АдукацыяКаледжы і універсітэты

Канцэнтрацыя і шчыльнасць сернай кіслаты. Залежнасць шчыльнасці сернай кіслаты ад канцэнтрацыі ў акумулятары аўтамабіля

Разведзеная і канцэнтраваная серная кіслата - гэта настолькі важныя хімічныя прадукты, што ў свеце іх выпрацоўваецца больш, чым любых іншых рэчываў. Эканамічнае багацце краіны можа быць ацэнена па аб'ёме вырабленай у ёй сернай кіслаты.

працэс дысацыяцыі

Серная кіслата знаходзіць прымяненне ў выглядзе водных раствораў рознай канцэнтрацыі. Яна падвяргаецца рэакцыі дысацыяцыі ў два этапы, вырабляючы H + -іёны ў растворы.

H 2 SO 4 = H + + HSO 4 -;

HSO 4 - = H + + SO 4 -2.

Серная кіслата з'яўляецца моцнай, і першы этап яе дысацыяцыі адбываецца настолькі інтэнсіўна, што практычна ўсе зыходныя малекулы распадаюцца на H + -іёны і HSO 4 -1 -іёны (гидросульфата) у растворы. Апошнія часткова распадаюцца далей, вылучаючы іншы H + -іёны і пакідаючы сульфат-іён (SO 4 -2) у растворы. Аднак гидросульфат, быўшы слабой кіслатой, усё ж пераважае ў растворы над H + і SO 4 -2. Поўная дысацыяцыя яго адбываецца толькі, калі шчыльнасць раствора сернай кіслаты набліжаецца да шчыльнасці вады, т. Е пры моцным развядзенні.

Ўласцівасці сернай кіслаты

Яна з'яўляецца асаблівай у тым сэнсе, што можа дзейнічаць як звычайная кіслата ці як моцны акісляльнік - у залежнасці ад яе тэмпературы і канцэнтрацыі. Халодны разведзены раствор сернай кіслаты рэагуе з актыўнымі металамі з атрыманнем солі (сульфату) і вылучэннем газу вадароду. Напрыклад, рэакцыя паміж халоднай разведзенай Н 2 SO 4 (у здагадцы яе поўнай двухэтапной дысацыяцыі) і металічным цынкам выглядае так:

Zn + Н 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2.

Гарачая серная кіслата канцэнтраваная, шчыльнасць якой каля 1,8 г / см 3, можа дзейнічаць у якасці акісляльніка, рэагуючы з матэрыяламі, якія звычайна інэртныя да кіслот, такімі, напрыклад, як металічная медзь. У працэсе рэакцыі медзь акісляецца, а маса кіслаты памяншаецца, утворыцца раствор сульфату медзі (II) у вадзе і газападобных двухвокіс серы (SO 2) замест вадароду, чаго можна было б чакаць пры ўзаемадзеянні кіслаты з металам.

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

Як наогул выяўляецца канцэнтрацыя раствораў

Уласна, канцэнтрацыя любога раствора можа быць выказана рознымі спосабамі, але найбольш шырока выкарыстоўваецца вагавая канцэнтрацыя. Яна паказвае колькасць грамаў растворанага рэчыва ў пэўнай масе або аб'ёме раствора або растваральніка (звычайна 1000 г, 1000 см 3, 100 см 3 і 1 дм 3). Замест масы рэчыва ў грамах можна браць яго колькасць, выяўленае ў молях, - тады атрымліваецца малярная канцэнтрацыя на 1000 г або 1 дм 3 раствора.

Калі малярная канцэнтрацыя вызначана у адносінах не да колькасці раствора, а толькі да растваральнікаў, то яна носіць назву моляльности раствора. Для яе характэрна незалежнасць ад тэмпературы.

Часцяком вагавую канцэнтрацыю паказваюць у грамах на 100 г растваральніка. Памнажаючы гэты паказчык на 100%, атрымліваюць яе ў вагавых працэнтах (працэнтная канцэнтрацыя). Менавіта гэты спосаб з'яўляецца найбольш часта ужывальным ва ўжыванні да раствораў сернай кіслаты.

Кожнай велічыні канцэнтрацыі раствора, пэўнай пры дадзенай тэмпературы, адпавядае цалкам канкрэтная яго шчыльнасць (напрыклад, шчыльнасць раствора сернай кіслаты). Таму часам раствор характарызуюць менавіта ёю. Напрыклад, раствор Н 2 SO 4, які характарызуецца працэнтнай канцэнтрацыяй 95,72%, мае шчыльнасць 1,835 г / гл 3 пры t = 20 ° С. Як жа вызначыць канцэнтрацыю такога раствора, калі дадзена толькі шчыльнасць сернай кіслаты? Табліца, якая дае такое адпаведнасць, з'яўляецца неад'емнай прыналежнасцю любога падручніка па агульнай або аналітычнай хіміі.

Прыклад пераліку канцэнтрацыі

Паспрабуем перайсці ад аднаго спосабу выражэння канцэнтрацыі раствора да іншага. Выкажам здагадку, што мы маем раствор Н 2 SO 4 у вадзе з працэнтнай канцэнтрацыяй 60%. Спачатку вызначым адпаведную шчыльнасць сернай кіслаты. Табліца, якая змяшчае працэнтныя канцэнтрацыі (першы слупок) і адпаведныя ім шчыльнасці воднага раствора Н 2 SO 4 (чацвёрты слупок), прыведзена ніжэй.

Па ёй вызначаем шуканую велічыню, якая роўная 1,4987 г / см 3. Вылічым цяпер молярное дадзенага раствора. Для гэтага неабходна вызначыць масу Н 2 SO 4 у 1 л раствора і адпаведнае ёй колькасць молей кіслаты.

Аб'ём, які займаюць 100 г зыходнага раствора:

100 / 1,4987 = 66,7 мл.

Так як у 66,7 мілілітраў 60% -нага раствора змяшчаецца 60 г кіслоты, то ў 1 л яе будзе ўтрымлівацца:

(60 / 66,7) х 1000 = 899, 55 г.

Малярны вага сернай кіслаты роўны 98. Адсюль лік молей, якiя ўтрымлiваюцца ў 899,55 г яе грамах, будзе роўна:

899,55 / 98 = 9,18 моль.

Залежнасць шчыльнасці сернай кіслаты ад канцэнтрацыі прыведзеная на мал. ніжэй.

Выкарыстанне сернай кіслаты

Яна ўжываецца ў розных галінах прамысловасці. У вытворчасці чыгуну і сталі яна выкарыстоўваецца для ачысткі паверхні металу, перш чым ён пакрываецца іншым рэчывам, удзельнічае ў стварэнні сінтэтычных фарбавальнікаў, а таксама іншых тыпаў кіслот, такіх як саляная і азотная. Яна таксама ўжываецца ў вытворчасці фармпрэпаратаў, угнаенняў і выбуховых рэчываў, а яшчэ з'яўляецца важным рэагентаў пры выдаленні прымешак з нафты ў нафтаперапрацоўчай прамысловасці.

Гэта хімічнае рэчыва з'яўляецца неверагодна карысным і ў побыце, і лёгка даступна як раствор сернай кіслаты, які выкарыстоўваецца ў свінцова-кіслотных акумулятарных батарэях (напрыклад, тых, што стаяць у аўтамабілях). Такая кіслата, як правіла, мае канцэнтрацыю прыкладна ад 30% да 35% H 2 SO 4 па вазе, астатняе - вада.

Для многіх бытавых прыкладанняў 30% Н 2 SO 4 будзе больш чым дастаткова, каб задаволіць свае патрэбы. Аднак у прамысловасці патрабуецца і значна больш высокая канцэнтрацыя сернай кіслаты. Звычайна ў працэсе вытворчасці яна спачатку атрымліваецца досыць разведзенай і забруджанай арганічнымі ўключэннямі. Канцэнтраваную кіслату атрымліваюць у два этапы: спачатку яе даводзяць да 70%, а затым - на другім этапе - падымаюць да 96-98%, што з'яўляецца гранічным паказчыкам для эканамічна рэнтабельнай вытворчасці.

Шчыльнасць сернай кіслаты і яе гатунку

Хоць амаль 99% -ную серную кіслату можна атрымаць кароткачасова пры кіпенні, але наступная страта SO 3 у кропкі кіпення прыводзіць да зніжэння канцэнтрацыі да 98,3%. Наогул, разнавіднасць з паказчыкам 98% больш устойлівая ў захоўванні.

Таварныя гатункі кіслаты адрозніваюцца па яе працэнтнай канцэнтрацыі, прычым для іх абраныя тыя яе значэння, пры якіх мінімальныя тэмпературы крышталізацыі. Гэта зроблена для памяншэння выпадзення крышталяў сернай кіслаты ў асадак пры транспартаванні і захоўванні. Асноўныя гатункі такія:

  • Вежавага (нитрозная) - 75%. Шчыльнасць сернай кіслаты гэтага гатунку роўная 1670 кг / м 3. Атрымліваюць яго т.зв.. нитрозным метадам, пры якім атрымліваецца пры абпале першаснай сыравіны обжиговый газ, які змяшчае двухвокіс серы SO 2, у футерованных вежах (адсюль і назва гатунку) апрацоўваюць нитрозой (гэта таксама H 2 SO 4, але з растворанымі ў ёй аксідамі азоту). У выніку вылучаюцца кіслата і аксіды азоту, якія не выдаткоўваюцца ў працэсе, а вяртаюцца ў вытворчы цыкл.
  • Кантактная - 92,5-98,0%. Шчыльнасць сернай кіслаты 98% -ный гэтага гатунку роўная 1836,5 кг / м 3. Атрымліваюць яе таксама з обжигового газу, які змяшчае SO 2, прычым працэс уключае акісленне двухвокісу да ангідрыду SO 3 пры яе кантакце (адсюль і назва гатунку) з некалькімі пластамі цвёрдага ванадиевого каталізатара.
  • Олеум - 104,5%. Шчыльнасць яго роўная 1896,8 кг / м 3. Гэта раствор SO 3 у H 2 SO 4, у якім першага кампанента ўтрымліваецца 20%, а кіслаты - менавіта 104,5%.
  • Высокопроцентный олеум - 114,6%. Яго шчыльнасць - 2002 кг / м 3.
  • Акумулятарная - 92-94%.

Як уладкованы аўтамабільны акумулятар

Праца гэтага аднаго з самых масавых электратэхнічных прылад цалкам заснавана на электрахімічных працэсах, якія адбываюцца ў прысутнасці воднага раствора сернай кіслаты.

Аўтамабільны акумулятар змяшчае разведзены сарна-кіслотны электраліт, а таксама станоўчы і адмоўны электроды ў выглядзе некалькіх пласцін. Станоўчыя пласціны выкананы з чырванавата-карычневага матэрыялу - дыяксіду свінцу (PbO 2), а адмоўныя - з шараватага «губчатай» свінцу (Pb).

Паколькі электроды выраблены з свінцу або свинцовосодержащего матэрыялу, то гэты тып батарэі часта называюць свінцова-кіслотных акумулятарам. Працаздольнасць яго, т. Е. Велічыня выхаднога напружання, наўпрост вызначаецца тым, якая ў дадзены момант часу шчыльнасць сернай кіслаты (кг / м3 або г / см 3), залітай ў акумулятар ў якасці электраліта.

Што адбываецца з электралітам пры разрадзе акумулятара

Электраліт свінцова-кіслотнага акумулятара ўяўляе сабой раствор акумулятарнай сернай кіслаты ў хімічна чыстай дыстыляванай вадзе з працэнтнай канцэнтрацыяй па 30% пры поўнай зарадцы. Чыстая кіслата мае шчыльнасць 1,835 г / см 3, электраліт - каля 1,300 г / см 3. Калі акумулятар разряжается, у ім адбываюцца электрахімічнай рэакцыі, у выніку якіх з электраліта адбіраецца серная кіслата. Шчыльнасць ад канцэнтрацыі раствора залежыць практычна прапарцыйна, таму яна павінна змяншацца з прычыны зніжэння канцэнтрацыі электраліта.

Да таго часу, пакуль ток разраду працякае праз акумулятар, кіслата паблізу яго электродаў актыўна выкарыстоўваецца, і электраліт становіцца ўсё больш разведзеным. Дыфузія кіслаты з аб'ёму ўсяго электраліта і да электродных пласцінам падтрымлівае прыкладна пастаянную інтэнсіўнасць хімічных рэакцый і, як следства, выходную напружанне.

На пачатку працэсу разраду дыфузія кіслаты з электраліта ў пласціны адбываецца хутка таму, што ўтвараецца пры гэтым сульфат яшчэ не забіў пары ў актыўным матэрыяле электродаў. Калі сульфат пачынае фармавацца і запаўняць поры электродаў, дыфузія адбываецца больш павольна.

Тэарэтычна можна працягнуць разрад да таго часу, пакуль усе кіслата не будзе выкарыстана, і электраліт будзе складацца з чыстай вады. Аднак досвед паказвае, што разрады не павінны працягвацца пасля таго, як шчыльнасць электраліта звалілася да 1,150 г / см 3.

Калі шчыльнасць падае ад 1,300 да 1,150, гэта азначае, што столькі сульфату было сфармавана ў працэсе рэакцый, і ён запаўняе ўсе поры у актыўных матэрыялах на пласцінах, т. Е. З раствора ўжо адабраная амаль уся серная кіслата. Шчыльнасць ад канцэнтрацыі залежыць прапарцыйна, і дакладна гэтак жа ад шчыльнасці залежыць зарад акумулятара. На мал. ніжэй паказана залежнасць зарада акумулятара ад шчыльнасці электраліта.

Змена шчыльнасці электраліта з'яўляецца лепшым сродкам вызначэння стану разраду акумулятара, пры ўмове, што ён выкарыстоўваецца належным чынам.

Ступені разраду аўтамабільнага акумулятара ў залежнасці ад шчыльнасці электраліта

Шчыльнасць яго павінна вымярацца кожныя два тыдні і ўвесь час павінна весціся запіс паказанняў для выкарыстання ў будучыні.

Чым шчыльней электраліт, тым больш кіслаты ён утрымлівае, і тым больш зараджаны акумулятар. Шчыльнасць ў 1,300-1,280 г / см 3 паказвае на поўны зарад. Як правіла, адрозніваюцца наступныя ступені разраду акумулятара ў залежнасці ад шчыльнасці электраліта:

  • 1,300-1,280 - цалкам зараджаны:
  • 1,280-1,200 - больш чым напалову разраджаны;
  • 1,200-1,150 - зараджаны менш чым напалову;
  • 1,150 - практычна разраджаны.

У цалкам зараджанага акумулятара перад падключэннем яго аўтамабільнай сеткі напружанне кожнага вочка складае ад 2,5 да 2,7 В. Як толькі падключаецца нагрузка, напружанне хутка падае прыкладна да 2,1 У на працягу трох ці чатырох хвілін. Гэта адбываецца з-за фарміравання тонкага пласта сульфату свінцу на паверхні адмоўных электродных пласцін і паміж пластом перакісу свінцу і металам станоўчых пласцін. Канчатковае значэнне напружання вочкі пасля падлучэння да аўтамабільнай сеткі складае каля 2,15-2,18 вольт.

Калі ток пачынае працякаць праз акумулятар на працягу першай гадзіны працы, адбываецца падзенне напругі да 2 У, якое тлумачыцца ростам унутранага супраціву вочак з-за фарміравання большай колькасці сульфату, які запаўняе поры пласцін, і адбору кіслаты з электраліта. Незадоўга да пачатку праходжання току шчыльнасць электраліта максімальная і роўная 1,300 г / см 3. Спачатку яго разрэджанне адбываецца хутка, але затым усталёўваецца збалансаванае стан паміж шчыльнасцю кіслоты паблізу пласцін і ў асноўным аб'ёме электраліта, адбор кіслаты электродамі падтрымліваецца паступленнем новых частак кіслаты ад асноўнай часткі электраліта. Пры гэтым сярэдняя шчыльнасць электраліта працягвае няўхільна зьмяншацца па залежнасці, паказанай на мал. вышэй. Пасля першапачатковага падзення напружанне памяншаецца больш павольна, хуткасць яго зніжэння залежыць ад нагрузкі акумулятара. Часовай графік працэсу разраду паказаны на мал. ніжэй.

Кантроль стану электраліта ў акумулятары

Для вызначэння шчыльнасці выкарыстоўваецца арэометр. Ён складаецца з невялікай залітаваныя шкляной трубкі з пашырэннем на ніжнім канцы, запоўненым дробам або ртуццю, і градуіраваць шкалой на верхнім канцы. Гэтая шкала пазначана ад 1,100 да 1,300 з рознымі прамежкавымі значэннямі, як паказана на мал. ніжэй. Калі гэты арэометр змяшчаецца ў электраліт, то ён будзе апускацца да пэўнай глыбіні. Пры гэтым ён будзе выцясняць пэўны аб'ём электраліта, і калі будзе дасягнута раўнаважкі становішча, вага выцесненага аб'ёму проста будзе роўны вазе арэометра. Паколькі шчыльнасць электраліта роўная стаўленню яго вагі да аб'ёму, а вага арэометра вядомы, то кожны ўзровень яго апускання ў раствор адпавядае пэўнай яго шчыльнасці. Некаторыя арэометр не маюць шкалы са значэннямі шчыльнасці, але пазначаныя надпісамі: «Зараджаны», «Палова разрад», «Поўны разрад» або ім падобнымі.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 be.unansea.com. Theme powered by WordPress.