fortynne og konsentrert svovelsyre - det er så viktige kjemiske produkter som de som produseres i verden mer enn noen annen substans.Den økonomiske vell av et land kan bli målt ved mengden av produsert svovelsyre i den.
dissosiasjon prosess
Svovelsyre anvendes i form av vandige oppløsninger av forskjellige konsentrasjoner.Den gjennomgår en dissosiasjon reaksjon i to trinn, fremstilling av H + ioner i løsning.
H2SO4 = H + + HSO4-;
HSO4- = H + + SO4-2.
Svovelsyre er en sterk, og den første fasen av sin dissosiasjon skjer så raskt at nesten alle de originale molekyler forfallet i H + -ioner og HSO4 -1 -ioner (hydrogen) i løsningen.Nylige delvis gå i oppløsning videre, frigjør andre ioner og H + ioner forlater sulfat (SO4-2) i løsningen.Imidlertid, hydrogensulfat, som er en svak syre, hersker fremdeles i en løsning av H + og SO4-2.Dens fullstendige dissosiasjon forekommer kun når tettheten av den svovelsyreoppløsning er nær densiteten av vann, r. S ved høy fortynning.
Properties svovelsyre
Det er spesielt i den forstand at den kan fungere som en vanlig syre eller et sterkt oksydasjonsmiddel - avhengig av temperatur og konsentrasjon.En kald fortynnet løsning av svovelsyre reagerer med det aktive metall til å danne et salt (sulfat), og hydrogengassutvikling.For eksempel, reaksjonen mellom kald fortynnet H2SO4 (antar sin fulle to-dissosiasjon) og sinkmetall ser slik ut:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.
varm konsentrert svovelsyre med en densitet på omkring 1,8 g / cm3, kan den virke som et oksydasjonsmiddel som reagerer med materialer som er generelt inert overfor syrer, så som for eksempel metallisk kobber.Under reaksjonen er kopper oksidert, og massen av syren reduseres for dannelse av en løsning av kobbersulfat (II) i vann, og gassformig svoveldioksyd (SO2) i stedet for hydrogen, som ville være forventet ved å omsette syren med metallet.
Cu + 2N2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2 O.
Hvordan kan konsentrasjonen av løsninger uttrykt
faktisk konsentrasjonen av en hvilken som helst oppløsning kan uttrykkes på forskjellige måter, men den mest brukte vektkonsentrasjon.Det viser antall gram av den oppløste substans i spesifikk vekt eller volum av løsningen eller løsningsmiddel (typisk 1000 g 1000 cm3, 100 cm3, en dm3).I stedet for massen i gram av en substans som kan ta mengde, uttrykt i mol, - da den oppnådde den molare konsentrasjon av 1000 g eller 1 dm3 oppløsning.
Dersom den molare konsentrasjonen bestemmes i relasjon til mengden av løsningen ikke, men bare til løsningsmidlet, det kalles molar konsentrasjon av løsningen.Det er preget av uavhengighet av temperaturen.Ofte
vektkonsentrasjon er angitt i gram per 100 gram løsemiddel.Multiplisere dette tallet med 100%, er det utarbeidet på en vektprosent (per konsentrasjon).Dette er den mest brukte metoden er brukt til oppløsningen av svovelsyre.
løsningskonsentrasjon for hver verdi som er bestemt ved en gitt temperatur, tilsvarer det en spesifikk vekt (densitet, for eksempel svovelsyre).Så noen ganger oppløsningen er karakterisert ved den.For eksempel kan en løsning av H2SO4, karakterisert prosentvis konsentrasjon på 95,72%, en densitet på 1,835 g / cm3 ved t = 20 ° C.Slik for å bestemme konsentrasjonen av en slik løsning er gitt bare hvis tettheten av svovelsyre?Tabellen gir denne korrespondansen, er et innslag i en hvilken som helst lærebok i generell eller analytisk kjemi.
Conversion eksempel konsentrasjon
prøver å flytte fra én måte å uttrykke konsentrasjonen av løsningen på den andre.Anta at vi har en løsning av H2SO4 i vann til en konsentrasjon på 60% interesse.Vi først definere passende tetthet av svovelsyre.Tabell inneholdende prosenter (første kolonne) og den tilsvarende tetthet av den vandige løsning av H2SO4 (fjerde kolonne) under.
det bestemmer den ønskede verdi, som er lik 1,4987 g / cm3.Vi har nå beregne molariteten av denne oppløsning.For dette er det nødvendig å bestemme massen av H2SO4 i 1 liter løsning, og det tilsvarende antall mol av syre.
volum, noe som opptar 100 g stamløsning:
100 / 1,4987 = 66,7 ml.
Siden i 66,7 ml 60% oppløsning inneholder 60 g av syren i en liter av det vil inneholde:
(60 / 66,7) x 899 = 1000, '55
Molar masse av svovelsyreer lik 98. Derfor er antall mol som inneholdes i 899,55 g av dens gram tilsvarer:
899,55 / 98 = 9,18 mol.
tetthet som en funksjon av konsentrasjonen av svovelsyre er vist i fig.nedenfor.
bruk av svovelsyre
Den brukes i ulike bransjer.Ved fremstillingen av jern og stål brukes for rensing av overflaten av metallet før det er dekket 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 i fremstilling av farmasøytiske midler, gjødningsstoffer og eksplosiver, og er fremdeles et viktig reagens ved fjerning av forurensninger fra oljeraffineringsindustrien.
Dette kjemisk er svært nyttig i det daglige liv, og er lett tilgjengelig som en løsning av svovelsyre som brukes i bly-syre-batterier (for eksempel de som er i biler).En slik syre har generelt en konsentrasjon fra omtrent 30% til 35% H2SO 4 vektprosent, resten - vann.
For mange forbrukerprogrammer 30% H2SO4 vil være mer enn nok til å dekke sine behov.Men i industrien og det krever en mye høyere konsentrasjon av svovelsyre.Vanligvis, i produksjonsprosessen, først blir det nok utvannet og forurenset av organiske slutninger.Konsentrert syre blir oppnådd i to trinn: for det første ble den regulert til 70%, og deretter - i et andre trinn - heves til 96-98%, som er den begrensende parameter for økonomisk forsvarlig produksjon.
tetthet av svovelsyre og en rekke
Selv om nesten 99% svovelsyre kan være en kort tid ved tilbakeløpstemperaturen, men den derav følgende tap av SO3 ved kokepunktet senker konsentrasjonen til 98,3%.Generelt er en indikator på variasjon fra 98% mer stabile ved lagring.
kommersiell karakter syrer varierer i sin konsentrasjon av interesse, og som det valgte de verdier hvor lav temperatur krystallisering.Dette gjøres for å redusere tapet av svovelsyre krystaller i sedimentet under transport og lagring.De viktigste sorter er:
- tårn (lystgass) - 75%. tetthet av svovelsyre i denne klassen er 1670 kg / m3.Få hans såkalte.lystgass metode hvor de oppnådde råstoff under brenning ovn gass inneholdende svoveldioxyd SO2, i foret tårn (derav navnet av sorten) behandles nitroso (dette er også H2SO4, men med oppløste nitrogenoksyder).Som et resultat, gir syre og nitrogenoksider, som ikke forbrukes i prosessen, og returneres til produksjonssyklusen.
- Kontakt - 92,5-98,0%.Tetthet svovelsyre på 98% av klassen er lik 1836.5 kg / m3.Få den som avfyringen av en gass som inneholder SO2, og prosessen involverer oksydasjonen av karbondioksid til anhydrid SO3 ved kontakt (derav navnet av sorten) med flere lag av fast vanadium katalysator.
- Oleum - 104,5%. Dens tetthet er 1896.8 kg / m3.Denne oppløsningen av SO3 i H2SO4, karakterisert ved at den første bestanddel består av 20%, og syre - er 104,5%.
- høyverdig oleum - 114,6% .Dens tetthet - 2002 kg / m3.
- batteri - 92-94%.
Hvordan bilbatteriet
arbeidet til en av de mest populære elektriske enheter er fullstendig basert på de elektrokjemiske prosesser som foregår i nærvær av en vandig løsning av svovelsyre.
bil batteri som omfatter en fortynnet svovelsyreelektrolytt, og positive og negative elektroder i form av flere plater.Positive plater er laget av et rødbrunt materiale - for blydioksyd (Pbo2), og negative - grå "svampete" bly (Pb).
Ettersom elektrodene er laget av bly eller blyholdig materiale, er denne type batteri ofte referert til som bly-syre-batterier.Dens brukbarhet, t. E. Utgangsspenningen er direkte bestemt av hva som for øyeblikket svovelsyre tetthet (kg / m3 eller g / cm3) helles inn i batteriet som elektrolytt.
Hva skjer med elektrolytten i batteriet utslippet
elektrolytt bly-syre batteri er en lagringsløsning av svovelsyre i et kjemisk rent destillert vann med en konsentrasjon av renter på 30% av full lading.Net syre har en densitet på 1,835 g / cm3, elektrolytt - ca 1,300 g / cm3.Når batteriet er utladet, oppstår det elektrokjemiske reaksjoner, som resulterer i en elektrolytt valgt fra svovelsyre.Tettheten av konsentrasjonen av oppløsningen avhenger nesten proporsjonalt, slik at det skulle bli redusert på grunn av en reduksjon i elektrolyttkonsentrasjon.
Så lenge den utladningsstrøm flyter gjennom batteriet syren i nærheten av dens elektroder er mye brukt, og elektrolytten blir mer fortynnet.Diffusjon av syrer fra hele volumet av elektrolytten og elektrodeplatene støtter tilnærmet konstant intensitet av kjemiske reaksjoner, og følgelig utgangsspenningen.
Ved begynnelsen av utladningen av syren diffusjon i elektrolytten platen er rask, fordi den resulterende sulfat med ennå skåret porer i det aktive materialet av elektroder.Når det begynner å danne sulfat og fylle porene i elektrodene, skjer diffusjonen plassere mer langsomt.
teoretisk mulig å fortsette å slippe ut inntil all syren ikke ble brukt, og elektrolytten vil være sammensatt av rent vann.Erfaring viser imidlertid at nivået ikke skal fortsette etter elektrolytten tetthet har falt til 1,150 g / cm3.
Når tettheten faller fra 1300 til 1150, noe som betyr at mye sulfat ble dannet under reaksjonen, og det fyller porene i det aktive materiale på platene, det vil si. E. Fra den oppløsning som allerede er fjernet nesten all svovelsyre.Tettheten er proporsjonal med konsentrasjonsavhengig, og bare avhenger av tettheten av batteriets ladning.Fig.nedenfor viser avhengigheten av tettheten av batterielektrolytt.
endring i tetthet av elektrolytt, det beste virkemidlet for å bestemme tilstand av batteriet utslippet, forutsatt at det blir brukt riktig.
bilbatteri utslipp rate, avhengig av tettheten av elektrolytten
Dens tetthet bør måles annenhver uke, og skal alltid registreres avlesninger for fremtidig referanse.
tettere elektrolytt, jo mer syre den inneholder, og jo mer batteriet er ladet.Tettheten i 1,300-1,280 g / cm3 indikerer full lading.Som regel følgende forskjellig grad batterilading, avhengig av tettheten av elektrolytten:
- 1,300-1,280 - fulladet:
- 1,280-1,200 - mer enn halvtomt;
- 1,200-1,150 - belastet for mindre enn halvparten;
- 1150 - nesten tom.
har et fulladet batteri før du kobler sin veinettet spenning på hver celle er 2,5 til 2,7 V. Så snart belastningen er tilkoblet, faller spenningen raskt til ca 2,1 V for tre eller fire minutter.Dette skjer på grunn av dannelsen av et tynt lag av blysulfat på overflaten av de negative elektrodeplatene og et lag mellom peroksyd og metallet bly for de positive plater.Den endelige verdien av cellespenningen etter tilkoblingen til veinettet er ca 2,15-2,18 volt.
Når strøm begynner å flyte gjennom batteriet i løpet av den første timen av operasjonen, et spenningsfall på 2 V på grunn av økt indre motstand i cellen på grunn av dannelsen av store mengder sulfat, som fyller porene i platene og valget av syreelektrolytt.Kort tid før starten av strømflyt og maksimal tetthet av elektrolytten er 1,300 g / cm3.Til å begynne med opptrer sin depresjon raskt, men deretter sette en balansert tilstand mellom tettheten av syre i nærheten av platen, og i mesteparten av elektrolytten, valg av syre elektroder understøttet av ankomsten av nye deler fra hoveddelen av den sure elektrolytt.Den gjennomsnittlige tetthet av elektrolytten fortsetter å avta jevnt over forholdet vist på fig.ovenfor.Etter en innledende spenningsfall synker langsommere, noe som reduserer hastigheten avhenger av belastningen av batteriet.Tidsplan utladning prosessen vist i Fig.nedenfor.
status overvåking av batterielektrolytt
brukes til å bestemme tettheten av hydrometer.Det består av et forseglet glassrør med en utvidelse ved den nedre ende, som er fylt med blyhagl eller kvikksølv og gradert skala av den øvre ende.Denne skalaen er merket fra 1100 til 1300 med en rekke mellomliggende verdier, som vist i fig.nedenfor.Hvis denne hydrometer plassert i elektrolytten, vil det synke til en bestemt dybde.Imidlertid ville han forskyve et visst volum av elektrolytten, og når posisjonen til likevekt er nådd, er lik vekten av en hydrometer vekten av det fortrengte volumet.Siden den spesifikke vekt er forholdet mellom dens vekt til volum og vekt av hydrometer er kjent, hvert nivå av neddykking i oppløsningen det svarer til en bestemt tetthet.Noen hydrometre har skalaer med verdiene for tetthet, men er merket med "ladet", "Halvparten av utladningen", "full utladning" eller lignende.
