De concentratie en dichtheid van het zwavelzuur. De afhankelijkheid van de dichtheid van de zwavelzuurconcentratie bij de autobatterij

Verdun en geconcentreerd zwavelzuur - het is zo belangrijk chemische stoffen die zij meer in de wereld dan een andere stof te produceren. Economische welvaart van het land kan worden geëvalueerd in termen van geproduceerde daarin zwavelzuur.

dissociatieproces

Zwavelzuur wordt gebruikt in de vorm van waterige oplossingen met verschillende concentraties. Ze ondergaat dissociatie reactie in twee stappen, het produceren van H ⁺ ionen in oplossing.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

Zwavelzuur is een sterk, en de eerste graad van dissociatie gebeurt zo snel, dat vrijwel alle oorspronkelijke molecuul afbreken in H ⁺ -ionen en HSO ₄ ^-1 ionen (waterstofsulfaat) in oplossing. Recente gedeeltelijk verder desintegreren vrijgeven van H ⁺ -ionen andere en laten een sulfaation _(SO4 ^-2) in oplossing. Echter, waterstofsulfaat, waarbij een zwak zuur, heerst nog in een oplossing van H ⁺ en SO ₄ ^-2. Het volledige dissociatie treedt alleen op wanneer de dichtheid van de zwavelzuuroplossing dicht bij de dichtheid van water, r. F onder hoge verdunning.

Eigenschappen zwavelzuur

Het is in die zin bijzonder dat het kan fungeren als een conventionele zuur of een sterke oxidator - afhankelijk van de temperatuur en concentratie. Een koude verdunde oplossing van zwavelzuur reageert met het actieve metaal in het zout (sulfaat) en de ontwikkeling van waterstofgas verkregen. Bijvoorbeeld de reactie tussen koud verdund H ₂ SO ₄ (speelt zijn full-stap dissociatie) en metallisch zink als volgt:

Zn + H ₂ SO ₄ = _ZnSO4 + _H2.

Het heet geconcentreerd zwavelzuur, een dichtheid van ongeveer 1,8 g / ^cm3, kan optreden als een oxidant, reageren met materialen die in het algemeen inert voor zuren, zoals bijvoorbeeld metallisch koper zijn. Tijdens de reactie wordt de koper-geoxideerd, en het zuur massa wordt verminderd, een oplossing gevormd kopersulfaat (II) in water en gasvormig zwaveldioxide _(SO2) in plaats van waterstof, dat door het zuur met een metaal te verwachten.

Cu + 2 H ₂ SO ₄ = _CuSO4 + SO ₂ + 2H ₂ O.

Zoals algemeen uitgedrukt door de concentratie van oplossingen

Eigenlijk kan de concentratie van elke oplossing worden uitgedrukt in verschillende manieren, maar de meest gebruikte gewichtsconcentratie. Toont het aantal grammen opgeloste stof in een bepaald gewicht of volume van de oplossing of oplosmiddel (typisch 1000 g, 1000 cm ^3, 100 ^cm3 en 1 ^dm3). In plaats van de massa in gram van een stof kan de hoeveelheid af te nemen, uitgedrukt in molen, - vervolgens de verkregen molaire concentratie van 1000 g of 1 ^dm3 oplossing.

Indien de molaire concentratie verhouding niet de hoeveelheid van de oplossing, maar slechts voor bepaalde oplosmiddel, heet de molaliteit van de oplossing. Het wordt gekenmerkt door de onafhankelijkheid van de temperatuur.

Vaak is de gewichtsconcentratie aangegeven in g per 100 g oplosmiddel. Dit getal te vermenigvuldigen met 100% wordt opgesteld op gewichtsprocent (per concentratie). Dat wil zeggen dat deze werkwijze het meest gebruikt als toegepast op een zwavelzuuroplossing.

Elke waarde van de oplossing concentratie, bepaald bij een bepaalde temperatuur komt dit overeen met een specifieke dichtheid (bijvoorbeeld de dichtheid van zwavelzuuroplossing). Derhalve soms gekenmerkt oplossing. Bijvoorbeeld _{H2 SO4} oplossing kenmerk concentratiepercentage 95,72%, een dichtheid van 1,835 g / ^cm3 bij t = 20 ° C Hoe de concentratie van zo'n oplossing te bepalen, of alleen gegeven zwavelzuur dichtheid? Tabel met deze correspondentie is een bevestiging van elke leerboek over algemene of analytische chemie.

VOORBEELD concentratie herberekening

Laten gaan van de ene modus uitdrukkingvormen andere oplossingsconcentratie. Veronderstel dat we H ₂ SO ₄ oplossing in water met een concentratie van 60% van belang. We hebben eerst de dichtheid van de desbetreffende zwavelzuur definiëren. Tabel met percentages (eerste kolom) en de overeenkomstige dichtheid van de waterige oplossing van H ₂ SO ₄ (vierde kolom), wordt hieronder getoond.

Het bepaalt de gewenste waarde die gelijk is aan 1,4987 g / ^{cm3 is.} We berekenen nu de molariteit van de oplossing. Hiervoor is het noodzakelijk om de massa van H ₂ SO ₄ bepalen in 1 liter oplossing en het overeenkomstige aantal molen zuur.

Volume, waarvan 100 g voorraad oplossing te bezetten:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Aangezien in 66,7 ml 60% oplossing bevatte 60 g van het zuur in 1 liter zal bevatten:

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

zwavelzuur molgewicht gelijk aan 98. Vandaar dat het aantal molen in 899,55 g zijn gram, zijn:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

De afhankelijkheid van de dichtheid van de zwavelzuurconcentratie wordt getoond in Fig. hieronder.

Het gebruik van zwavelzuur

Het wordt gebruikt in diverse industrieën. Bij de productie van ijzer en staal wordt gebruikt voor het schoonmaken van het metaaloppervlak voordat het wordt bedekt met een andere stof die bij de creatie van synthetische kleurstoffen alsmede andere soorten zuren zoals zoutzuur en salpeterzuur. Het wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van farmaceutische producten, meststoffen en explosieven, en is nog steeds een belangrijk reagens verwijderen van verontreinigingen uit de ruwe olie in de raffinage-industrie.

Deze stof is zeer nuttig in het dagelijks leven en is gemakkelijk beschikbaar als zwavelzuuroplossing gebruikt bij de lood-zuur batterijen (bijvoorbeeld die die in auto's). Zoals zuur in het algemeen een concentratie van ongeveer 30% tot 35% H ₂ SO ₄ gewichtsprocent, waarbij de rest - water.

Voor veel consumenten toepassingen 30% H ₂ SO ₄ zal meer dan genoeg zijn om hun behoeften te voldoen. In de industrie en het vereist een veel hogere concentratie aan zwavelzuur. Gewoonlijk tijdens de fabricage wordt eerst verkregen voldoende verdund en verontreinigd met organische insluitsels. Geconcentreerd zuur wordt verkregen in twee stappen: eerst werd ingesteld op 70%, en - in een tweede stap - wordt verhoogd tot 96-98%, waarbij de beperkende parameter voor economisch verantwoorde produktie.

De dichtheid van het zwavelzuur en de variëteiten

Hoewel bijna 99% zwavelzuur kort kan onder reflux, maar daaropvolgende verlies van _SO3 bij het kookpunt vermindert de concentratie 98,3%. In het algemeen, de soort met de index 98% stabieler bij opslag.

Commerciële rang zuren variëren in de concentratie van belang, en waarvoor het wordt geselecteerd die waarden waarop de lage kristallisatietemperatuur. Dit wordt gedaan om het verlies van zwavelzuur kristallen neerslaan verminderen tijdens transport en opslag. De belangrijkste rassen zijn:

• De toren (nitreuze) - 75%. Zwavelzuur dichtheid van de klasse is gelijk aan 1670 kg / ^m3. Pak zijn zogenaamde. nitreuze werkwijze waarbij het resulterende behandelde nitroso (dit is ook H ₂ SO _4, maar met opgeloste stikstofoxiden) in de primaire bakken van het gecalcineerde uitgangsgas bevattende zwaveldioxide SO _2, in beklede torens (vandaar de naam variëteiten). Daardoor toegewezen zuur en stikstofoxiden die niet in het proces worden verbruikt, en teruggevoerd naar de productiecyclus.
• Contact - 92,5-98,0%. Zwavelzuur dichtheid van 98% van de klasse gelijk is aan 1836,5 kg / ^m3. Ook verkregen koffiebrander bevattende gassen SO _2, waarbij de werkwijze omvat anhydride dioxide oxidatie tot _SO3 met het contact (vandaar de naam kwaliteit) met meerdere lagen vaste vanadiumkatalysator.
• Oleum - 104,5%. De dichtheid gelijk is aan 1896,8 kg / ^m3. Deze oplossing van ₃ SO in H ₂ SO _4, waarbij de eerste component 20% en zuur - is 104,5%.
• Hoogwaardige oleum - 114,6%. De dichtheid - 2002 kg / ^m3.
• Batterij - 92-94%.

Hoe werkt de auto-accu

De werking van dit één van de meest populaire elektrische apparaten is volledig gebaseerd op de elektrochemische processen in aanwezigheid van waterig zwavelzuur.

Autoaccu bevat verdund zwavelzuur elektrolyt, en positieve en negatieve elektroden in de vorm van verschillende platen. Positieve platen bestaan uit een roodbruine materiaal - looddioxide (PbO _2), en negatief - van grijsachtig "sponge" lood (Pb).

Aangezien de elektroden zijn gemaakt van lood of lood materiaal, wordt dit type batterij vaak lood-zuur accu. De werkzaamheid, t. E. De uitgangsspanning wordt direct bepaald door wat is momenteel de dichtheid van zwavelzuur (kg / m3 of g / ^cm3), ingevuld de batterij als elektrolyt.

Wat gebeurt er met de elektrolyt als de accu leeg is,

De elektrolyt lood-zuur batterij is een oplaadbare oplossing van zwavelzuur in een chemisch zuiver gedestilleerd water met een concentratie is van 30% bij vol vermogen. Net zuur een dichtheid van 1,835 g / ^cm3, elektrolyt - ongeveer 1,300 g / ^cm3. Wanneer de batterij wordt ontladen, dat elektrochemische reacties optreden waardoor het zwavelzuur uit de elektrolyt verwijderd. concentratie van de oplossing hangt bijna evenredig met de dichtheid, dus het moet afnemen door de daling elektrolytconcentratie.

Zolang de ontlaadstroom stroomt door de accuzuur wijd nabij de elektroden en de elektrolyt wordt meer verdund. zuurdiffusie van het totale volume van de elektrolyt en de elektrodeplaten ondersteunt bij benadering constante intensiteit van chemische reacties en daarmee de uitgangsspanning.

Aan het begin van het ontlaadproces van diffusie van het zure elektrolyt in de plaat snel gebeurt omdat de resulterende sulfaat met nog gescoord poriën in het actieve materiaal van de elektroden. Wanneer sulfaat begint te vormen en vullen de poriën van de elektroden, de verspreiding langzamer plaats.

In theorie kan men verder ontladen zolang alle zure niet wordt gebruikt en de elektrolyt wordt van zuiver water. De ervaring leert echter dat het niveau niet moet blijven na de elektrolyt dichtheid daalde tot 1,150 g / ^cm3.

Wanneer de dichtheid afneemt van 1300 tot 1150, waardoor zoveel sulfaat werd gevormd tijdens de reactie en vult alle poriën in het actieve materiaal op de platen, bijv. E. Uit de oplossing reeds geselecteerde bijna alle zwavelzuur. De dichtheid is afhankelijk van de concentratie proportioneel zijn, net zoals de dichtheid van de lading van de batterij is afhankelijk. Fig. hieronder toont de afhankelijkheid van accuzuur dichtheid.

Wijzigen van de dichtheid van de elektrolyt, de beste manier voor het bepalen batterij ontladingstoestand, mits goed gebruikt.

Graden autoaccu ontladen afhankelijk van de elektrolytdichtheid

De dichtheid moet elke twee weken worden gemeten en moet altijd het lezen van het record voor toekomstig gebruik worden bewaard.

De dichtere elektrolyt, hoe zuurder bevat en hoe meer de batterij wordt opgeladen. Dichtheid 1,300-1,280 g / ^cm3 aangeeft volledig opgeladen. Typisch na batterijontlading mate afhankelijk van de elektrolytdichtheid:

• 1,300-1,280 - volledig opgeladen:
• 1,280-1,200 - meer dan de helft leeg;
• 1,200-1,150 - in rekening gebracht minder dan de helft;
• 1150 - bijna leeg.

In een volledig opgeladen batterij alvorens de auto voedingsspanning van elke cel 2,5-2,7 V. Zodra de belasting is aangesloten, de spanning snel daalt tot ongeveer 2,1 V gedurende drie tot vier minuten. Dit komt door de vorming van een dunne laag loodsulfaat op het oppervlak van de negatieve elektrodeplaten en tussen de centrale laag en de metalen peroxide positieve platen. De eindwaarde van de celspanning na een wegennet verbinden ongeveer 2,15-2,18 volt.

Wanneer stroom begint door de batterij stroomt tijdens het eerste uur werken, is er een spanningsdaling tot 2V vanwege toegenomen interne weerstand cellen door de vorming van grotere hoeveelheden sulfaat waarvan de poriën van de platen en de keuze van de elektrolyt zuur vult. Kort voor aanvang van de stroom van de stroomdichtheid van het elektrolyt maximaal is en gelijk aan 1,300 g / ^cm3. Aanvankelijk onderdruk snel gebeurt, maar stel de evenwichtstoestand tussen de dichtheid van zure nabij de platen en in hoofdzaak elektrolytvolume elektrodes gedragen zure invoeren van nieuwe stukken zuur uit de bulk van de elektrolyt. De gemiddelde dichtheid van de elektrolyt blijft gestaag dalen van de verhouding getoond in Fig. boven. Na een spanningsval langzamer afneemt, de snelheid van reductie hangt af van de batterijlading. Tijd ontlading schema werkwijze wordt getoond in Fig. hieronder.

Controle van de staat van de elektrolyt in de batterij

De dichtheid hydrometer gebruikt bepalen. Het bestaat uit een afgedichte glazen buis met een verlenging aan het onderste uiteinde, gevuld met kwik of geschoten, en een schaalverdeling aan de bovenkant. Deze schaal gemerkt van 1100 tot 1300 met diverse tussenliggende waarden, zoals getoond in Fig. hieronder. Als de hydrometer is geplaatst in een elektrolyt, zal zinken tot een bepaalde diepte. Derhalve zal een bepaalde hoeveelheid elektrolyt verplaatst, en wanneer de evenwichtssituatie is bereikt, zal het gewicht van het verplaatste volume juist gelijk aan het gewicht hydrometer zijn. Aangezien de dichtheid van de elektrolyt gelijk aan de verhouding van het gewicht tot volume en gewicht van de hydrometer bekend is, dan is elk niveau van onderdompeling in de oplossing komt overeen met een bepaalde de dichtheid. Sommige hydrometers op de waarden van de dichtheidsschaal, maar zijn aangeduid met "geladen", "half cijfer", "Full discharge" of dergelijke.