verdünnte und konzentrierte Schwefelsäure - es so wichtig, chemische Produkte, die sie in der Welt mehr als jede andere Substanz produziert.Die wirtschaftliche Reichtum eines Landes kann durch das Volumen der erzeugten Schwefelsäure in ihm gemessen werden können.
Dissoziationsprozess
Schwefelsäure wird in Form von wässrigen Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen verwendet.Wird es einer Spaltungsreaktion in zwei Stufen, wodurch H + -Ionen in Lösung.
H2SO4 = H + + HSO4-;
HSO4- = H + + SO4-2.
Schwefelsäure ist ein stark, und die erste Phase der Dissoziation erfolgt so rasch, dass fast alle der ursprünglichen Moleküle Zerfall in H + -Ionen und HSO4 -1 -Ionen (Wasserstoff) in der Lösung.Jüngsten Teil weiter zerfallen Auflösung anderer Ionen und H + Ionen verlassen Sulfat (SO4-2) in der Lösung.Allerdings Hydrogensulfat, wobei einer schwachen Säure, herrscht noch in einer Lösung von H + und SO4-2.Dessen vollständige Dissoziation nur auftritt, wenn die Dichte der Schwefelsäurelösung liegt nahe der Dichte von Wasser, r. S in hoher Verdünnung.
Eigenschaften Schwefelsäure
Es ist speziell in dem Sinne, dass es als eine gewöhnliche Säure oder ein starkes Oxidationsmittel wirken - je nach Temperatur und Konzentration.Eine kalte, verdünnte Schwefelsäurelösung reagiert mit dem aktiven Metall, ein Salz (Sulfat) und Wasserstoffgasentwicklung zu erzeugen.Zum Beispiel die Reaktion zwischen kalter verdünnter H2SO4 (vorausgesetzt ihre volle Zwei-Dissoziation) und Zinkmetall aussieht:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.
heißer konzentrierter Schwefelsäure mit einer Dichte von etwa 1,8 g / cm3, kann als Oxidationsmittel wirken, Reaktion mit Materialien, die im allgemeinen inert gegen Säuren, wie beispielsweise metallisches Kupfer ist.Während der Reaktion wird das Kupfer oxidiert wird, und die Masse der Säure reduziert wird, um eine Lösung von Kupfersulfat (II) in Wasser und gasförmiges Schwefeldioxid (SO2) anstelle von Wasserstoff, der durch Umsetzung der Säure mit dem Metall zu erwarten wäre, zu bilden.
Cu + 2N2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2 O.
Wie kann die Konzentration der Lösung ausgedrückt
Tatsächlich ist die Konzentration von jeder Lösung kann auf verschiedene Weise ausgedrückt werden, aber die am häufigsten verwendeten Gewichtskonzentration.Es zeigt die Anzahl der Gramm des gelösten Stoffes in das spezifische Gewicht oder das Volumen der Lösung oder des Lösungsmittels (typischerweise 1000 g 1000 cm3, 100 cm3, 1 dm3).Anstelle der Masse in Gramm einer Substanz, die Menge zu nehmen, ausgedrückt in Mol, - dann das erhaltene die molare Konzentration von 1000 g oder 1 dm3 Lösung.
Wenn die molare Konzentration im Verhältnis zu der Menge der Lösung bestimmt nicht, aber nur in dem Lösungsmittel, wird es die Molalität der Lösung.Es wird durch die Unabhängigkeit von der Temperatur gekennzeichnet.In Gramm pro 100 Gramm des Lösungsmittels oft
Gewichtskonzentration angezeigt.Durch Multiplikation mit 100%, wird sie auf Gewichtsprozent (pro Konzentration) hergestellt.Dies ist die Methode, die am häufigsten verwendet wird, um die Lösung von Schwefelsäure eingesetzt.
Lösung Konzentration jeder bei einer gegebenen Temperatur bestimmten Wert entspricht er ein spezifisches Gewicht (Dichte, wie beispielsweise Schwefelsäure).So dass manchmal die Lösung wird durch das charakterisiert.Beispielsweise eine Lösung von H2SO4, dadurch prozentuale Konzentration von 95,72%, eine Dichte von 1,835 g / cm3 bei t = 20 ° C.Wie man die Konzentration einer solchen Lösung zu bestimmen, ist nur gegeben, wenn die Dichte der Schwefelsäure?Bei der Tabelle mit diesen Schriftverkehr, ist eine feste Größe in keinem Lehrbuch zu allgemeinen oder der analytischen Chemie.
Conversion Beispiel Konzentration
versuchen, von einer Art, die Konzentration der Lösung in die andere zum Ausdruck zu bewegen.Davon ausgehen, dass wir eine Lösung von H2SO4 in Wasser zu einer Konzentration von 60% der Anteile.Wir haben zuerst die entsprechende Dichte der Schwefelsäure zu definieren.Tabelle mit Prozentsätzen (erste Spalte) und die entsprechende Dichte der wäßrigen Lösung von H2SO4 (vierte Spalte) unten aufgeführt.
es bestimmt den gewünschten Wert, der gleich 1,4987 g / cm 3 ist.Wir berechnen nun die Molarität von dieser Lösung.Hierzu ist es notwendig, die Masse von H2SO4 in 1 Liter der Lösung und der entsprechenden Anzahl der Mole an Säure zu bestimmen.
Volumen, das 100 g Stammlösung zu besetzen:
100 / 1,4987 = 66,7 ml.
Da in 66,7 ml 60% ige Lösung enthält 60 g der Säure in 1 Liter davon enthält:
(60 / 66,7) x 1000 = 899, '55
Molare Masse von Schwefelsäuregleich 98. Daher ist die Anzahl der Mole in 899.55 g seiner Gramm enthalten ist gleich:
899.55 / 98 = 9,18 Mol ist.
Dichte als eine Funktion der Konzentration von Schwefelsäure ist in gezeigt.unten.
Verwendung von Schwefelsäure
Es wird in verschiedenen Industrien eingesetzt.Bei der Herstellung von Eisen und Stahl wird zur Reinigung der Oberfläche des Metalls, bevor es mit einer anderen Substanz in der Schaffung synthetischer Farbstoffe sowie andere Arten von Säuren, wie Salzsäure und Salpetersäure einbezogen fallen, verwendet.Es ist auch bei der Herstellung von Arzneimitteln, Düngemitteln und Sprengstoffen verwendet, und ist ein wichtiges Reagenz zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Ölraffination.
Diese Chemikalie ist äußerst nützlich im täglichen Leben und ist als eine Lösung von Schwefelsäure in Bleibatterien verwendet leicht verfügbar (zum Beispiel solche, die in Autos sind).Solche Säure hat im allgemeinen eine Konzentration von etwa 30% bis 35% H 2 SO 4 beträgt, der Rest - Wasser.
Für viele Consumer-Anwendungen 30% H2SO4 wird mehr als genug, um ihre Bedürfnisse zu erfüllen.Jedoch in der Industrie, und es erfordert eine viel höhere Konzentration der Schwefelsäure.Typischerweise wird bei dem Herstellungsverfahren, wird zuerst bekommt genug verdünnt und durch organische Einschlüsse verunreinigt.Konzentrierte Säure wird in zwei Stufen erhalten: Zunächst wurde auf 70% eingestellt, und dann - in einem zweiten Schritt - auf 96-98%, was die Grenzparameter für wirtschaftlich Produktion erhöht.
Dichte von Schwefelsäure und einer Vielzahl
zwar fast 99% ige Schwefelsäure kann eine kurze Zeit unter Rückfluß werden, aber die sich daraus ergebenden Verlust an SO3 beim Siedepunkt senkt die Konzentration auf 98,3%.Im Allgemeinen wird ein Indikator der Abweichung von 98% bei der Lagerung stabiler sind.
kommerzieller Qualität Säuren variieren in ihrer Konzentration von Interesse, und für die es diese Werte ausgewählt, bei dem die Tieftemperaturkristallisation.Dies geschieht, um den Verlust an Schwefelsäure Kristalle im Sediment bei Transport und Lagerung zu verringern.Die wichtigsten Sorten sind:
- Türme (Lachgas) - 75%. Dichte der Schwefelsäure in dieser Klasse ist 1670 kg / m3.Holen Sie sich den so genannten.nitrosen Verfahren, in dem die erhaltenen Rohstoffe während des Brennens Ofengas, das Schwefeldioxid SO2, in gesäumt Türme (daher der Name der Sorte) werden behandelt, Nitrosover (dies ist auch H2SO4, aber mit gelöstem Stickstoffoxide).Als Ergebnis macht Säure und Stickstoffoxiden, die in dem Verfahren verbraucht werden, und wieder in den Produktionszyklus.
- Kontakt - 92,5-98,0%.Dichte Schwefelsäure von 98% der Klasse gleich 1836,5 kg / m3.Erhalten nur das Abfeuern von einem Gas, das SO2 und das Verfahren schließt die Oxidation zu Kohlendioxid Anhydrid SO3 an seinen Kontakt (daher der Name der Sorte) mit mehreren Schichten von festen Vanadiumkatalysator.
- Oleum - 104,5%. seine Dichte 1896,8 kg / m3.Diese Lösung von SO3 in H2SO4, wobei die erste Komponente 20% und Säure - ist 104,5%.
- hochwertigem Oleum - 114,6% .Seine Dichte - 2002 kg / m3.
- Batterie - 92-94%.
Wie funktioniert die Autobatterie
Werk eines der beliebtesten elektrischen Geräten ist voll auf die elektrochemischen Prozesse, die in der Gegenwart einer wässrigen Lösung von Schwefelsäure erfolgen auf der Basis.
Kraftfahrzeugbatterie, die eine verdünnte Schwefelsäure-Elektrolyten und positive und negative Elektrode in Form von mehreren Platten.Positive Platten aus einem rötlich-braune Material - aus Bleidioxid (PbO 2) und negativen - Grau "schwammig" Blei (Pb).
Da die Elektroden aus Blei oder bleihaltigen Material hergestellt sind, diese Art von Batterie wird oft als Bleibatterien bezeichnet.Seine Funktionsfähigkeit, t. E. Die Ausgangsspannung wird direkt um die momentan Schwefelsäuredichte (kg / m3 oder g / cm3), in die Batterie als Elektrolyt gegossen bestimmt.
Was passiert mit dem Elektrolyten in der Batterie entladen
Elektrolyten Blei-Säure-Batterie ist eine Speicherlösung von Schwefelsäure in chemisch reiner destilliertem Wasser mit einer Konzentration von Zinsen auf 30% einer vollen Ladung.Nettosäure hat eine Dichte von 1,835 g / cm3, Elektrolyt - etwa 1,300 g / cm3.Wenn die Batterie entladen ist, treten sie elektrochemischen Reaktionen, was zu einem Elektrolyten, ausgewählt aus Schwefelsäure.Die Dichte der Konzentration der Lösung hängt fast proportional, so sollte es aufgrund einer Abnahme der Elektrolytkonzentration verringert.
Solange der Entladungsstrom durch die Batteriesäure in der Nähe von seinen Elektroden fließt, ist weit verbreitet, und der Elektrolyt wird verdünntere.Diffusion von Säuren aus dem gesamten Volumen des Elektrolyten und Elektrodenplatten unterstützt annähernd konstanten Intensität von chemischen Reaktionen, und folglich die Ausgangsspannung.
Zu Beginn der Entladung der Säurediffusion in der Elektrolytplatte ist schnell, da das resultierende Sulfat mit noch erzielt Poren in dem aktiven Material der Elektroden.Wenn das Sulfat zu bilden beginnt, und füllen die Poren der Elektroden erfolgt die Diffusion langsamer vonstatten.
theoretisch möglich, weiter entladen, bis die gesamte Säure nicht verwendet wurde, und der Elektrolyt wird mit reinem Wasser bestehen.Die Erfahrung zeigt jedoch, dass das Niveau nicht weiter, nachdem die Elektrolytdichte auf 1,150 g / cm 3 gefallen.
Wenn die Dichte fällt von 1.300 bis 1.150, was bedeutet, dass viel Sulfat wurde während der Reaktion gebildet und die Poren füllt das aktive Material auf den Platten, d. E. Aus der Lösung schon fast alle Schwefelsäure entfernt.Die Dichte ist proportional zu der Konzentration abhängig und hängt nur von der Dichte der Batterieladung.Feige.unten zeigt die Abhängigkeit der Dichte des Batterieelektrolyten.
Änderung der Dichte des Elektrolyten, das beste Mittel zur Bestimmung des Zustands der Batterieentladung, vorausgesetzt, dass sie richtig eingesetzt wird.
Autobatterieentladungsrate in Abhängigkeit von der Dichte des Elektrolyten
Seine Dichte gemessen werden sollten alle zwei Wochen, und sollte immer zeichneten Messwerte für zukünftige Referenz werden.
dichtere Elektrolyt desto mehr Säure enthält, und desto mehr wird die Batterie geladen ist.Die Dichte in der 1,300-1,280 g / cm 3 zeigt eine volle Ladung.In der Regel werden die folgenden unterschiedlichen Grad Batterieladung, abhängig von der Dichte des Elektrolyten:
- 1,300-1,280 - voll aufgeladen:
- 1,280-1,200 - mehr als die Hälfte leer ist;
- 1,200-1,150 - aufgeladen weniger als die Hälfte;
- 1.150 - fast leer.
haben eine voll aufgeladene Batterie, bevor Sie ihre Straßennetz Spannung jeder Zelle ist 2,5 bis 2,7 V. Sobald die Last angeschlossen ist, schnell fällt die Spannung bis 2,1 V für drei oder vier Minuten.Dies geschieht aufgrund der Bildung einer dünnen Schicht aus Bleisulfat auf der Oberfläche der negativen Elektrodenplatten und einer Schicht zwischen dem Peroxid und dem Metall führen der positiven Platten.Der endgültige Wert der Zellenspannung, nachdem die Verbindung mit dem Straßennetz ist etwa 2,15-2,18 Volt.
Wenn der Strom beginnt, durch die Batterie während der ersten Betriebsstunde aufgrund der erhöhten inneren Widerstand der Zelle zu fließen, einen Spannungsabfall auf 2 V auf die Bildung von großen Mengen an Sulfat, die die Poren der Platten und die Auswahl des sauren Elektrolyten ausfüllt.Kurz vor dem Beginn des Stromflusses und der maximalen Dichte des Elektrolyten beträgt 1,300 g / cm3.Zuerst tritt seine Depression schnell, aber dann einen Gleichgewichtszustand zwischen der Dichte der Säure in der Nähe der Platte und in der Masse des Elektrolyten, die Auswahl der Säure Elektroden durch die Ankunft von neuen Teilen von dem Hauptteil der sauren Elektrolyten unterstützt.Die durchschnittliche Dichte des Elektrolyten weiterhin kontinuierlich von der Beziehung in Fig verringern.oben.Nach verringert eine anfängliche Spannungsabfall langsamer, wodurch seine Geschwindigkeit abhängig von der Belastung der Batterie.Zeitplan Entladevorgang in Fig.unten.
Zustandsüberwachung von Batterieelektrolyt
verwendet, um die Dichte der Hydrometer zu bestimmen.Es besteht aus einem verschlossenen Glasrohr mit einer Verlängerung am unteren Ende, mit Bleischrot oder Quecksilber und dem abgestuften Skala von dem oberen Ende gefüllt zusammen.Diese Skala wird von 1.100 bis 1.300 mit einer Vielzahl von Zwischenwerten gekennzeichnet ist, wie in gezeigt.unten.Wenn diese Hydrometer in dem Elektrolyten angeordnet ist, wird es zu einer gewissen Tiefe sinken.Allerdings hat er ein bestimmtes Volumen des Elektrolyten verdrängen würde, und wenn die Lage des Gleichgewichts erreicht ist, gleich dem Gewicht eines Hydrometers ist das Gewicht des verdrängten Volumens.Da die relative Dichte ist das Verhältnis ihres Gewichts zu Volumen und das Gewicht der Hydrometer ist bekannt, jede Stufe des Eintauchens in die Lösung das entspricht einer spezifischen Dichte.Einige Aräometer haben Skalen mit den Werten der Dichte, sondern von "aufgeladen", "Die Hälfte der Entladung", "Full Entladung" oder ähnliches gekennzeichnet.
