La concentració i la densitat de l'àcid sulfúric. La dependència de la densitat de la concentració d'àcid sulfúric a la bateria del cotxe

Diluït i es concentra àcid sulfúric - és químics tan importants que produeixen més al món que qualsevol altra substància. La riquesa econòmica del país pot ser avaluada en termes d'àcid sulfúric produït en el mateix.

procés de dissociació

L'àcid sulfúric s'utilitza en la forma de solucions aquoses de diverses concentracions. Ella se sotmet a reacció de dissociació en dues etapes, produint ions H ⁺ estan en solució.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

L'àcid sulfúric és un fort, i la primera etapa de dissociació es produeix tan ràpidament que pràcticament la totalitat de la molècula original a descompondre en H ⁺ ions i HSO ₄ ^-1 ions (sulfat d'hidrogen) en solució. Recents parcialment desintegren més, l'alliberament d'ions H ⁺ un altre i deixant un ió sulfat (SO ₄ ^-2) en solució. No obstant això, hidrogenosulfato, sent un àcid feble, encara preval en una solució d'H ⁺ i SO ₄ ^-2. dissociació completa que només es produeix quan la densitat de la solució d'àcid sulfúric es troba prop de la densitat de l'aigua, r. F sota alta dilució.

Propietats d'àcid sulfúric

És especial en el sentit que pot actuar com un àcid convencional o un oxidant fort - en funció de la temperatura i la concentració. Una solució diluïda freda d'àcid sulfúric reacciona amb el metall actiu per donar la sal (sulfat) i l'evolució de gas hidrogen. Per exemple, la reacció entre diluït fred H ₂ SO ₄ (suposant que el seu pas complet de dissociació) i zinc metàl·lic com segueix:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H _2.

L'àcid sulfúric concentrat calent, la densitat és d'aproximadament 1,8 g / cm ^3, pot actuar com un oxidant, reaccionar amb materials que són generalment inert als àcids, com ara per exemple coure metàl·lic. Durant la reacció, el coure s'oxida, i es redueix la massa d'àcid, es forma una solució de sulfat de coure (II) en aigua i diòxid de sofre gasós _(SO2) en lloc d'hidrogen, que el que s'esperaria per reacció de l'àcid amb un metall.

Cu + 2H ₂ SO ₄ = CuSO ₄ + _SO2 + 2H ₂ O.

Com s'expressa generalment per la concentració de solucions

En realitat, la concentració de qualsevol solució es pot expressar de diferents maneres, però la concentració més àmpliament utilitzats, per pes. Es mostra el nombre de grams de solut en un determinat pes o volum de la solució o dissolvent (típicament 1.000 g, 1.000 cm ^3, 100 cm ³ i 1 ^dm3). En lloc de la massa en grams d'una substància pot prendre la quantitat, expressada en mols, - a continuació, el obté la concentració molar de 1.000 g o 1 ^dm3 solució.

Si la concentració molar determinada en relació no a la quantitat de la solució, però només per al dissolvent, es diu la molalitat de la solució. Es caracteritza per la independència de la temperatura.

Sovint, la concentració en pes s'indica en grams per 100 grams de dissolvent. Multiplicant aquesta xifra per 100%, es prepara en un percentatge en pes (per concentració). És a dir, s'utilitza amb més freqüència aquest mètode com s'aplica a una solució d'àcid sulfúric.

Cada valor de la concentració de la solució, determinada a una temperatura donada, que correspon a una densitat molt específic (per exemple, la densitat de la solució d'àcid sulfúric). Per tant, de vegades es caracteritza solució. Per exemple, H ₂ SO solució _4, caracteritzat concentració en percentatge 95,72%, una densitat de 1,835 g / cm ³ a t = 20 ° C. Com determinar la concentració d'una solució d'aquest tipus, si se li dóna només la densitat d'àcid sulfúric? Taula donant aquesta correspondència és un accessori de qualsevol llibre de text sobre química general o analítica.

recàlcul concentració EXEMPLE

Deixi passar d'una manera d'expressió a una altra concentració de la solució. Suposem que tenim H ₂ SO ₄ solució en aigua amb una concentració de 60% d'interès. En primer lloc, definim la densitat de l'àcid sulfúric corresponent. El quadre que conté percentatges (primera columna) i la corresponent densitat de la solució aquosa d'H ₂ SO ₄ (quarta columna), es mostra a continuació.

Es determina el valor desitjat, que és igual a 1,4987 g / ^cm3. Ara es calcula la molaritat de la solució. Per això és necessari per determinar la massa d'H ₂ SO ₄ en 1 litre de solució i el corresponent nombre de mols d'àcid.

Volum, que ocupen 100 g de solució mare:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Atès que en 66,7 ml de solució al 60% continguda 60 g de l'àcid en 1 litre que contindrà:

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

sulfúric pes molar àcid igual a 98. Per tant, el nombre de mols continguts en 899,55 g de les seves grams, serà:

899,55 / 98 = 9,18 mols.

La dependència de la densitat de la concentració d'àcid sulfúric es mostra a la Fig. a continuació.

L'ús d'àcid sulfúric

S'utilitza en diverses indústries. En la producció de ferro i acer s'utilitza per a la neteja de la superfície del metall abans que es cobreix amb una altra substància implicada en la creació de colorants sintètics, així com altres tipus d'àcids tals com àcid clorhídric i nítric. També s'utilitza en la fabricació de productes farmacèutics, fertilitzants i explosius, i encara és un reactiu important en l'eliminació d'impureses del petroli cru en la indústria de la refinació.

Aquest producte químic és extremadament útil en la vida diària, i és fàcilment disponible com una solució d'àcid sulfúric utilitzat en les bateries de plom-àcid (per exemple, els que estan en automòbils). Tal àcid generalment té una concentració d'aproximadament 30% a 35% H ₂ SO ₄ en pes, l'equilibri - aigua.

Per a moltes aplicacions de consum 30% H ₂ SO ₄ serà més que suficient per satisfer les seves necessitats. No obstant això, en la indústria i que requereix una concentració molt més gran d'àcid sulfúric. Típicament, durant la fabricació s'obté primer prou diluït i contaminat amb inclusions orgànics. àcid concentrat s'obté en dues etapes: primer, que es va ajustar a 70%, i després - en un segon pas - s'eleva a 96-98%, que és el paràmetre limitant per a la producció econòmicament viable.

La densitat de l'àcid sulfúric i les seves varietats

Encara que gairebé 99% d'àcid sulfúric pot ser breument a reflux, però la pèrdua subsegüent SO ₃ en el punt d'ebullició redueix la concentració a 98,3%. En general, les espècies amb l'índex 98% més estables en l'emmagatzematge.

àcids de qualitat comercial varien en la seva concentració d'interès, i per al qual se seleccionen els valors en què la baixa temperatura de cristal·lització. Això es fa per reduir la pèrdua de cristalls d'àcid sulfúric precipitar durant el transport i emmagatzematge. Les principals varietats són:

• La torre (nitrós) - 75%. densitat de l'àcid sulfúric de la classe és igual a 1670 kg / ^m3. Conèixer el seu trucada. mètode nitrós en el qual es va tractar el nitrós resultant (això també és H ₂ SO _4, però amb els òxids de nitrogen dissolts) en el primari de disparar el que conté gas cru calcinat de diòxid de sofre _SO2, en torres alineades (per tant les varietats nom). Com a resultat assignat òxids àcids i nitrogen que no es consumeixen en el procés, i retornat al cicle de producció.
• Contacte - 92,5-98,0%. densitat de l'àcid sulfúric del 98% de la classe és igual a 1836.5 kg / ^m3. També s'obté a partir dels gasos de calcinació que contenen _SO2, en què el procediment comprèn l'oxidació de diòxid de anhídrid a SO ₃ amb el seu contacte (d'aquí el grau nom) amb múltiples capes de catalitzador de vanadi sòlid.
• Oleum - 104,5%. La seva densitat és igual a 1.896,8 kg / ^m3. Aquesta solució de SO ₃ en H ₂ SO _4, en el qual el primer component conté un 20%, i àcid - és 104,5%.
• oleum d'alt grau - 114,6%. La seva densitat - 2002 kg / ^m3.
• Bateria - 92-94%.

Com funciona la bateria del cotxe

El funcionament d'aquest un dels dispositius elèctrics més populars es basa totalment en els processos electroquímics que es produeixen en presència d'àcid sulfúric aquós.

bateria d'automòbil conté diluir electròlit d'àcid sulfúric, i els elèctrodes positius i negatius en la forma de diverses plaques. Les plaques positives es fan d'un material de color marró vermellós - de diòxid de plom (PbO _2), i negatiu - de grisós plom "esponja" (Pb).

Atès que els elèctrodes estan fets de plom o material de plom, aquest tipus de bateria és sovint anomenat bateria de plom-àcid. El seu I. La tensió de sortida operabilitat, t. Es determina directament pel que és en aquest moment la densitat d'àcid sulfúric (kg / m3 o g / cm ^3), ple a la bateria com electròlit.

Què passa amb l'electròlit quan la bateria es descarrega,

L'electròlit de la bateria de plom-àcid és una solució recarregable d'àcid sulfúric en una aigua destil·lada químicament pur amb una concentració d'interès del 30% en la càrrega completa. àcid Net té una densitat de 1,835 g / cm ^3, electròlit - sobre 1,300 g / cm ^3. Quan la bateria està descarregada, es produeixen reaccions electroquímiques resultant en l'àcid sulfúric retirat de l'electròlit. concentració de la solució depèn gairebé proporcional a la densitat, de manera que hauria de disminuir a causa de la disminució en la concentració d'electròlit.

Mentre flueix el corrent de descàrrega a través de l'àcid de la bateria és àmpliament utilitzat a prop dels seus elèctrodes i l'electròlit es torna més diluït. difusió àcid del volum total de l'electròlit i les plaques d'elèctrode dóna suport intensitat aproximadament constant de les reaccions químiques i, en conseqüència, la tensió de sortida.

Al començament del procés de descàrrega de la difusió de l'electròlit àcid a la placa es produeix ràpidament pel fet que el sulfat resultant amb porus encara marcats en el material actiu dels elèctrodes. Quan el sulfat comença a formar i omplir els porus dels elèctrodes, la difusió té lloc més lentament.

Teòricament és possible seguir complint sempre que no s'utilitzarà tot l'àcid, i l'electròlit es compon d'aigua pura. No obstant això, l'experiència demostra que el nivell no ha de continuar després de la densitat de l'electròlit es va reduir a 1,150 g / cm ^3.

Quan la densitat disminueix des de 1300 a 1150, la qual cosa significa que gran part de sulfat es va formar durant la reacció, i s'omple tots els porus en el material actiu en les plaques, és a dir. E. A partir de la solució ja seleccionat gairebé tot l'àcid sulfúric. La densitat depèn de la concentració proporcionalment, i de manera similar, la densitat de la càrrega de la bateria depèn. Fig. a continuació mostra la dependència de la densitat de l'electròlit de la bateria.

Canvi de la densitat de l'electròlit, el millor mitjà de determinació d'estat de descàrrega de la bateria, sempre que s'utilitza correctament.

Graus descàrrega de la bateria de cotxe en funció de la densitat de l'electròlit

La seva densitat s'ha de mesurar cada dues setmanes i sempre s'ha de mantenir llegir el registre per a ús futur.

L'electròlit més densa, més àcid que conté i el més la bateria està carregada. Densitat 1,300-1,280 g / cm ³ indica una càrrega completa. Típicament, depenent del grau de descàrrega de la bateria variarà depenent de la densitat de l'electròlit:

• 1,300-1,280 - Càrrega completa:
• 1,280-1,200 - més de la meitat buida;
• 1,200-1,150 - carregada menys de la meitat;
• 1150 - gairebé buit.

En una bateria completament carregada abans de connectar la seva tensió d'alimentació de l'automòbil de cada cèl·lula és 2.5 a 2.7 V. De seguida que la càrrega es connecta, la tensió cau ràpidament a aproximadament 2,1 V durant tres o quatre minuts. Això és degut a la formació d'una fina capa de sulfat de plom en la superfície de les plaques d'elèctrodes negatius i entre la capa de plom i el peròxid de metall plaques positives. El valor final de la tensió de la cèl·lula després d'una xarxa de carreteres de connexió aproximadament 2,15-2,18 volts.

Quan el corrent comença a fluir a través de la bateria durant la primera hora d'operació, hi ha una caiguda de tensió a 2 V causa de l'augment de la resistència interna de la pila causa de la formació de majors quantitats de sulfat que omple els porus de les plaques i la selecció de l'àcid electròlit. Poc abans de l'inici del flux de la densitat de corrent de l'electròlit és màxima i igual a 1,300 g / cm ^3. Inicialment subpressió es produeix ràpidament, però a continuació, establir l'estat d'equilibri entre la densitat d'àcid prop de les plaques i elèctrodes de selecció volum substancialment electròlit àcid que entra nou àcid peces de la major part de l'electròlit suportat. La densitat mitjana de l'electròlit segueix disminuint de manera constant en la relació mostrada a la Fig. anteriorment. Després d'una caiguda de tensió inicial disminueix més lentament, la seva taxa de reducció depèn de la càrrega de la bateria. procés de descàrrega horari El temps es mostra a la Fig. a continuació.

El control de l'estat de l'electròlit a la bateria

Per determinar el hidròmetre densitat utilitzat. Es compon d'un tub de vidre segellat amb una extensió al capdavall, ple de mercuri o tret, i una escala graduada en l'extrem superior. Aquesta escala marcada de 1.100 a 1.300 amb diversos valors intermedis, com es mostra a la Fig. a continuació. Si l'hidròmetre es col·loca en un electròlit, s'enfonsarà fins a una certa profunditat. Per tant, es desplaça un cert volum d'electròlit, i quan s'arriba a la posició d'equilibri, el pes del volum desplaçat serà exactament igual a la hidròmetre pes. Ja que la densitat de l'electròlit és igual a la relació del seu pes a volum, i el pes del hidròmetre es coneix, a continuació, cada nivell d'immersió en la solució correspon a una particular la seva densitat. Alguns Hidròmetres tenen amb els valors de l'escala de densitat, però estan marcades per "descàrrega completa" "carregat", "la meitat d'un dígit" o similars.