הריכוז והצפיפות של החומצה הגופרתית. התלות של צפיפות של ריכוז חומצה גופרתית הסוללה במכונית

לדלל ומרוכז חומצה גופרתית - זה כל כך כימיקלים חשובים כי הם מייצרים יותר בעולם מאשר כל חומר אחר. עושר כלכלי של המדינה יכול להיות מוערך במונחים של חומצה גופרתית בה מיוצרת.

תהליך הניתוק

חומצה גופרתית משמשת בצורה של תמיסות מימיות של ריכוזים שונים. היא עוברת תגובת דיסוציאציה בשני שלבים, ייצור יוני H ⁺ הם בתמיסה.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

חומצה גופרתית היא חזק, ואת השלב של הניתוק הראשון מתרחש כל כך מהר כי כמעט כל המולקולה המקורית מתפלג בין H ⁺ -ions ו HSO ₄ ^-1 -ions (סולפט מימן) בתמיסה. לאחרונה חלקית להתפרק נוסף, משחרר H ⁺ יונים אחרים ולהשאיר יון סולפט (SO ₄ ^-2) בתמיסה. עם זאת, hydrogensulfate, להיות חומצה חלשה, עדיין שורר בתמיסה של H ⁺ ו- SO ₄ ^-2. ניתוק מוחלט זה רק מתרחש כאשר הצפיפות של פתרון החומצה הגופרתי קרובה הצפיפות של מים, r. F תחת דילול גבוה.

מאפיינים של חומצה גופרתית

זה מיוחד, במובן זה שהוא יכול לשמש חומצה קונבנציונלית או מחמצן חזק - תלוי בטמפרטורה וריכוז. בתמיסה מדוללת קרה של חומצה גופרתית מגיבה עם המתכת הפעילה לתת המלח (סולפט) ואת האבולוציה של גז מימן. לדוגמה, התגובה בין לדלל קר H ₂ SO ₄ (בהנחה ניתוק מלא צעד שלה) ואת אבץ מתכתי כדלקמן:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H _2.

החומצה הגופרתית המרוכזת החמה שדחיסותה היא כ 1.8 גרם / סנטימטר ^3, יכול לשמש מחמצן, מגיב עם חומרים שהם אינרטי כלל חומצות, כגון עבור נחושת מתכתית למשל. במהלך התגובה, הנחושת מתחמצנת, ואת המוני החומצה מצטמצמת, פתרון נוצר של נחושת גופרתית (II) במים ודו תחמוצת גופרית גזים (SO ₂₎ במקום מימן, אשר יהיה צפויה על ידי הגיב החומצה עם מתכת.

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

כפי הביע בדרך כלל על ידי הריכוז של פתרונות

למעשה, הריכוז של כל פתרון יכול לבוא לידי ביטוי בדרכים שונות, אך הריכוז הנפוץ ביותר לפי משקל. הוא מציג את מספר הגרמים של המומס בתוך משקל או נפח מסוים של פתרון או הממס (בדרך כלל 1000 גרם, 1000 ס"מ ^3, 100 ס"מ ³ ו 1 DM ^3). במקום המסה בגרמים של חומר יכול לקחת את הכמות, המתבטא שומות, - אז השיג את הריכוז הטוחן של 1000 גרם או 1 DM ³ פתרון.

אם הריכוז הטוחן נקבע ביחס לא לסכום של הפתרון, אלא רק את הממס, זה נקרא molality של הפתרון. הוא מאופיין על ידי העצמאות של הטמפרטורה.

לעתים קרובות ריכוז המשקל מצוין גרם לכל 100 גרם של ממס. הכפלת מספר זה על ידי 100%, זה נערך על אחוז משקל (מחיר ריכוז). כלומר, שיטה זו משמשת לעתים תכופות, להחיל פתרון חומצה גופרתית.

כל ערך של ריכוז הפתרון, נקבע בטמפרטורת נתונה, היא מתאימה צפיפות מאוד ספציפית (למשל, צפיפות פתרון חומצה גופרתית). לכן, לפעמים זה מאופיין פתרון. לדוגמה, H ₂ SO ₄ פתרון, ריכוז אחוז איפיינה 95.72%, צפיפות של 1.835 גרם / ס"מ ³ בזמן t = 20 ° C. כיצד לקבוע את הריכוז של פתרון כזה, אם יינתן רק גופרתי צפיפות חומצה? השולחן נותן התכתבות כזו הוא קבוע של כל ספר לימוד על כימיה כללית או אנליטי.

חישוב מחדש ריכוז דוגמה

עזוב ממצב אחד ביטוי אחר ריכוז פתרון. נניח שיש לנו H ₂ SO ₄ פתרון במים עם 60% ריכוז של עניין. אנחנו ראשונים להגדיר את הצפיפות של החומצה הגופרתית המקבילה. טבלה המכילה באחוזים (בעמודה ראשונה) ואת הצפיפות המקבילה בתמיסה המימית של H ₂ SO ₄ (העמודה רביעית), מוצגת להלן.

הוא קובע את הערך הרצוי אשר שווה 1.4987 גרם / ס"מ ^3. אנחנו עכשיו לחשב את molarity של הפתרון. לשם כך יש צורך לקבוע את המסה של H ₂ SO ₄ ב 1 ליטר של פתרון ואת המספר המתאים של שומות של חומצה.

נפח, אשר תופס 100 גרם של פתרון מניות:

100 / 1.4987 = 66.7 מ"ל.

מאחר 66.7 מ"ל של תמיסת 60% הכילו 60 גרם של חומצה ב 1 ליטר של זה יכיל:

(60 / 66.7) x 1000 = 899, 55 גרם.

טוחן חומצה גופרתית משקל שווה 98. לפיכך, המספר מולי כלול 899.55 גרם של הגרם שלה, יהיה:

899.55 / 98 = 9.18 שומה.

התלות של צפיפות של ריכוז חומצה גופרתית מוצג באיור. להלן.

שימוש חומצה גופרתית

הוא משמש בתעשיות שונות. בשנת הייצור של ברזל ופלדה משמש לניקוי משטח המתכת לפני שהוא מכוסה עם חומר אחר המעורבים ביצירת צבעים סינטטיים, כמו גם סוגים אחרים של חומצות כגון הידרוכלורית חנקתית. כמו כן הוא משמש בייצור של מוצרים פרמצבטיים, דשנים וחומרי נפץ, ועדיין הוא מגיב חשוב בהסרת זיהומים מן הנפט הגולמי בתעשיית הזיקוק.

כימי זה מאוד שימושי בחיי היומיום, והיא זמינה בקלות כפתרון חומצה גופרתית בשימוש בסוללות עופרת חומצה (לדוגמה, אלה במכוניות). חומצה כזה בדרך כלל יש ריכוז של בין כ 30% עד 35% H ₂ SO ₄ לפי משקל, והיתרה - המים.

עבור יישומי צרכן רבים 30% H ₂ SO ₄ יהיו יותר ממספיק כדי לענות על הצרכים שלהם. עם זאת, בענף וזה דורש ריכוז גבוה בהרבה של חומצה גופרתית. בדרך כלל, במהלך ייצור זה מתקבל ראשון מספיק לדלל מזוהם עם תכלילים אורגניים. חומצה מרוכזת מתקבלת בשני שלבים: ראשון, זה הותאם 70%, ולאחר מכן - בשלב שני - מועלה 96-98%, המהווה פרמטר ההגבלה לייצור מבחינה כלכלית.

הצפיפות של החומצה הגופרתית ו הזנים שלו

אמנם כמעט 99% חומצה גופרתית יכולה להיות בקצרה על ריפלוקס, אבל האובדן הבא של SO ₃ בנקודת הרתיחה מפחית את הריכוז כדי 98.3%. באופן כללי, המין עם% מדד 98 יותר יציב אחסון.

חומצות כיתה מסחרי להשתנות בריכוז של האינטרס שלה, ואשר היא נבחרת ערכים אלה שבו הטמפרטורה התגבשות נמוך. הדבר נעשה כדי להקטין את ההפסד של גבישי חומצה גופרתיים לזרז במהלך הובלה ואחסון. הזנים העיקריים הם:

• המגדל (חנקן) - 75%. צפיפות חומצה גופרתית של המעמד שווה 1670 ק"ג / מ ^'3. קבל שנקרא שלו. שיטת החנקן שבו nitroso וכתוצאה מטופלים (זה גם H ₂ SO _4, אבל עם תחמוצות חנקן מומס) בפריימריז ירי הגז גלם calcined תחמוצת הגופרית המכיל _{2 SO,} לתוך מגדלי מצופה (ומכאן זנים שם). כתוצאה מכך הוקצו תחמוצות חנקן חומצה אשר אינם צורכים בתהליך, וחזר מחזור הייצור.
• יצירת קשר - 92,5-98,0%. צפיפות חומצה גופרתית של 98% של המעמד שווה 1836.5 ק"ג / מ ^'3. כמו כן מתקבל גזים לצלייה המכילים _{2 SO,} שבו התהליך מורכב חמצון פחמן דו אנהידריד כדי SO ₃ עם המגע שלה (ומכאן הכיתה שם) עם מספר שכבות של זרז ונדיום מוצק.
• Oleum - 104.5%. צפיפות שלה שווה 1896.8 ק"ג / מ ^'3. פתרון זה של SO ₃ ב H ₂ SO _4, שבו המרכיב הראשון מכיל 20%, וחומצה - הוא 104.5%.
• אולאום High-grade - 114.6%. צפיפותו - 2002 ק"ג / מ ^'3.
• סוללה - 92-94%.

כיצד הסוללה במכונית

המבצע של זה אחד המכשירים החשמליים הפופולרי ביותר מבוססת כולה על תהליכים אלקטרוכימיים המתרחשים בנוכחות חומצה גופרתית מימית.

סוללת הרכב מכילה לדלל אלקטרוליט חומצה גופרתי, ואלקטרודות חיוביות ושליליות בדמות כמה צלחות. צלחות חיוביות עשויות חומר אדמדם-חום - של פחמן דו עופרת (PbO _2), ושלילי - של עופרת "ספוג" אפרפרה (Pb).

מאז אלקטרודות עשויות להוביל או חומר עופרת, זה סוג של סוללה נקרא לעתים סוללת עופרת-חומצה. הישימות, לא שלה. E. מתח המוצא נקבעת ישירות על ידי מה הוא בשלב זה את הצפיפות של חומצה גופרתית (kg / m3 או g / ס"מ ^3), מילא את הסוללה כמו האלקטרוליט.

מה קורה עם האלקטרוליט כאשר הסוללה מתרוקנת,

האלקטרוליט בסוללת עופרת-החומצה היא פתרון נטען של חומצה גופרתית בתוך מים מזוקקים טהורים מבחינה כימי עם ריכוז של ריבית של 30% על תשלום מלא. חומצה נטו יש צפיפות של 1.835 גרם / ס"מ ^3, אלקטרוליט - על 1.300 גרם / ס"מ ^3. כאשר הסוללה ריקה, זה תגובות אלקטרוכימיים להתרחש וכתוצאה מכך החומצה הגופרתית ממדפי האלקטרוליט. ריכוז של הפתרון תלוי כמעט פרופורציונלי צפיפות, אז זה צריך להקטין בשל הירידה בריכוז האלקטרוליטים.

כל עוד הזרם הפריק זורם דרך חומצת הסוללה בשימוש נרחבת ליד האלקטרודות שלו ואת אלקטרוליט הופך יותר לדלל. דיפוזיה חומצה מן הנפח הכולל של האלקטרוליט ואת לוחות אלקטרודה תומכת בעצמה קבועה כ של תגובות כימיות, וכתוצאה מכך, את מתח המוצא.

בתחילת התהליך הפריק של דיפוזיה של אלקטרוליט החומצה בצלחת מתרחשת במהירות בגלל סולפט וכתוצאה עם נקבוביות בקיעות עדיין בחומר הפעיל של אלקטרודות. כאשר סולפט מתחילה להיווצר ולמלא את הנקבוביות של אלקטרודות, הדיפוזיה מתקיים יותר לאט.

תיאורטית זה אפשרי להמשיך להזרים עוד כל החומצה לא תשמש, ואת אלקטרוליט תהיה מורכבת מים טהורים. עם זאת, הניסיון מראה כי רמת אסור להמשיך אחרי צפיפות האלקטרוליט ירד ל 1.150 גרם / ס"מ ^3.

כאשר הצפיפות יורדת מ 1300 ל 1150, כלומר סולפט הרבה נוצר במהלך התגובה, וזה ממלא את כל הנקבוביות בחומר הפעיל על הצלחות, כלומר. א מהפתרון נבחר כמעט כל החומצה הגופרתית. הצפיפות תלויה בריכוז יחסי, ובאופן דומה, הצפיפות של הטעינה של סוללת תלויה. איור. להלן מציג את התלות של צפיפות האלקטרוליט בסוללה.

שינוי הצפיפות של אלקטרוליט, האמצעי הטוב ביותר של קביעת מדינה פריקה סוללה, ובלבד שהוא משמש כראוי.

תארים פריקי סוללה במכונית בהתאם לצפיפות אלקטרוליט

צפיפותו צריכה להימדד לשבועות ותמיד חייב להישמר קריאה הרשומה לשימוש עתידי.

האלקטרוליט הצפוף יותר, כך גדלנו חומצה שהוא מכיל וככל הסוללה טעונה. צפיפות 1,300-1,280 גרם / ס"מ ³ מציין טעינה מלאה. בדרך כלל, לאחר תואר פריקת הסוללה להשתנות בהתאם לצפיפות אלקטרוליט:

• 1,300-1,280 - טעון לחלוטין:
• 1,280-1,200 - יותר ממחצית ריקה;
• 1,200-1,150 - טעון פחות ממחצית;
• 1150 - כמעט ריק.

בשנת סוללה טעונה במלואה לפני חיבור מתח אספקת הרכב שלה של כל תא הוא 2.5 ל 2.7 V. ברגע העומס מחובר, המתח יורד במהירות על 2.1 V במשך שלוש או ארבע דקות. זאת בשל היווצרות שכבה דקה של סולפט להוביל על פני השטח של צלחות אלקטרודה שליליות בין שכבת ההובלה ואת מי מתכת צלחות חיוביות. השווי הסופי של מתח התא לאחר רשת הכביש המחבר כ 2,15-2,18 וולט.

כאשר נוכחי מתחילה לזרום דרך הסוללה במהלך השעה הראשונה של מבצע, יש ירידה במתח עד 2 V בשל התנגדות תא פנימית גדלה עקב ההיווצרות של כמויות גדולות יותר של חומצה גופרתית אשר ממלאת את הנקבוביות של הצלחות ואת הבחירה של חומצת אלקטרוליט. זמן קצר לפני תחילת הזרימה של צפיפות הזרם של האלקטרוליט הוא מירבית שווה 1.300 גרם / סנטימטר ^3. בתחילה זה underpressure מתרחש במהירות, אבל אז להגדיר את המצב המאוזן בין הצפיפות של חומצה ליד הצלחות ואלקטרודות בחירה נפח אלקטרוליט משמעותי נתמכת חומצת הזנת חומצת יצירות חדשות מן הארי של האלקטרוליט. הצפיפות הממוצעת של האלקטרוליט ממשיך לרדת בהתמדה על היחסים באיור. לעיל. לאחר מתח ירידה ראשוני יורד לאט יותר, שיעור ההפחתה שלה תלוי בעומס הסוללה. תהליך פריק לוח זמנים מוצג באיור. להלן.

בקרה של מדינת האלקטרוליט בסוללה

כדי לקבוע את הִידרוֹמֶטֶר צפיפות בשימוש. הוא מורכב צינור זכוכית אטום עם רחבה בקצה התחתון, מלאה כספי או זריקה, ואת סולם מדורג על הקצה העליון. סולם זה שכותרתו מ 1100 עד 1300 עם ערכי ביניים שונים, כפי שמוצג באיור. להלן. אם הִידרוֹמֶטֶר מושם בתוך אלקטרוליט, זה ישקע עד לעומק מסוים. לכן זה יתפוס את מקומו של נפח מסוים של אלקטרוליט, וכאשר עמדו לשיווי המשקל, המשקל של הנפח העקור יהיה פשוט שווה הִידרוֹמֶטֶר המשקל. מאז צפיפות של האלקטרוליט שווה ליחס של כובד משקלו כדי נפח ומשקל של הִידרוֹמֶטֶר ידוע, אז כל רמה של טבילה בתמיסה מתאימה ל- צפיפות שלה בפרט. מדדים לחלקם יש עם הערכים של הסקאלה הצפיפות, אבל מסומן על ידי "משועבד", "חצי ספרה", "פריקה מלאה" או משהו הדומה.