Konsentrasi dan kepadatan asam sulfat. Ketergantungan dari kepadatan konsentrasi asam sulfat pada baterai mobil

Encer dan terkonsentrasi asam sulfat - itu adalah bahan kimia sangat penting bahwa mereka memproduksi lebih banyak di dunia daripada substansi lain. kekayaan ekonomi negara dapat dievaluasi dalam hal memproduksi asam sulfat di dalamnya.

proses pemisahan

asam sulfat digunakan dalam bentuk larutan berair dari berbagai konsentrasi. Dia mengalami reaksi disosiasi dalam dua tahap, memproduksi ion ⁺ H yang dalam larutan.

H ₂ SO ₄ = H ^{+ +} HSO ₄ ^-;

HSO ₄ ^- = H ^{+ +} SO ₄ ^-2.

asam sulfat adalah kuat, dan tahap pertama disosiasi terjadi begitu cepat sehingga hampir semua dari molekul asli terurai menjadi H ⁺ -ions dan HSO ₄ ^-1 -ions (hydrogen sulfate) dalam larutan. Baru-baru ini sebagian hancur lanjut, melepaskan H ⁺ ion lain dan meninggalkan ion sulfat (SO ₄ ^-2) dalam larutan. Namun, hydrogensulfate, menjadi asam lemah, masih berlaku dalam larutan H ⁺ dan SO ₄ ^-2. disosiasi lengkap hanya terjadi ketika densitas larutan asam sulfat dekat dengan densitas air, r. F di bawah pengenceran tinggi.

Sifat asam sulfat

Hal ini khusus dalam arti bahwa hal itu dapat bertindak sebagai asam konvensional atau oksidator kuat - tergantung pada suhu dan konsentrasi. Sebuah solusi encer dingin asam sulfat bereaksi dengan logam aktif untuk memberikan garam (sulfat) dan evolusi gas hidrogen. Sebagai contoh, reaksi antara dingin encer H ₂ SO ₄ (dengan asumsi yang penuh langkah disosiasi) dan seng logam sebagai berikut:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H _2.

Asam sulfat pekat panas, yang densitasnya adalah sekitar 1,8 g / cm ^3, dapat bertindak sebagai oksidan, bereaksi dengan bahan yang umumnya inert untuk asam, seperti misalnya logam tembaga. Selama reaksi, tembaga teroksidasi, dan massa asam berkurang, solusi terbentuk tembaga sulfat (II) dalam air dan sulfur dioksida (SO ₂₎ bukan hidrogen, yang akan diharapkan dengan mereaksikan asam dengan logam.

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

Seperti umumnya dinyatakan dengan konsentrasi solusi

Sebenarnya, konsentrasi larutan apapun dapat dinyatakan dalam cara yang berbeda, tetapi konsentrasi yang paling banyak digunakan berat. Ini menunjukkan jumlah gram zat terlarut dalam berat tertentu atau volume larutan atau pelarut (biasanya 1000 g, 1000 cm ^3, 100 cm ³ dan 1 dm ^3). Alih-alih massa dalam gram zat dapat mengambil kuantitas, dinyatakan dalam mol, - maka diperoleh konsentrasi molar dari 1000 g atau 1 dm ³ solusi.

Jika konsentrasi molar ditentukan dalam kaitannya untuk tidak jumlah dari solusi, tetapi hanya untuk pelarut, hal itu disebut molalitas larutan. Hal ini ditandai dengan kemerdekaan suhu.

Seringkali konsentrasi berat badan yang ditunjukkan dalam gram per 100 gram pelarut. Mengalikan angka ini dengan 100%, itu disiapkan pada persen berat (per konsentrasi). Artinya, metode ini paling sering digunakan sebagai diterapkan ke larutan asam sulfat.

Setiap nilai dari konsentrasi larutan, ditentukan pada suhu tertentu, itu sesuai dengan kepadatan yang sangat spesifik (misalnya, kepadatan larutan asam sulfat). Oleh karena itu, kadang-kadang ditandai solusi. Misalnya, H ₂ SO ₄ solusi, persentase konsentrasi ditandai 95,72%, densitas 1,835 g / cm ³ pada t = 20 ° C Cara menentukan konsentrasi larutan tersebut, jika diberikan hanya kepadatan asam sulfat? Tabel memberikan korespondensi tersebut adalah perlengkapan dari setiap buku teks umum atau analisis kimia.

CONTOH perhitungan konsentrasi

Mari pergi dari satu modus ekspresi untuk konsentrasi solusi lain. Misalkan kita memiliki H ₂ SO ₄ solusi dalam air dengan konsentrasi 60% dari bunga. Kami pertama mendefinisikan kepadatan asam sulfat yang sesuai. Tabel yang berisi persentase (kolom pertama) dan kepadatan yang sesuai dari larutan H ₂ SO ₄ (kolom keempat), ditampilkan di bawah.

Hal ini menentukan nilai yang diinginkan yang sama dengan 1,4987 g / cm ^3. Kita sekarang menghitung molaritas dari solusi. Untuk ini perlu untuk menentukan massa H ₂ SO ₄ dalam 1 liter larutan dan jumlah yang sesuai mol asam.

Volume, yang menempati 100 g larutan stok:

100 / 1,4987 = 66,7 ml.

Karena dalam 66,7 ml larutan 60% terkandung 60 g asam dalam 1 liter itu akan berisi:

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

berat molar asam sulfat sama dengan 98. Oleh karena itu, jumlah mol yang terkandung di 899,55 g gram-nya, akan:

899,55 / 98 = 9.18 mol.

Ketergantungan dari kepadatan konsentrasi asam sulfat ditunjukkan pada Gambar. di bawah ini.

Penggunaan asam sulfat

Hal ini digunakan dalam berbagai industri. Dalam produksi besi dan baja digunakan untuk membersihkan permukaan logam sebelum ditutupi dengan zat lain yang terlibat dalam penciptaan pewarna sintetis serta jenis lain dari asam seperti klorida dan nitrat. Hal ini juga digunakan dalam pembuatan produk farmasi, pupuk dan bahan peledak, dan masih merupakan reagen penting dalam menghilangkan kotoran dari minyak mentah di industri penyulingan.

Bahan kimia ini sangat berguna dalam kehidupan sehari-hari, dan mudah tersedia sebagai larutan asam sulfat yang digunakan dalam baterai timbal-asam (misalnya, orang-orang yang berada di mobil). Asam tersebut umumnya memiliki konsentrasi dari sekitar 30% sampai 35% H ₂ SO ₄ berat, keseimbangan - air.

Bagi banyak aplikasi konsumen 30% H ₂ SO ₄ akan lebih dari cukup untuk memenuhi kebutuhan mereka. Namun, dalam industri dan memerlukan konsentrasi yang lebih tinggi dari asam sulfat. Biasanya, selama pembuatan itu pertama diperoleh cukup encer dan terkontaminasi dengan inklusi organik. asam pekat diperoleh dalam dua tahap: pertama, itu disesuaikan dengan 70%, dan kemudian - pada langkah kedua - dinaikkan ke 96-98%, yang merupakan parameter pembatas untuk produksi ekonomis.

Kepadatan dari asam sulfat dan varietas

Meskipun hampir 99% asam sulfat bisa sebentar di refluks, tetapi hilangnya berikutnya SO ₃ pada titik didih mengurangi konsentrasi untuk 98,3%. Secara umum, spesies dengan indeks 98% lebih stabil dalam penyimpanan.

Asam kelas komersial bervariasi dalam konsentrasi yang menarik, dan untuk yang dipilih nilai-nilai di mana suhu kristalisasi rendah. Hal ini dilakukan untuk mengurangi hilangnya kristal asam sulfat mengendap selama transportasi dan penyimpanan. Varietas utama adalah:

• Menara (nitrous) - 75%. density asam sulfat kelas adalah sama dengan 1670 kg / m ^3. Dapatkan disebut-nya. Metode nitrous di mana nitroso yang dihasilkan diperlakukan (ini juga H ₂ SO _4, tetapi dengan nitrogen oksida terlarut) dalam utama menembakkan gas sulfur dioksida baku dikalsinasi mengandung SO _2, ke menara berjajar (maka varietas nama). Akibatnya dialokasikan asam dan nitrogen oksida yang tidak dikonsumsi dalam proses, dan kembali ke siklus produksi.
• Hubungi - 92,5-98,0%. density asam sulfat 98% dari kelas sama dengan 1836,5 kg / m ^3. Hal ini juga diperoleh dari gas roaster mengandung SO _2, dimana proses terdiri dari oksidasi anhidrida dioksida untuk SO ₃ dengan kontak-nya (maka nama kelas) dengan beberapa lapisan katalis vanadium padat.
• Oleum - 104,5%. Kepadatan yang sama dengan 1896,8 kg / m ^3. Solusi ini dari SO ₃ di H ₂ SO _4, dimana komponen pertama berisi 20%, dan asam - adalah 104,5%.
• -Grade tinggi oleum - 114,6%. Its density - 2002 kg / m ^3.
• Baterai - 92-94%.

Bagaimana baterai mobil

Operasi ini salah satu perangkat listrik paling populer didasarkan sepenuhnya pada proses elektrokimia yang terjadi di hadapan asam sulfat encer.

baterai mobil berisi encer elektrolit asam sulfat, dan elektroda positif dan negatif dalam bentuk beberapa piring. plat positif terbuat dari bahan coklat kemerahan - dari timbal dioksida (PbO _2), dan negatif - dari keabu-abuan memimpin "spons" (Pb).

Karena elektroda terbuat dari timah atau bahan bertimbal, jenis baterai sering disebut baterai timbal-asam. Its E. Tegangan output pengoperasian, t. Secara langsung ditentukan oleh apa yang saat ini kepadatan asam sulfat (kg / m3 atau g / cm ^3), diisi dengan baterai sebagai elektrolit.

Apa yang terjadi dengan elektrolit ketika debit baterai,

Elektrolit baterai timbal-asam adalah solusi isi ulang asam sulfat dalam air suling kimia murni dengan konsentrasi bunga dari 30% pada biaya penuh. Asam Net memiliki kerapatan 1,835 g / cm ^3, elektrolit - sekitar 1.300 g / cm ^3. Ketika baterai habis, itu reaksi elektrokimia terjadi mengakibatkan asam sulfat ditarik dari elektrolit. Konsentrasi larutan tergantung hampir sebanding dengan densitas, jadi harus menurun karena penurunan konsentrasi elektrolit.

Selama debit arus mengalir melalui baterai asam banyak digunakan di dekat elektroda dan elektrolit menjadi lebih encer. difusi asam dari total volume elektrolit dan piring elektroda mendukung intensitas mendekati konstan reaksi kimia dan, akibatnya, tegangan output.

Pada awal proses pembuangan difusi elektrolit asam dalam piring terjadi dengan cepat karena sulfat yang dihasilkan dengan pori-pori belum mencetak gol di bahan aktif dari elektroda. Ketika sulfat mulai terbentuk dan mengisi pori-pori elektroda, difusi berlangsung lebih lambat.

Secara teoritis adalah mungkin untuk terus debit selama semua asam tidak akan digunakan, dan elektrolit akan terdiri dari air murni. Namun, pengalaman menunjukkan bahwa tingkat tidak harus terus setelah kepadatan elektrolit turun menjadi 1,150 g / cm ^3.

Ketika kepadatan menurun dari 1.300 ke 1.150, yang berarti bahwa banyak sulfat terbentuk selama reaksi, dan mengisi semua pori-pori dalam bahan aktif di piring, yaitu. E. Dari solusinya sudah dipilih hampir semua asam sulfat. Kepadatan tergantung pada konsentrasi proporsional, dan sama, kepadatan muatan baterai tergantung. Gambar. di bawah ini menunjukkan ketergantungan kepadatan baterai elektrolit.

Mengubah kepadatan elektrolit, cara terbaik untuk menentukan negara debit baterai, asalkan benar digunakan.

Derajat discharge baterai mobil tergantung pada kerapatan elektrolit

densitas harus diukur setiap dua minggu dan harus selalu terus membaca catatan untuk penggunaan masa depan.

Elektrolit lebih padat, semakin asam mengandung dan semakin baterai terisi. Densitas 1,300-1,280 g / cm ³ terisi penuh. Biasanya, setelah tingkat debit baterai bervariasi tergantung pada kerapatan elektrolit:

• 1,300-1,280 - terisi penuh:
• 1,280-1,200 - lebih dari setengah kosong;
• 1,200-1,150 - dikenakan biaya kurang dari setengah;
• 1.150 - hampir kosong.

Dalam baterai yang terisi penuh sebelum menghubungkan tegangan suplai otomotif dari setiap sel adalah 2,5-2,7 V. Begitu beban terhubung, tegangan cepat turun menjadi sekitar 2,1 V selama tiga atau empat menit. Hal ini disebabkan pembentukan lapisan tipis sulfat memimpin pada permukaan piring elektroda negatif dan antara lapisan timah dan logam peroksida pelat positif. Nilai akhir dari tegangan sel setelah jaringan jalan yang menghubungkan sekitar 2,15-2,18 volt.

Ketika arus mulai mengalir melalui baterai selama jam pertama operasi, ada penurunan tegangan ke 2 V karena meningkatnya resistensi sel internal karena pembentukan jumlah yang lebih besar dari sulfat yang mengisi pori-pori piring dan pemilihan asam elektrolit. Sesaat sebelum dimulainya aliran dari kerapatan arus elektrolit maksimal dan sama dengan 1.300 g / cm ^3. Awalnya underpressure terjadi dengan cepat, tapi kemudian mengatur keadaan seimbang antara kepadatan asam dekat piring dan substansial elektrolit elektroda pemilihan Volume asam memasuki asam potongan baru dari sebagian besar elektrolit didukung. Kepadatan rata-rata elektrolit terus menurun terus pada hubungan ditunjukkan pada Gambar. di atas. Setelah tegangan penurunan awal menurun lebih lambat, laju penurunan tergantung pada beban baterai. Waktu proses jadwal debit ditunjukkan pada Gambar. di bawah ini.

Kontrol dari negara elektrolit dalam baterai

Untuk menentukan hidrometer kepadatan digunakan. Ini terdiri dari tabung gelas tertutup dengan ekstensi di ujung bawah, diisi dengan air raksa atau ditembak, dan skala dinilai pada ujung atas. Skala ini diberi label dari 1.100 ke 1.300 dengan berbagai nilai menengah, seperti ditunjukkan pada Gambar. di bawah ini. Jika hidrometer yang ditempatkan dalam elektrolit, itu akan tenggelam ke kedalaman tertentu. Oleh karena itu akan menggantikan volume tertentu elektrolit, dan ketika posisi kesetimbangan tercapai, berat volume pengungsi akan hanya sama dengan hidrometer berat badan. Karena kepadatan elektrolit sama dengan rasio berat volume, dan berat hidrometer diketahui, maka setiap tingkat perendaman dalam larutan sesuai dengan tertentu kepadatannya. Beberapa hydrometers memiliki dengan nilai-nilai dari skala kepadatan, tetapi ditandai oleh "Charged", "setengah digit", "discharge penuh" atau sejenisnya.