Verdunde en gekonsentreerde swaelsuur is so belangrike chemikalieë dat die wêreld meer daarvan produseer as enige ander stof. Die ekonomiese rykdom van 'n land kan gemeet word aan die hoeveelheid swaelsuur wat dit produseer.
Dissosiasieproses
Swawelsuur word gebruik in die vorm van waterige oplossings van verskillende konsentrasies. Dit ondergaan 'n dissosiasiereaksie in twee stappe, wat H+ ione in oplossing produseer.
H2SO4 =H+ + HSO4 -;
HSO4- =H + + SO4 -2.
Swawelsuur is sterk, en die eerste stadium van sy dissosiasie is so intens dat byna al die oorspronklike molekules ontbind in H+-ione en HSO 4-1 -ione (hidrosulfaat) in oplossing. Laasgenoemde verval gedeeltelik verder, wat nog 'n H+-ioon vrystel en 'n sulfaatioon agterlaat (SO4-2) in oplossing. Waterstofsulfaat, synde 'n swak suur, heers egter steeds.in oplossing oor H+ en SO4-2. Die volledige dissosiasie daarvan vind slegs plaas wanneer die digtheid van die swaelsuuroplossing die digtheid van water nader, dit wil sê met sterk verdunning.
Eienskappe van swaelsuur
Dit is spesiaal deurdat dit as 'n normale suur of as 'n sterk oksideermiddel kan optree, afhangende van die temperatuur en konsentrasie daarvan. 'n Koue verdunde oplossing van swaelsuur reageer met aktiewe metale om 'n sout (sulfaat) te vorm en waterstofgas vry te stel. Byvoorbeeld, die reaksie tussen koue verdunde H2SO4 (met die aanname van sy volledige twee-fase dissosiasie) en metaalsink lyk soos volg:
Zn + H2SO4 = ZnSO4+ H2.
Warm gekonsentreerde swaelsuur, met 'n digtheid van ongeveer 1,8 g/cm3, kan as 'n oksideermiddel optree, wat reageer met materiale wat normaalweg inert is vir sure, soos bv. soos metaalkoper. Tydens die reaksie word koper geoksideer, en die massa van die suur neem af, 'n oplossing van koper(II)sulfaat in water en gasvormige swaweldioksied (SO2) in plaas van waterstof word gevorm, wat verwag sou word wanneer die suur met metaal reageer.
Cu + 2H2SO4 =CuSO4 + SO 2 + 2H2 O.
Hoe word die konsentrasie van oplossings oor die algemeen uitgedruk
Eintlik kan die konsentrasie van enige oplossing in verskillende uitgedruk wordmaniere, maar die mees gebruikte gewig konsentrasie. Dit toon die aantal gram van 'n opgeloste stof in 'n gegewe massa of volume van 'n oplossing of oplosmiddel (gewoonlik 1000 g, 1000 cm3, 100 cm3 en 1 dm 3). In plaas van die massa van 'n stof in gram, kan jy die hoeveelheid daarvan uitgedruk in mol neem - dan kry jy die molêre konsentrasie per 1000 g of 1 dm3 solution.
As die molêre konsentrasie gedefinieer word nie in verhouding tot die hoeveelheid van die oplossing nie, maar slegs tot die oplosmiddel, dan word dit die molaliteit van die oplossing genoem. Dit word gekenmerk deur onafhanklikheid van temperatuur.
Dikwels word die gewigskonsentrasie in gram per 100 g oplosmiddel aangedui. Deur hierdie syfer met 100% te vermenigvuldig, kry jy dit in gewig persent (persentasie konsentrasie). Dit is hierdie metode wat die meeste gebruik word in toepassing op swaelsuuroplossings.
Elke waarde van die konsentrasie van 'n oplossing wat by 'n gegewe temperatuur bepaal word, stem ooreen met die baie spesifieke digtheid daarvan (byvoorbeeld die digtheid van 'n oplossing van swaelsuur). Daarom word die oplossing soms juis daardeur gekenmerk. Byvoorbeeld, 'n oplossing van H2SO4, gekenmerk deur 'n persentasie konsentrasie van 95,72%, het 'n digtheid van 1,835 g/cm 3 by t=20 °С. Hoe om die konsentrasie van so 'n oplossing te bepaal, as slegs die digtheid van swaelsuur gegee word? 'n Tabel wat so 'n korrespondensie gee, is 'n integrale deel van enige handboek oor algemene of analitiese chemie.
Voorbeeld van konsentrasie-omskakeling
Kom ons probeer om te beweeg van een manier om konsentrasie uit te drukoplossing vir 'n ander. Gestel ons het 'n oplossing van H2SO4 in water met 'n persentasie konsentrasie van 60%. Eerstens bepaal ons die ooreenstemmende digtheid van swaelsuur. 'n Tabel wat persentasie konsentrasies (eerste kolom) en hul ooreenstemmende digthede van 'n waterige oplossing van H2SO4 (vierde kolom) bevat, word hieronder getoon.
Daaruit bepaal ons die verlangde waarde, wat gelyk is aan 1, 4987 g/cm3. Kom ons bereken nou die molariteit van hierdie oplossing. Om dit te doen, is dit nodig om die massa van H2SO4 in 1 liter van oplossing en die ooreenstemmende aantal mol suur
Volume beset deur 100 g voorraadoplossing:
100 / 1, 4987=66,7 ml.
Aangesien 66,7 milliliter van 'n 60% oplossing 60 g suur bevat, sal 1 liter daarvan bevat:
(60 / 66, 7) x 1000=899,55
Die molêre gewig van swaelsuur is 98. Gevolglik sal die aantal mol wat in 899.55 g van sy gram vervat is:
899, 55 / 98=9, 18 mol.
Die afhanklikheid van die digtheid van swaelsuur van die konsentrasie word in fig. hieronder.
Gebruik swaelsuur
Dit word in verskeie industrieë toegepas. In die vervaardiging van yster en staal word dit gebruik om die oppervlak van die metaal skoon te maak voordat dit met 'n ander stof bedek word, dit is betrokke by die skepping van sintetiese kleurstowwe, sowel as ander soorte sure, soos soutsuur en salpeter. Sy ookgebruik in die vervaardiging van farmaseutiese middels, kunsmis en plofstof, en is ook 'n belangrike reagens in die verwydering van onsuiwerhede uit olie in die olieraffineringsbedryf.
Hierdie chemikalie is ongelooflik nuttig in die huis, en is geredelik beskikbaar as 'n swaelsuuroplossing wat in loodsuurbatterye gebruik word (soos dié wat in motors voorkom). So 'n suur het tipies 'n konsentrasie van ongeveer 30% tot 35% H2SO 4 volgens gewig, met die res water.
Vir baie tuistoepassings sal 30% H2SO4 meer as genoeg wees om aan jou behoeftes te voldoen. Die industrie benodig egter ook 'n baie hoër konsentrasie swaelsuur. Gewoonlik, tydens die produksieproses, blyk dit eers redelik verdun en met organiese onsuiwerhede besmet te wees. Die gekonsentreerde suur word in twee stadiums verkry: eers word dit tot 70% gebring, en dan - in die tweede stadium - word dit tot 96-98% verhoog, wat die limiet vir ekonomies lewensvatbare produksie is.
Digtheid van swaelsuur en sy grade
Alhoewel amper 99% swaelsuur kortliks verkry kan word deur te kook, verminder die daaropvolgende verlies van SO3 by die kookpunt die konsentrasie tot 98,3%. Oor die algemeen is die 98%-variëteit meer stabiel in berging.
Kommersiële grade van suur verskil in sy persentasie konsentrasie, en vir hulle word daardie waardes gekies waar kristallisasie temperature minimaal is. Dit word gedoen om die neerslag van swaelsuurkristalle te verminder.sediment tydens vervoer en berging. Die hoofvariëteite is:
- Toring (salpeterig) - 75%. Die digtheid van swaelsuur van hierdie graad is 1670 kg/m3. Kry dit sogenaamd. salpeterige metode, waarin die roostergas wat verkry word tydens die rooster van primêre grondstowwe, wat swaeldioksied SO2 bevat, in gevoerde torings (vandaar die naam van die variëteit) met nitrous behandel word (hierdie is ook H2 SO4, maar met stikstofoksiede daarin opgelos). As gevolg hiervan word suur- en stikstofoksiede vrygestel, wat nie in die proses verbruik word nie, maar na die produksiesiklus teruggekeer word.
- Kontak - 92, 5-98, 0%. Die digtheid van 98% swaelsuur van hierdie graad is 1836,5 kg/m3. Dit word ook verkry uit roostergas wat SO2 bevat, en die proses sluit die oksidasie van dioksied na anhidried SO3 in wanneer dit in aanraking kom (dus die naam van die variëteit) met verskeie lae soliede vanadium katalisator.
- Oleum - 104,5%. Sy digtheid is 1896,8 kg/m3. Dit is 'n oplossing van SO3 in H2SO4, waarin die eerste komponent 20 bevat %, en sure - presies 104,5%.
- Hoë persentasie oleum - 114,6%. Sy digtheid is 2002 kg/m3.
- Battery - 92-94%.
Hoe werk 'n motorbattery
Die werking van hierdie een van die mees massiewe elektriese toestelle is heeltemal gebaseer op elektrochemiese prosesse wat plaasvind in die teenwoordigheid van 'n waterige oplossing van swaelsuur.
Die motorbattery bevat verdunde swaelsuurelektroliet enpositiewe en negatiewe elektrodes in die vorm van verskeie plate. Die positiewe plate is gemaak van 'n rooibruin materiaal - looddioksied (PbO2), en die negatiewe plate is gemaak van grys "sponsagtige" lood (Pb).
Omdat die elektrodes van lood of loodbevattende materiaal gemaak is, word daar dikwels na hierdie tipe battery verwys as 'n loodsuurbattery. Die werkverrigting daarvan, dit wil sê die grootte van die uitsetspanning, word direk bepaal deur die stroomdigtheid van swaelsuur (kg/m3 of g/cm3) wat as 'n elektroliet in die battery gevul is.
Wat gebeur met die elektroliet wanneer die battery ontlaai is
Die lood-suur battery elektroliet is 'n oplossing van battery swaelsuur in chemies suiwer gedistilleerde water teen 'n konsentrasie van 30% wanneer dit ten volle gelaai is. 'n Suiwer suur het 'n digtheid van 1,835 g/cm3, 'n elektroliet is ongeveer 1,300 g/cm3. Wanneer die battery ontlaai word, vind elektrochemiese reaksies daarin plaas, waardeur swaelsuur uit die elektroliet geneem word. Die digtheid van die oplossingkonsentrasie hang amper proporsioneel af, dus behoort dit af te neem as gevolg van 'n afname in die elektrolietkonsentrasie.
Solank die ontladingsstroom deur die battery vloei, word die suur naby sy elektrodes aktief gebruik, en die elektroliet word al hoe meer verdun. Verspreiding van suur vanaf die volume van die hele elektroliet en na die elektrodeplate handhaaf 'n ongeveer konstante intensiteit van chemiese reaksies en, as gevolg daarvan, die uitsetspanning.
Aan die begin van die ontladingsproses vind diffusie van suur vanaf die elektroliet in die plate vinnig plaas omdat die gevolglike sulfaat nog nie die porieë in die aktiewe materiaal van die elektrodes verstop het nie. Soos sulfaat begin vorm en die porieë van die elektrodes vul, vind diffusie stadiger plaas.
Teoreties kan jy voortgaan met die ontlading totdat al die suur opgebruik is en die elektroliet suiwer water is. Ervaring toon egter dat ontladings nie moet voortgaan nadat die digtheid van die elektroliet tot 1.150 g/cm gedaal het3.
Wanneer die digtheid van 1 300 tot 1 150 daal, beteken dit dat soveel sulfaat tydens die reaksies gevorm is, en dit vul al die porieë in die aktiewe materiale op die plate, dit wil sê byna alle swaelsuur. Die digtheid hang proporsioneel af van die konsentrasie, en op dieselfde manier hang die batterylading af van die digtheid. Op fig. Die afhanklikheid van batterylading op elektrolietdigtheid word hieronder getoon.
Die verandering van die digtheid van die elektroliet is die beste manier om die ontladingstoestand van 'n battery te bepaal, mits dit reg gebruik word.
Grade van ontlading van 'n motorbattery afhangende van die digtheid van die elektroliet
Die digtheid daarvan moet elke twee weke gemeet word en die lesings moet deurlopend aangeteken word vir toekomstige verwysing.
Hoe digter die elektroliet, hoe meer suur bevat dit, en hoe meer gelaai is die battery. Digtheid in 1,300-1,280 g/cm3dui volle lading aan. As 'n reël word die volgende grade van batteryontlading onderskei na gelang van die digtheid van die elektroliet:
- 1, 300-1, 280 - ten volle gelaai:
- 1, 280-1, 200 - meer as half leeg;
- 1, 200-1, 150 - minder as halfvol;
- 1, 150 - amper leeg.
'n Volgelaaide battery het 'n spanning van 2,5 tot 2,7 volt per sel voordat dit aan sy motor se hoofleiding gekoppel word. Sodra 'n las gekoppel is, daal die spanning vinnig tot ongeveer 2,1 volt binne drie of vier minute. Dit is as gevolg van die vorming van 'n dun laag loodsulfaat op die oppervlak van die negatiewe elektrodeplate en tussen die loodperoksiedlaag en die metaal van die positiewe plate. Die finale waarde van die selspanning nadat dit aan die motornetwerk gekoppel is, is ongeveer 2,15-2,18 volt.
Wanneer stroom gedurende die eerste uur van werking deur die battery begin vloei, is daar 'n spanningsval tot 2 V, as gevolg van 'n toename in die interne weerstand van die selle as gevolg van die vorming van meer sulfaat, wat vul die porieë van die plate, en die verwydering van suur uit die elektroliet. Kort voor die begin van stroomvloei is die digtheid van die elektroliet maksimum en gelyk aan 1.300 g/cm3. Aanvanklik vind dit vinnig plaas, maar dan word 'n gebalanseerde toestand gevestig tussen die digtheid van die suur naby die plate en in die hoofvolume van die elektroliet, word die verwydering van suur deur die elektrodes ondersteun deur die toevoer van nuwe dele van die suur uit die hoofgedeelte van die elektroliet. In hierdie geval, die gemiddelde digtheid van die elektroliethou aan om geleidelik af te neem volgens die afhanklikheid wat in Fig. hoër. Na die aanvanklike daling neem die spanning stadiger af, die tempo van afname hang af van die las op die battery. Die tydgrafiek van die ontladingsproses word in fig. hieronder.
Monitering van die toestand van die elektroliet in die battery
'n Hidrometer word gebruik om die digtheid te bepaal. Dit bestaan uit 'n klein verseëlde glasbuis met 'n uitbreiding aan die onderkant gevul met hael of kwik en 'n gegradueerde skaal aan die bokant. Hierdie skaal is gemerk van 1.100 tot 1.300 met verskeie waardes tussenin, soos in Fig. hieronder. As hierdie hidrometer in 'n elektroliet geplaas word, sal dit tot 'n sekere diepte sink. Sodoende sal dit 'n sekere volume elektroliet verplaas, en wanneer 'n ewewigsposisie bereik word, sal die gewig van die verplaasde volume eenvoudig gelyk wees aan die gewig van die hidrometer. Aangesien die digtheid van die elektroliet gelyk is aan die verhouding van sy gewig tot volume, en die gewig van die hidrometer bekend is, stem elke vlak van sy onderdompeling in die oplossing ooreen met 'n sekere digtheid.
Sommige hidrometers het nie 'n skaal met digtheidswaardes nie, maar is gemerk met die inskripsies: "Charged", "Half discharge", "Full discharge" of soortgelyk.
