, a poté - v druhém kroku - se zvýší na 96-98%, což je limitující parametr pro ekonomicky životaschopné výroby.

Hustota kyseliny sírové a podobách

I když téměř 99% kyseliny sírové může být krátce na teplotu zpětného toku, ale následná ztráta _SO3 při teplotě varu snižuje koncentraci 98,3%. Obecně platí, že druhy s indexem 98% více stabilní při skladování.

Komerční stupně kyseliny se liší v jeho koncentraci zájmu, a pro které je vybráno takové hodnoty, při které se při nízké teplotě krystalizace. To se provádí, aby se snížila ztráta krystalů kyseliny sírové srážet během přepravy a skladování. Hlavními odrůdami jsou:

• Věž (dusný) - 75%. Hustota kyseliny sírové třídy se rovná 1670 kg / m ^3. Získat jeho tzv. dusný způsob, ve kterém výsledný nitroso zpracuje (to je také H _{2SO 4,} ale s rozpuštěnými oxidy dusíku) v primárním vypalování kalcinovaná surový plyn obsahující oxid siřičitý SO _2, do utěsněných věže (odtud název odrůdy). V důsledku toho přidělena oxidy kyselin a dusíku, které nejsou spotřebovány v procesu, a vrací se do výrobního cyklu.
• Kontaktní - 92,5-98,0%. Hustota kyseliny sírové 98% třídy se rovná 1836.5 kg / m ^3. Je také získat z pekáč plynů, obsahujících SO _2, kde způsob zahrnuje anhydridu oxidaci oxidu SO ₃ s kontaktem (odtud název stupeň) s více vrstvami pevné vanadu katalyzátoru.
• Olea - 104,5%. Jeho hustota je rovna 1896,8 kg / m ^3. Tento roztok o SO ₃ v H _{2SO 4,} vyznačující se tím, že první složka obsahuje 20% a kyselina - je 104,5%.
• Vysoce kvalitní olea - 114,6%. Jeho hustota - 2002 kg / ^m3.
• Baterie - 92-94%.

Jak autobaterii

Provoz tohoto jednoho z nejoblíbenějších elektrických zařízení je založen výhradně na elektrochemické procesy probíhající v přítomnosti vodné kyseliny sírové.

Automobilové baterie obsahuje zředěné elektrolytu kyseliny sírové, a kladné a záporné elektrody ve formě několika desek. Kladné desky jsou vyrobeny z červenohnědého materiálu - z oxid olovičitý (PbO _2), a negativní - ze šedavě „houby“, olova (Pb).

Vzhledem k tomu, že elektrody jsou vyrobeny z olova nebo olovnatého materiálu, je tento typ akumulátoru se často nazývá olověný akumulátor. Její provozuschopnosti, t. E. Výstupní napětí je přímo určen tím, co je v tomto okamžiku je hustota kyseliny sírové (v kg / m3, nebo g / cm ^3), naplněné v baterii jako elektrolyt.

Co se stane s elektrolytem, když se akumulátor vybije,

Elektrolyt Olověný akumulátor je dobíjecí roztok kyseliny sírové v chemicky čisté destilované vodě s koncentrací zájmu 30% při plném nabití. kyselina Net má hustotu 1,835 g / cm ^3, elektrolytové - asi 1,300 g / ^cm3. Pokud je baterie vybitá, IT elektrochemické reakce probíhají což v kyselině sírové, vytažené z elektrolytu. Koncentrace roztoku závisí téměř úměrná hustotě, takže by to mělo snížit v závislosti na poklesu koncentrace elektrolytu.

Tak dlouho, jak vybíjecí proud protéká baterie kyseliny je široce používán v blízkosti jeho elektrody a elektrolyt se stává zředěné. kyselina difúze z celkového objemu elektrolytu a elektrodové desky podporuje přibližně konstantní intenzitu chemických reakcí a, v důsledku toho, výstupní napětí.

Na začátku vyprazdňovacího procesu difúze kyseliny elektrolytu v desce dochází rychle, protože výsledný sulfát s dosud dosažených pórů aktivního materiálu elektrod. Když síran začíná tvořit a vyplnění pórů elektrod, difúze probíhá pomaleji.

Teoreticky je možné, aby i nadále plnit tak dlouho, dokud nebudou všechny použité kyseliny, a elektrolyt se bude skládat z čisté vody. Zkušenosti však ukazují, že hladina by neměla pokračovat po hustota elektrolytu klesla na 1.150 g / ^cm3.

Když hustota klesá od 1300 do 1150, což znamená, že e-sulfát se vytvoří v průběhu reakce, a vyplňuje všechny póry v aktivním materiálu na desky, tj. E. z roztoku již vybrána téměř veškeré kyseliny sírové. Hustota závisí na koncentraci proporcionálně, a podobně, hustota nabití baterie závisí. Obr. níže ukazuje závislost hustoty elektrolytu baterie.

Změna hustoty elektrolytu, nejlepší prostředek k určení stavu vybití baterie, za předpokladu, že je správně používán.

Stupně vybití autobaterie v závislosti na hustotě elektrolytu

Jeho hustota je třeba měřit každé dva týdny a musí být vždy čtení rekord pro budoucí použití.

Čím více hustý elektrolytu, tím více kyseliny obsahuje a čím více je baterie nabitá. Hustota 1,300-1,280 g / ^cm3 ukazuje plné nabití. Typicky, v návaznosti na stupeň vybití baterie se liší v závislosti na hustotě elektrolytu:

• 1,300-1,280 - plně nabitá:
• 1,280-1,200 - více než z poloviny prázdná;
• 1,200-1,150 - nabitý méně než polovinu;
• 1150 - téměř prázdná.

V plně nabité baterie před připojením jeho automobilovou napájecí napětí jednotlivých článků je 5/02-07/2 V. Jakmile je připojena zátěž, napětí rychle klesne na asi 2,1 V po dobu tří až čtyř minut. To je vzhledem k vytvoření tenké vrstvy síranu olovnatého na povrchu záporných elektrodových desek a mezi hlavní vrstvou a kovovým peroxidu pozitivní desky. Konečná hodnota napětí článku po silniční sítě spojující přibližně 2,15-2,18 voltů.

Když se proud začne protékat akumulátoru během první hodiny provozu, dojde k poklesu napětí až 2 V důsledku zvýšeného odporu vnitřního buněk vzhledem k tvorbě větších množství síranu, který vyplňuje póry desek a výběr kyseliny elektrolytu. Krátce před začátkem proudění proudové hustoty elektrolytu je maximální a rovná se 1,300 g / ^cm3. Zpočátku se podtlak probíhalo rychle, ale pak nastavit vyrovnaného stavu mezi hustotou kyseliny v blízkosti desek a v podstatě elektrolytové výběru svazku elektrod podporován kyseliny vstupujícího novinek kyseliny z převážné části elektrolytu. Průměrná hustota elektrolytu stále klesá postupně na základě vztahu znázorněného na obr. výše. Po počátečním poklesu napětí klesá pomaleji, jeho rychlost redukce závisí na zatížení baterie. Časový rozvrh proces vybíjení je znázorněno na obr. níže.

Kontrola stavu elektrolytu v baterii

Pro určení hustoměr hustoty používané. To se skládá z uzavřené skleněné trubice s prodloužením na spodním konci, naplněné rtuť nebo střelou, a stupnice na horním konci. Tato stupnice označeny od 1100 do 1300 s různými střední hodnoty, jak je znázorněno na Obr. níže. Pokud je hustoměr umístěn v elektrolytu, bude klesat do určité hloubky. Proto bude přemístění určitého objemu elektrolytu, a když je dosaženo rovnovážné polohy, bude hmotnost vytlačený objem se právě rovná hmotnosti hustoměru. Vzhledem k tomu, že hustota elektrolytu se rovná poměru jeho hmotnosti na objem a hmotnost hustoměru je známa, pak každá úroveň ponoření v roztoku odpovídá určité jeho hustoty. Některé vodoměry mají s hodnotami stupnice hustoty, ale jsou označeny „nabitá“, „půl číslici“, „Full vypouštění“ nebo podobně.