utspädd och koncentrerad svavelsyra - det är så viktiga kemiska produkter som de som tillverkas i världen mer än någon annan substans.Den ekonomiska rikedom av ett land kan mätas genom den volym som produceras svavelsyra i den.
dissociation process
Svavelsyra används i form av vattenlösningar av olika koncentrationer.Den genomgår en dissociationsreaktionen i två steg, som producerar H + -joner i lösning.
H2SO4 = H ^ + HSO4-;
HSO4- = H ^ + SO4-2.
Svavelsyra är en stark, och den första fasen av dess dissociation sker så snabbt att nästan hela den ursprungliga molekylerna förfall i H + -joner och HSO4 -1 -joner (väte) i lösningen.Senaste upplösas delvis ytterligare frigöra andra joner och H + jon lämnar sulfat (SO4-2) i lösningen.Emellertid vätesulfat, som är en svag syra, råder fortfarande i en lösning av H ^ och SO4-2.Dess fullständiga dissociation inträffar bara när densiteten av svavelsyralösningen ligger nära vattnets densitet, r. S vid hög utspädning.
Egenskaper svavelsyra
Det är speciell i det avseendet att den kan fungera som en vanlig syra eller ett starkt oxidationsmedel - beroende på temperatur och koncentration.En kall utspädd svavelsyralösning reagerar med den aktiva metallen för att framställa ett salt (sulfat), och vätgasutvecklingen.Exempelvis reaktionen mellan kall utspädd H2SO4 (förutsatt sin fulla två-dissociation) och zinkmetall ser ut:
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2.
varm koncentrerad svavelsyra med en densitet av ca 1,8 g / cm3 kan den verka som ett oxidationsmedel, att reagera med material som i allmänhet är inert mot syror, såsom exempelvis metallisk koppar.Under reaktionen är kopparoxideras, och massan av syra reduceras till bildning av en lösning av kopparsulfat (II) i vatten och gasformig svaveldioxid (SO2) i stället för väte, som skulle förväntas genom omsättning av syran med metallen.
Cu + 2N2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2 O.
Hur kan koncentrationen av lösningarna uttryckte
Faktum är att koncentrationen av lösning kan uttryckas på olika sätt, men den mest använda viktkoncentrationen.Den visar antalet gram av det lösta ämnet i specifik vikt eller volym av lösningen eller lösningsmedel (typiskt 1000 g 1000 cm3, 100 cm3, 1 dm3).I stället för den vikt i gram av en substans kan ta kvantitet, uttryckt i mol, - varefter den erhållna den molära koncentrationen av 1000 g eller 1 dm3 lösning.
Om den molära koncentrationen bestäms i förhållande till mängden lösningen inte, men endast i den lösningsmedel, det kallas molaliteten av lösningen.Det kännetecknas av oberoende av temperaturen.Ofta
viktkoncentration som anges i gram per 100 g lösningsmedel.Multiplicering denna siffra med 100%, är det framställs på viktprocent (per koncentration).Detta är den metod som oftast används appliceras till lösningen av svavelsyra.
lösningskoncentration av varje värde bestämdes vid en given temperatur, motsvarar det en specifik vikt (densitet, t ex svavelsyra).Så ibland lösningen kännetecknas av den.Exempelvis kan en lösning av H2SO4, kännetecknad procentuell koncentration av 95,72%, en densitet av 1,835 g / cm3 vid t = 20 ° CHur man bestämmer koncentrationen av en sådan lösning ges endast om tätheten av svavelsyra?Tabellen ger denna korrespondens, är en fast punkt i någon lärobok om allmän eller analytisk kemi.
Konverterings exempel koncentration
försöker flytta från ett sätt att uttrycka koncentrationen av lösningen till den andra.Antag att vi har en lösning av H2SO4 i vatten till en koncentration av 60% ränta.Vi definierar först den lämpliga tätheten av svavelsyra.Tabell innehållande procenttal (första kolumnen) och den motsvarande densiteten av den vattenhaltiga lösningen av H2SO4 (fjärde kolumnen) som anges nedan.
den bestämmer det önskade värdet, vilket är lika med 1,4987 g / cm3.Vi beräknar nu molaritet denna lösning.För detta är det nödvändigt att bestämma massan av H2SO4 i 1 liter lösning och motsvarande antalet mol syra.
volym, som upptar 100 g stamlösning:
100 / 1,4987 = 66,7 ml.
Eftersom i 66,7 ml av 60% lösning innehåller 60 g av syran i en liter av det kommer att innehålla:
(60 / 66,7) x 1000 = 899, '55
Molmassa av svavelsyraär lika med 98. Således antalet mol som finns i 899,55 g sina gram är lika med:
899,55 / 98 = 9,18 mol.
densitet som en funktion av koncentrationen av svavelsyra visas i Fig.nedan.
användning av svavelsyra
Det används i olika industrier.Vid framställning av järn och stål används för rengöring av ytan av metallen innan den är täckt med ett annat ämne som deltar i skapandet av syntetiska färgämnen samt andra typer av syror, såsom saltsyra och salpetersyra.Det används också vid framställning av läkemedel, gödningsmedel och sprängämnen, och är fortfarande en viktig reagens i att avlägsna föroreningar från oljeraffineringsindustrin.
Denna kemikalie är mycket användbar i det dagliga livet, och är lätt tillgänglig som en lösning av svavelsyra som användes i bly-syra-batterier (till exempel de som är i bilar).Sådan syra har i allmänhet en koncentration av från ca 30% till 35% H2SO 4 viktprocent, balansen - vatten.
För många konsumentapplikationer 30% H2SO4 kommer att vara mer än tillräckligt för att tillgodose deras behov.Men i branschen och det kräver en mycket högre koncentration av svavelsyra.Typiskt i produktionsprocessen, först får det tillräckligt utspädda och förorenat av organiska inneslutningar.Koncentrerad syra erhålles i två steg: först, visade det justerades till 70%, och sedan - i ett andra steg - höjs till 96-98%, vilket är den begränsande parametern för ekonomiskt lönsam produktion.
densitet av svavelsyra och en mängd
Fastän nästan 99% svavelsyra kan vara en kort tid vid återflöde, men den leder till förlust av SO3 vid kokpunkten sänker koncentrationen till 98,3%.I allmänhet är en indikator på variation från 98% mer stabil vid lagring.
kommersiell kvalitet syror varierar i dess koncentration av intresse, och för vilka det valda dessa värden, vid vilka kristallisationen låg temperatur.Detta görs för att minska förlusten av svavelsyraestrar kristaller i sedimentet under transport och lagring.De viktigaste sorterna är:
- torn (lustgas) - 75%. densitet av svavelsyra i denna klass är 1670 kg / m3.Få hans så kallade.lustgas metod där de erhållna råvaror under bränning ugnen gas som innehåller svaveldioxid SO2, i fodrade torn (därav namnet på sorten) behandlas nitroso (detta är även H2SO4, men med lösta kväveoxider).Som ett resultat, gör syra- och kväveoxider, som inte konsumeras i processen och återföras till produktionscykeln.
- Kontakt - 92,5-98,0%.Densitet svavelsyra av 98% av klassen är lika med 1836.5 kg / m3.Hämta som skottlossningen av en gas innehållande SO2, och processen involverar oxidation av koldioxid till anhydrid SO3 vid kontakt (därav namnet på sorten) med flera skikt av massivt vanadinkatalysator.
- Oleum - 104,5%. Dess densitet är 1896.8 kg / m3.Denna lösning av SO3 i H2SO4, varvid den första komponenten innefattar 20%, och syra - är 104,5%.
- högvärdigt oleum - 114,6% .Dess densitet - 2002 kg / m3.
- batteri - 92-94%.
Hur fungerar bilbatteri
arbete en av de mest populära elektriska anordningar är helt baserat på de elektrokemiska processer som sker i närvaro av en vattenlösning av svavelsyra.
bilbatteri som innefattar en utspädd svavelsyraelektrolyt, och positiva och negativa elektroder i form av flera plattor.Positiva plåtar är tillverkade av en rödbrun material - av blydioxid (PbO2), och negativa - grå "svampig" bly (Pb).
Eftersom elektroderna är gjorda av bly eller blyad material, denna typ av batteri som ofta kallas blybatterier.Dess funktionsduglighet, t. E. Utspänningen direkt bestäms av vad som för närvarande är svavelsyra densitet (kg / m3 eller g / cm3), hälls i batteriet som elektrolyt.
Vad händer med elektrolyten i batteriladdnings
elektrolyt blybatteri är en lagringslösning av svavelsyra i en kemiskt rent destillerat vatten med en koncentration av ränta på 30% av full laddning.Netto syra har en densitet av 1,835 g / cm3, elektrolyt - ca 1,300 g / cm3.När batteriet är urladdat, det elektrokemiska reaktioner inträffar, vilket resulterar i en elektrolyt vald från svavelsyra.Densiteten av koncentrationen av lösningen beror nästan proportionellt, så det borde sänkas på grund av en minskning av elektrolyt koncentration.
Så länge urladdningsströmmen flyter genom batterisyra i närheten av dess elektroder används i stor utsträckning, och elektrolyten blir mer utspädd.Diffusion av syror från hela volymen av elektrolyten och elektrodplattorna stöder ungefärligen konstant intensitet av kemiska reaktioner och därmed utspänningen.
I början av utsläpp av syra diffusion i elektrolytplattan är snabbt eftersom den resulterande sulfat med ännu skårade porer i det aktiva materialet i elektroderna.När sulfatet börjar att bildas och fyller porerna i elektroderna, sker diffusionen saktare.
teoretiskt möjligt att fortsätta att fullgöra tills all syra inte användes, och elektrolyten kommer att bestå av rent vatten.Erfarenheten visar dock att nivån inte bör fortsätta efter elektrolytdensiteten har sjunkit till 1.150 g / cm3.
När densiteten faller från 1300 till 1150, vilket innebär att mycket sulfat bildades under reaktionen, och det fyller porerna i det aktiva materialet på plattorna, dvs.. E. Från lösningen redan tagits bort nästan all svavelsyra.Densiteten är proportionell mot koncentrationsberoende, och bara beror på densiteten hos batteriladdningen.Fig.nedan visar beroendet av densiteten hos batteri elektrolyt.
förändring i densitet hos elektrolyten, det bästa sättet att bestämma tillståndet av batteriurladdning, förutsatt att det används på rätt sätt.
bilbatteri urladdningstakt, beroende på densiteten hos elektrolyten
Dess densitet bör mätas varannan vecka, och bör alltid registreras avläsningar för framtida referens.
tätare elektrolyt, desto mer sura innehåller och ju mer batteriet är laddat.Densiteten i 1,300-1,280 g / cm3 indikerar en full laddning.Som regel följande olika grad batteriladdning, beroende på densiteten av elektrolyt:
- 1,300-1,280 - fulladdat:
- 1,280-1,200 - mer än halvtomt;
- 1,200-1,150 - debiteras mindre än hälften;
- 1150 - nästan tom.
har ett fulladdat batteri innan du ansluter vägnätet spänningen i varje cell är 2,5-2,7 V. Så snart belastningen är ansluten, sjunker spänningen snabbt till ca 2,1 V för tre eller fyra minuter.Detta inträffar på grund av bildningen av ett tunt skikt av blysulfat på ytan av de negativa elektrodplattor och ett skikt mellan peroxiden och metallen bly av den positiva plattan.Det slutliga värdet av cellspänningen när anslutningen till vägnätet är cirka 2,15-2,18 volt.
När ström börjar flyta genom batteriet under den första timmen av driften, ett spänningsfall till 2 V på grund av ökad inre resistans i cellen på grund av bildandet av stora mängder sulfat, som fyller porerna i plattorna och valet av den sura elektrolyten.Strax före starten av strömflödet och maximal densitet hos elektrolyten är 1,300 g / cm3.Till en början sker sin depression snabbt, men sedan ett balanserat tillstånd mellan tätheten av syra nära plattan och i huvuddelen av elektrolyten, val av sura elektroder som stöds av ankomsten av nya delar från huvuddelen av den sura elektrolyten.Den genomsnittliga densiteten hos elektrolyten fortsätter att minska stadigt på förhållandet som visas i fig.ovan.Efter en inledande nedgång spänningen minskar långsammare, vilket minskar dess hastighet beror på belastningen på batteriet.Tidsplan urladdningen i fig.nedan.Statusövervakning av batterielektrolyt
