Nồng độ và mật độ của axit sunfuric. Sự phụ thuộc của mật độ của nồng độ axit sulfuric trong pin xe

Pha loãng và tập trung axit sunfuric - đó là hóa chất quan trọng như vậy mà họ sản xuất nhiều nhất trên thế giới hơn bất kỳ chất nào khác. sự giàu có kinh tế của đất nước có thể được đánh giá về mặt axit sunfuric trong đó sản xuất.

quá trình phân ly

axit sulfuric được sử dụng dưới dạng dung dịch nước của nồng độ khác nhau. Cô trải qua phản ứng phân ly theo hai giai đoạn, sản xuất các ion H ⁺ trong dung dịch.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

axit sulfuric là một mạnh mẽ, và giai đoạn đầu tiên của phân ly xảy ra quá nhanh đến nỗi hầu như tất cả các phân tử gốc phá vỡ thành H ⁺ -ions và HSO ₄ ^-1 -ions (hydrogen sulfate) trong dung dịch. Gần đây một phần tan rã hơn nữa, giải phóng ion H ⁺ khác và để lại một ion sulfat (SO ₄ ^-2) trong dung dịch. Tuy nhiên, hydrogensulfate, là một axit yếu, vẫn chiếm ưu thế trong một dung dịch H ⁺ và SO ₄ ^-2. Toàn bộ phân ly nó chỉ xảy ra khi mật độ của dung dịch axit sunfuric gần mật độ của nước, r. F dưới pha loãng cao.

Tính chất của axit sunfuric

Nó là đặc biệt theo nghĩa là nó có thể hoạt động như một axit thông thường hoặc một chất oxy hóa mạnh mẽ - tùy thuộc vào nhiệt độ và nồng độ. Một dung dịch loãng lạnh của axit sulfuric phản ứng với kim loại hoạt động để cung cấp cho muối (sulfate) và sự tiến hóa của khí hydro. Ví dụ, phản ứng giữa lạnh loãng H ₂ SO ₄ (giả sử toàn bước phân ly của nó) và kẽm kim loại như sau:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H _2.

Các axít sulfuric đậm đặc nóng, có mật độ là khoảng 1,8 g / cm ^3, có thể hoạt động như một chất ôxi hóa, phản ứng với vật liệu nói chung là trơ để axit, chẳng hạn như ví dụ đồng kim loại. Trong quá trình phản ứng, đồng bị oxy hóa, và khối lượng axit giảm đi, một giải pháp được hình thành đồng sunfat (II) trong nước và sulfur dioxide khí (SO ₂₎ thay vì hydro, mà sẽ được dự kiến từ phản ứng của axit với kim loại.

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

Như thường được biểu thị bằng nồng độ của các giải pháp

Trên thực tế, nồng độ của bất kỳ giải pháp có thể được thể hiện bằng nhiều cách khác nhau, nhưng nồng độ sử dụng rộng rãi nhất tính theo trọng lượng. Nó cho thấy số gam chất tan trong một trọng lượng nhất định hoặc thể tích dung dịch hoặc dung môi (thường là 1000 g, 1000 cm ^3, 100 cm ³ và 1 dm ^3). Thay vì khối lượng tính bằng gam của một chất có thể lấy số lượng, thể hiện bằng các nốt ruồi, - thì thu được nồng độ mol của 1000 g hoặc 1 dm ³ giải pháp.

Nếu nồng độ mol xác định trong mối quan hệ không để số lượng các giải pháp, nhưng chỉ trong dung môi, nó được gọi là molality của giải pháp. Nó được đặc trưng bởi sự độc lập của nhiệt độ.

Thông thường nồng độ cân chỉ bằng gam trên 100 gam dung môi. Nhân con số này lên 100%, nó được lập trên phần trăm trọng lượng (mỗi tập trung). Đó là, phương pháp này thường được sử dụng nhiều nhất là áp dụng cho một dung dịch axit sunfuric.

Mỗi giá trị của nồng độ dung dịch, xác định ở nhiệt độ nhất định, nó tương ứng với một mật độ rất cụ thể (ví dụ, mật độ của dung dịch axit sunfuric). Do đó, đôi khi nó có đặc điểm là giải pháp. Ví dụ, H ₂ SO ₄ giải pháp, tập trung tỷ lệ đặc trưng 95,72%, mật độ 1,835 g / cm ³ tại t = 20 ° C. Làm thế nào để xác định nồng độ của một giải pháp như vậy, nếu đưa ra chỉ mật độ acid sulfuric? Bảng cho thư như là một vật cố của bất kỳ cuốn sách giáo khoa về hóa học nói chung hay phân tích.

tính toán lại tập trung VÍ DỤ

Hãy đi từ một phương thức biểu hiện khác nồng độ dung dịch. Giả sử chúng ta có H ₂ SO ₄ giải pháp trong nước với nồng độ 60% quan tâm. Đầu tiên chúng ta xác định mật độ của axit sulfuric tương ứng. Bảng chứa tỷ lệ phần trăm (cột đầu tiên) và mật độ tương ứng của dung dịch H ₂ SO ₄ (cột thứ tư), được trình bày dưới đây.

Nó quyết định giá trị mong muốn tương đương với 1,4987 g / cm ^3. Bây giờ chúng ta tính toán nồng độ mol của dung dịch. Đối với điều này nó là cần thiết để xác định khối lượng của H ₂ SO ₄ trong 1 lít dung dịch và số lượng tương ứng của mol axit.

Khối lượng, trong đó chiếm 100 g dung dịch:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Vì trong 66,7 ml dung dịch 60% chứa 60 g axit trong 1 lít nó sẽ bao gồm:

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

acid sulfuric mol cân bằng 98. Do đó, số mol chứa trong 899,55 g gram của nó, sẽ là:

899,55 / 98 = 9,18 mol.

Sự phụ thuộc của mật độ của nồng độ axit sulfuric được hiển thị trong hình. bên dưới.

Việc sử dụng axit sunfuric

Nó được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Trong sản xuất sắt thép được sử dụng để làm sạch bề mặt kim loại trước khi nó được bao phủ với một chất tham gia vào việc tạo ra thuốc nhuộm tổng hợp cũng như các loại axit như hydrochloric và nitric. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất dược phẩm, phân bón và thuốc nổ, và vẫn còn là một thuốc thử quan trọng trong việc loại bỏ các tạp chất từ dầu thô trong ngành công nghiệp lọc dầu.

Hóa chất này là cực kỳ hữu ích trong cuộc sống hàng ngày, và có thể dễ dàng có sẵn như là một dung dịch axit sulfuric được sử dụng trong pin chì-axit (ví dụ, những người đang trong xe ô tô). axit như vậy thường có nồng độ từ khoảng 30% xuống còn 35% H ₂ SO ₄ tính theo trọng lượng, sự cân bằng - nước.

Đối với nhiều ứng dụng tiêu dùng 30% H ₂ SO ₄ sẽ được nhiều hơn, đủ để đáp ứng nhu cầu của họ. Tuy nhiên, trong ngành công nghiệp và nó đòi hỏi một sự tập trung cao hơn nhiều acid sulfuric. Thông thường, trong quá trình sản xuất nó là lần đầu tiên thu được đủ loãng và bị nhiễm tạp chất hữu cơ. axit đậm đặc thu được trong hai giai đoạn: thứ nhất, nó đã được điều chỉnh lên 70%, và sau đó - trong một bước thứ hai - được nâng lên 96-98%, trong đó là tham số giới hạn phục vụ sản xuất hiệu quả kinh tế.

Mật độ của axit sulfuric và giống của nó

Mặc dù gần như 99% axit sulfuric có thể một thời gian ngắn tại trào ngược, nhưng thiệt hại tiếp theo của SO ₃ ở điểm sôi làm giảm nồng độ tới 98,3%. Nói chung, các loài với chỉ số 98% ổn định hơn trong lưu trữ.

axit lớp thương mại khác nhau về nồng độ của nó về quyền lợi, và mà nó được chọn những giá trị mà tại đó nhiệt độ kết tinh thấp. Này được thực hiện để giảm sự mất mát của các tinh thể axit sunfuric kết tủa trong vận chuyển và lưu trữ. Các giống chính là:

• Tháp (nitơ) - 75%. mật độ axit sulfuric của lớp tương đương với 1670 kg / m ^3. Nhận mình cái gọi là. phương pháp nitơ trong đó nitroso kết quả điều trị (điều này cũng là H ₂ SO _4, nhưng với các oxit nitơ hòa tan) ở tiểu học bắn các sulfur dioxide chứa khí thô nung SO _2, vào tháp lót (vì thế các giống tên). Kết quả là phân bổ axit và nitơ oxit mà không được tiêu thụ trong quá trình này, và trả lại cho chu kỳ sản xuất.
• Liên hệ - 92,5-98,0%. mật độ axit sulfuric 98% của lớp tương đương với 1836,5 kg / m ^3. Nó cũng thu được từ các loại khí nhà rang xay có chứa SO _2, trong đó quá trình này bao gồm quá trình oxy hóa dioxide anhydride để SO ₃ với tiếp xúc của nó (vì vậy tên lớp) với nhiều lớp chất xúc tác vanadi rắn.
• Oleum - 104,5%. mật độ của nó tương đương với 1896,8 kg / m ^3. Giải pháp này của SO ₃ trong H ₂ SO _4, trong đó các thành phần đầu tiên chứa 20%, và acid - là 104,5%.
• Cao cấp ôleum - 114,6%. mật độ của nó - 2002 kg / m ^3.
• Pin - 92-94%.

Làm thế nào để pin xe

Các hoạt động của điều này một trong các thiết bị điện phổ biến nhất được dựa hoàn toàn vào các quá trình điện hóa xảy ra trong sự hiện diện của axit sunfuric dung dịch nước.

Ô tô pin chứa pha loãng chất điện phân axit sulfuric, và điện cực dương và âm dưới hình thức một vài bản kẽm. tấm dương được làm bằng một loại vật liệu màu nâu đỏ - của dioxide chì (PbO _2), và tiêu cực - của xám "xốp" chì (Pb).

Kể từ khi các điện cực được làm bằng chì hoặc vật liệu pha chì, loại pin thường được gọi là ắc quy chì-axit. E. Các điện áp đầu ra khả năng hoạt động, t. Của nó được xác định trực tiếp bởi những gì là vào lúc này mật độ của acid sulfuric (kg / m3 hoặc g / cm ^3), điền vào pin như điện giải.

Chuyện gì xảy ra với điện giải khi thải pin,

Chất điện ắc quy chì-axit là một giải pháp có thể sạc lại của axit sunfuric trong một nước cất hóa học tinh khiết với nồng độ lãi suất 30% tại sạc đầy. axit Net có mật độ 1,835 g / cm ^3, điện giải - khoảng 1,300 g / cm ^3. Khi pin đã được thải ra, nó phản ứng điện hóa kết quả xảy ra trong axit sulfuric rút khỏi điện giải. Nồng độ của dung dịch phụ thuộc gần như tỉ lệ với mật độ, vì vậy nó sẽ giảm do sự giảm nồng độ chất điện phân.

Chừng nào việc xả dòng điện chạy qua axit pin được sử dụng rộng rãi gần điện cực và chất điện ngày càng trở nên loãng. khuếch tán axit từ tổng khối lượng các chất điện phân và các tấm điện cực hỗ trợ cường độ xấp xỉ liên tục của phản ứng hóa học, và kết quả điện áp đầu ra.

Vào lúc bắt đầu của quá trình xả khuếch tán của các chất điện phân axit trong tấm xảy ra một cách nhanh chóng bởi vì sulfate kết quả với lỗ chân lông chưa ghi được trong các vật liệu tích cực của các điện cực. Khi sulphate bắt đầu hình thành và lấp đầy lỗ chân lông của các điện cực, sự khuếch tán diễn ra chậm hơn.

Về mặt lý thuyết nó có thể tiếp tục xả chừng nào tất cả các axit sẽ không được sử dụng, và chất điện phân sẽ được cấu thành từ nước tinh khiết. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy rằng mức độ không nên tiếp tục sau khi mật độ điện giảm xuống còn 1.150 g / cm ^3.

Khi mật độ giảm từ 1.300 đến 1.150, có nghĩa là nhiều sulfate được hình thành trong phản ứng, và nó lấp đầy tất cả các lỗ chân lông trong vật liệu hoạt động trên các tấm, tức là. E. Từ các giải pháp đã được lựa chọn hầu hết các axit sulfuric. Mật độ phụ thuộc vào nồng độ tương ứng, và tương tự, mật độ điện tích của pin phụ thuộc. Hình. dưới đây cho thấy sự phụ thuộc của mật độ pin điện giải.

Thay đổi mật độ của các chất điện phân, phương tiện tốt nhất để xác định trạng thái xả pin, với điều kiện là nó được sử dụng đúng cách.

Bằng cấp xả pin xe tùy thuộc vào mật độ điện giải

mật độ của nó nên được kiểm tra mỗi hai tuần và phải luôn luôn được tiếp tục đọc các bản ghi để sử dụng trong tương lai.

Chất điện dày đặc hơn, axit hơn nó chứa và càng pin đã được sạc. Mật độ 1,300-1,280 g / cm ³ báo đã sạc đầy. Thông thường, sau khi mức độ xả pin khác nhau tùy thuộc vào mật độ điện giải:

• 1,300-1,280 - sạc đầy:
• 1,280-1,200 - hơn một nửa trống rỗng;
• 1,200-1,150 - tính ít hơn một nửa;
• 1.150 - gần như trống rỗng.

Trong một pin sạc đầy trước khi kết nối điện áp cung cấp ô tô của mỗi tế bào là 2,5-2,7 V. Ngay sau khi tải được kết nối, điện áp một cách nhanh chóng giảm xuống khoảng 2,1 V cho ba hoặc bốn phút. Điều này là do sự hình thành của một lớp mỏng của sulfat chì trên bề mặt của các tấm điện cực âm và giữa các lớp chì và các kim loại peroxide tấm tích cực. Giá trị cuối cùng của điện áp di động sau một mạng lưới đường kết nối khoảng 2,15-2,18 volt.

Khi hiện tại bắt đầu chảy qua pin trong giờ đầu tiên hoạt động, có sự sụt giảm điện áp đến 2 V do tăng kháng tế bào nội do sự hình thành của một lượng lớn hơn của sulfate đó lấp đầy các lỗ chân lông của các tấm và việc lựa chọn các axit điện giải. Không lâu trước khi bắt đầu của dòng chảy của mật độ dòng của chất điện phân là tối đa và tương đương với 1,300 g / cm ^3. Ban đầu nó không có áp lực xảy ra một cách nhanh chóng, nhưng sau đó thiết lập trạng thái cân bằng giữa mật độ của acid gần các tấm điện cực và lựa chọn khối lượng điện đáng kể hỗ trợ axit vào axit mảnh mới từ phần lớn các chất điện phân. Mật độ trung bình của chất điện tiếp tục giảm đều đặn về mối quan hệ hiện trong hình. trên. Sau một thả điện áp ban đầu giảm chậm hơn, tốc độ của nó giảm phụ thuộc vào tải pin. Thời gian quá trình lịch xả được hiển thị trong hình. bên dưới.

Kiểm soát trạng thái của chất điện phân trong ắc quy

Để xác định tỷ trọng kế mật độ sử dụng. Nó bao gồm một ống thủy tinh kín với một phần mở rộng vào cuối thấp hơn, chứa đầy thủy ngân hoặc bắn và cân phân loại vào cuối phía trên. Thang đo này được dán nhãn từ 1.100 đến 1.300 với các giá trị trung gian khác nhau, như thể hiện trong hình. bên dưới. Nếu tỷ trọng kế được đặt trong một chất điện phân, nó sẽ chìm xuống độ sâu nhất định. Như vậy nó sẽ thay thế một khối lượng nhất định của chất điện phân, và khi vị trí cân bằng được đạt tới, trọng lượng của khối lượng di dời sẽ chỉ tương đương với tỷ trọng kế cân. Kể từ khi mật độ các chất điện giải bằng với tỷ lệ trọng lượng của nó với khối lượng và trọng lượng của tỷ trọng kế nổi tiếng, sau đó mỗi mức độ ngâm trong dung dịch tương ứng với một mật độ của nó cụ thể. Một số phù kế có với các giá trị của quy mô mật độ, nhưng được đánh dấu bằng "Tính", "một nửa chữ số", "Full xả" hoặc tương tự.