Crynodiad a dwysedd asid sylffwrig. Dibyniaeth dwysedd asid sylffwrig ar ganolbwyntio yn y batri car

Mae asid sylffwrig diliwredig a chanolig yn gynhyrchion cemegol mor bwysig sy'n cael eu cynhyrchu yn fwy nag unrhyw sylweddau eraill yn y byd. Gellir amcangyfrif cyfoeth economaidd gwlad gan gyfaint yr asid sylffwrig a gynhyrchir ynddo.

Y broses dadwahanu

Defnyddir asid sylffwrig ar ffurf atebion dyfrllyd o wahanol grynodiadau. Fe'i hymdrinnir ag adwaith disociation mewn dau gam, gan gynhyrchu ïonau H ⁺ mewn datrysiad.

H ₂ SO ₄ = H ⁺ + HSO ₄ ^- ;

HSO ₄ ^- = H ⁺ + SO ₄ ^-2 .

Mae asid sylffwrig yn gryf, ac mae cam cyntaf ei anghytundeb mor ddwys bod bron pob un o'r moleciwlau rhiant yn torri i mewn i ïonau H ^{+ a} ïonau HSO ₄ ^-1 (hydrogen sylffad) yn yr ateb. Mae'r olaf yn dadelfennu'n rhannol ymhellach, gan ryddhau ïon H ⁺ arall a gadael yr ion sylffad (SO ₄ ^-2 ) mewn datrysiad. Fodd bynnag, mae sylffad hydrogen, sy'n asid gwan, yn dal i fodoli mewn ateb dros H ⁺ a SO ₄ ^-2 . Mae datgysylltiad cyflawn ohono yn digwydd dim ond pan fo dwysedd yr ateb asid sylffwrig yn ymdrin â dwysedd y dŵr, hynny yw , o dan wanhau cryf.

Eiddo asid sylffwrig

Mae'n arbennig yn yr ystyr y gall weithredu fel asid arferol neu fel ocsidydd cryf - yn dibynnu ar ei dymheredd a'i ganolbwyntio. Mae datrysiad oer o asid sylffwrig yn ymateb i'r metelau gweithredol i gynhyrchu halen (sulfad) ac esblygiad nwy hydrogen. Er enghraifft, mae'r adwaith rhwng H ₂ SO ₄ oer yn wan (gan dybio ei ddadwaeniad dau gam cyflawn) a sinc metelaidd yn edrych fel hyn:

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H ₂ .

Mae asid sylffwrig poeth wedi'i ganolbwyntio, y mae ei ddwysedd tua 1.8 g / cm ³ , yn gallu gweithredu fel ocsidydd, gan ymateb i ddeunyddiau sydd fel arfer yn anadweithiol i asidau, er enghraifft, copr metelaidd. Yn ystod yr adwaith, mae copr wedi'i ocsidio ac mae'r màs asid yn gostwng, ffurfiwyd atebiad sulfad copr (II) mewn dŵr a nwy sylffwr deuocsid (SO ₂ ) yn lle hydrogen, a fyddai'n cael ei ddisgwyl pan fydd yr asid yn ymateb gyda'r metel.

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

Sut mae crynodiad atebion

Mewn gwirionedd, gall crynodiad unrhyw ateb gael ei fynegi mewn sawl ffordd, ond y pwysicaf yw'r pwysau mwyaf a ddefnyddir. Mae'n dangos nifer y gramau o solwt mewn màs neu gyfaint penodol o'r datrysiad neu'r toddydd (yn nodweddiadol 1000 g, 1000 cc, 100 cc, ac 1 dm ³ ). Yn hytrach na màs y sylwedd mewn gramau, gall un gymryd ei faint, wedi'i fynegi mewn moles, - yna ceir crynodiad molar fesul 1000 g neu 1 dm ^{3 o} ateb.

Os penderfynir y crynodiad molar mewn cysylltiad ag nad yw swm y datrysiad, ond dim ond i'r toddydd, fe'i gelwir yn blaiddlyd yr ateb. Fe'i nodweddir gan annibyniaeth tymheredd.

Yn aml, mae'r crynodiad pwysau wedi'i nodi mewn gramau fesul 100 g o doddydd. Lluosi'r ffigwr hwn o 100%, ei gael yn y pwysau y cant (crynodiad canran). Y dull hwn sy'n cael ei ddefnyddio amlaf wrth wneud cais i atebion o asid sylffwrig.

Mae pob gwerth crynodiad yr ateb, a bennir ar dymheredd penodol, yn cyfateb i ddwysedd penodol iawn (er enghraifft, dwysedd ateb o asid sylffwrig). Felly, weithiau mae'r nodwedd wedi'i nodweddu ganddi. Er enghraifft, mae datrysiad H ₂ SO ₄ , a nodweddir gan ganolbwynt canran o 95.72%, â dwysedd o 1.835 g / cm ³ ar t = 20 ° C. Sut i bennu crynodiad ateb o'r fath, os dim ond dwysedd asid sylffwrig sy'n cael ei roi? Mae tabl sy'n rhoi gohebiaeth o'r fath yn rhan annatod o unrhyw lyfr testun ar gemeg gyffredinol neu ddadansoddol.

Enghraifft o ail-gyfrifo trawsnewid

Gadewch i ni geisio symud o un ffordd o fynegi crynodiad yr ateb i un arall. Tybwch fod gennym ateb H2 SO ₄ Mewn dŵr â chanraniad o 60% o ganran. Yn gyntaf, pennwch ddwysedd priodol asid sylffwrig. Dangosir tabl sy'n cynnwys canrannau (y golofn gyntaf) a dwysedd cyfatebol datrysiad dyfrllyd H ₂ SO ₄ (pedwerydd golofn) isod.

Arni, rydym yn pennu'r gwerth angenrheidiol, sy'n gyfartal â 1.4987 g / cm ³ . Rydyn ni nawr yn cyfrifo molardeb yr ateb hwn. Ar gyfer hyn, mae angen penderfynu ar y màs H ₂ SO ₄ Mewn 1 litr o ddatrysiad a'r nifer cyfatebol o fwynau asid.

Y gyfrol sy'n meddiannu 100 g o'r ateb stoc:

100 / 1.4987 = 66.7 ml.

Gan fod 66.7 mililitr o ateb 60% yn cynnwys 60 g o asid, mewn 1 litr bydd yn cynnwys:

(60 / 66.7) x 1000 = 899, 55 g.

Mae pwysau molar asid sylffwrig yn 98. Felly, bydd nifer y molau a gynhwysir yn 899.55 gram o gramau fel a ganlyn:

899.55 / 98 = 9.18 môl.

Dangosir dibyniaeth dwysedd asid sylffwrig ar y crynodiad yn Ffig. Isod.

Defnyddio asid sylffwrig

Fe'i defnyddir mewn gwahanol ddiwydiannau. Wrth gynhyrchu haearn a dur, caiff ei ddefnyddio i lanhau'r wyneb metel cyn iddo gael ei orchuddio â sylwedd arall, mae'n cymryd rhan mewn creu lliwiau synthetig, yn ogystal â mathau eraill o asidau, megis hydroclorig a nitrig. Fe'i defnyddir hefyd wrth weithgynhyrchu fferyllol, gwrteithiau a ffrwydron, ac mae hefyd yn adweithydd pwysig wrth ddileu amhureddau o olew yn y diwydiant mireinio olew.

Mae'r cemegyn hwn yn hynod ddefnyddiol ym mywyd bob dydd, ac mae ar gael yn hawdd fel ateb asid sylffwrig a ddefnyddir mewn batris storio asid plwm (er enghraifft, y rhai sy'n sefyll mewn ceir). Yn gyffredinol mae gan asid o'r fath ganolbwynt o tua 30% i 35% H ₂ SO _{4 yn} ôl pwysau, y balans yn ddŵr.

I lawer o geisiadau cartref, bydd 30% H ₂ SO ₄ yn fwy na digon i ddiwallu eu hanghenion. Fodd bynnag, mae angen crynodiad llawer uwch o asid sylffwrig mewn diwydiant. Fel rheol, yn y broses gynhyrchu, cafodd ei wanhau'n ddigonol a'i halogi yn ddigonol gyda chynhwysion organig. Derbynnir asid wedi'i ganoli mewn dau gam: yn gyntaf fe'i codir i 70%, ac yna - yn yr ail gam - codir i 96-98%, sef y dangosydd cyfyngu ar gyfer cynhyrchu'n broffidiol yn economaidd.

Dwysedd asid sylffwrig a'i fathau

Er y gellir cael bron i 99% o asid sylffwrig ar ferwi, ond mae colli SO ₃ yn y fan berwi yn arwain at ostyngiad yn y crynodiad i 98.3%. Yn gyffredinol, mae'r amrywiaeth gyda dangosydd o 98% yn fwy sefydlog mewn storfa.

Mae graddau asid nwyddau yn wahanol yn ei ganolbwyntio, ac ar eu cyfer, dewisir y gwerthoedd a ddewiswyd ar gyfer y tymereddau crisialu lleiaf posibl. Gwneir hyn i leihau'r glawiad o asid sylffwrig yn y gwaddod wrth gludo a storio. Y prif fathau yw:

• Tŵr (nitrosis) - 75%. Dwysedd asid sylffwrig yn y dosbarth hwn yw 1670 kg / m3. Cael yr hyn a elwir yn. Nitroses, y mae'r nwy sy'n llosgi, sy'n cynnwys sylffwr deuocsid SO ₂ , a geir wrth ddiffodd y deunydd crai cynradd, yn cael ei drin â nitrosau (mae hyn hefyd yn H2 SO ₄ , ond gydag ocsidau nitrogen yn cael ei ddiddymu ynddi) yn y tyrau â leinin (felly enw'r amrywiaeth). O ganlyniad, caiff ocsidau asid a nitrogen eu rhyddhau, nad ydynt yn cael eu bwyta yn y broses, ond maent yn dychwelyd i'r cylch cynhyrchu.
• Cyswllt - 92.5-98.0%. Dwysedd asid sylffwrig o 98% o'r amrywiaeth hwn yw 1836.5 kg / m3. Mae hefyd yn cael ei gael o nwy wedi'i calcinio sy'n cynnwys SO ₂ , y broses sy'n cynnwys ocsidu'r deuocsid i anhidrid SO ₃ ar ôl cysylltu (felly enw'r amrywiaeth) gyda sawl haen o gatalydd fanadium solet.
• Olewm - 104.5%. Mae ei ddwysedd yn gyfartal â 1896.8 kg / m3. Mae'r ateb hwn o SO ₃ yn H ₂ SO ₄ , lle mae'r gydran gyntaf yn cynnwys 20%, a'r asidau - mae'n 104.5%.
• Olew llog uchel - 114.6% . Ei dwysedd yw 2002 kg / m3.
• Aildrydanadwy - 92-94%.

Sut mae'r batri car

Mae gwaith yr un o'r dyfeisiau electrotechnyddol mwyaf enfawr yn seiliedig yn gyfan gwbl ar brosesau electrocemegol sy'n digwydd ym mhresenoldeb ateb dyfrllyd o asid sylffwrig.

Mae'r batri car yn cynnwys electrolyte asid sylffwrig gwan, yn ogystal ag electrodau positif a negyddol ar ffurf nifer o blatiau. Mae platiau cadarnhaol yn cael eu gwneud o ddeunydd brown-gwyn - plwm deuocsid (PbO ₂ ), a gwneir rhai negyddol o arwain "sbyng" llwyd (Pb).

Oherwydd bod yr electrodau'n cael eu gwneud o ddeunydd plwm neu sy'n cynnwys plwm, gelwir y math hwn o batri yn aml yn batri asid plwm. Mae ei effeithlonrwydd, hynny yw, maint y foltedd allbwn, wedi'i benderfynu'n uniongyrchol gan ddwysedd cyfredol asid sylffwrig (kg / m3 neu g / cm3) sy'n cael ei lenwi yn y batri fel electrolyte.

Beth sy'n digwydd i'r electrolyte pan fydd y batri yn cael ei ryddhau?

Mae electrolyte'r batri asid plwm yn ddatrysiad o asid sylffwrig storio mewn dŵr distyll cemegol a pur gyda chanraniad o 30% yn ôl y codir yn llawn. Mae gan asid pur dwysedd o 1.835 g / cm ³ , mae'r electrolyte oddeutu 1.300 g / cm ³ . Pan gaiff y batri ei ryddhau, mae adweithiau electrocemegol yn digwydd ynddo, o ganlyniad i hyn sy'n cymryd asid sylffwrig o'r electrolyt. Mae dwysedd y crynodiad yn dibynnu bron yn gymesur, felly dylai ostwng oherwydd gostyngiad yn y crynodiad electrolyte.

Cyn belled â bod y rhyddhau rhyddhau presennol yn llifo drwy'r batri, caiff yr asid ger ei electrodau ei ddefnyddio'n weithredol, ac mae'r electrolyt yn dod yn fwy gwanedig. Mae ymledu asid o gyfaint yr electrolyte gyfan ac i'r platiau electrod yn cynnal dwysedd cyson o adweithiau cemegol ac, o ganlyniad, foltedd allbwn.

Ar ddechrau'r broses ryddhau, mae'r diffusion asid o'r electrolyte i'r platiau yn digwydd yn gyflym oherwydd nad yw'r sylffad a ffurfiwyd felly'n rhwystro'r pores yn y deunydd gweithredol yr electrodau. Pan fo sylffad yn dechrau ffurfio a llenwi pores y electrodau, mae trylediad yn digwydd yn arafach.

Yn ddamcaniaethol, gallwch barhau â'r rhyddhad nes bod yr holl asid yn cael ei ddefnyddio, a bydd y electrolyte yn cynnwys dŵr pur. Fodd bynnag, mae profiad yn dangos na ddylai gollyngiadau barhau ar ôl i ddwysedd yr electrolyt wedi gostwng i 1,150 g / cm ³ .

Pan fydd y dwysedd yn disgyn o 1,300 i 1,150, mae hyn yn golygu bod cymaint o sylffad wedi'i ffurfio yn ystod yr adweithiau, ac mae'n llenwi pob un o'r pores yn y deunyddiau gweithredol ar y platiau, hynny yw, mae bron pob un o'r asid sylffwrig eisoes wedi'i dynnu o'r ateb. Mae'r dwysedd yn dibynnu ar y crynodiad, ac mae'r tâl yn dibynnu ar y dwysedd. Yn Ffig. Dangosir dibyniaeth arwystl y batri ar ddwysedd yr electrolyte isod.

Newid dwysedd electrolyte yw'r ffordd orau o bennu cyflwr rhyddhau'r batri, ar yr amod ei fod yn cael ei ddefnyddio'n iawn.

Graddau o ollwng batri car yn dibynnu ar ddwysedd yr electrolyte

Dylid mesur ei ddwysedd bob pythefnos a dylid cadw cofnod o ddarlleniadau i'w ddefnyddio yn y dyfodol.

Y dwysach yw'r electrolyte, y mwyaf asid y mae'n ei gynnwys, a'r mwyaf sy'n gyfrifol am y batri. Mae'r dwysedd o 1,300-1,280 g / cm ^{3 yn} nodi'r cyfanswm tâl. Fel rheol, mae graddau rhyddhau'r batri yn wahanol yn dibynnu ar ddwysedd yr electrolyte:

• 1,300-1,280 - codir yn llawn:
• 1,280-1,200 - mwy na hanner wedi'u rhyddhau;
• 1,200-1,150 - llai na hanner yn cael ei gyhuddo;
• 1,150 - rhyddhau'n ymarferol.

Ar gyfer batri a godir yn llawn, cyn cysylltu ei rwydwaith ceir, mae foltedd pob cell yn 2.5 i 2.7 V. Unwaith y bydd y llwyth yn gysylltiedig, mae'r foltedd yn disgyn yn gyflym i tua 2.1 V am dri neu bedwar munud. Mae hyn oherwydd ffurfio haen denau o sylffad plwm ar wyneb y platiau electrod negyddol a rhwng yr haen o perocsid plwm a metel y platiau cadarnhaol. Mae gwerth terfynol y foltedd celloedd ar ôl cysylltu â'r rhwydwaith modurol tua 2.15-2.18 volt.

Pan fydd y presennol yn llifo trwy'r batri yn ystod yr awr waith gyntaf, mae gostyngiad foltedd o hyd at 2 V yn digwydd, oherwydd y cynnydd yn ymwrthedd mewnol y celloedd oherwydd ffurfio mwy o sylffad sy'n llenwi pores y platiau a chael gwared asid o'r electrolyt. Yn fuan cyn y llifoedd presennol, mae dwysedd yr electrolyt yn uchafswm ac yn gyfartal â 1,300 g / cm ³ . I ddechrau, mae ei brinwedd yn digwydd yn gyflym, ond yna sefydlir cyflwr cytbwys rhwng y dwysedd asid ger y platiau ac ym mhrif gyfrol yr electrolyte, cefnogir yr echdynnu asid gan electrodau gan gyrraedd rhannau asid newydd o brif ran yr electrolyt. Ar yr un pryd, mae dwysedd cyfartalog yr electrolyt yn parhau i ostwng yn gyson yn ôl y ddibyniaeth a ddangosir yn Ffig. Uwch. Ar ôl y gostyngiad cychwynnol, mae'r foltedd yn gostwng yn araf, mae cyfradd ei ostyngiad yn dibynnu ar lwyth y batri. Dangosir graff amser y broses ryddhau yn Ffig. Isod.

Monitro'r electrolyte yn y batri

Defnyddir dwyseddomedr i bennu dwysedd. Mae'n cynnwys tiwb gwydr wedi'i selio fach gydag estyniad ar y pen isaf, wedi'i lenwi â saeth neu mercwri, a graddfa raddedig yn y pen uchaf. Mae'r raddfa hon wedi'i farcio o 1,100 i 1,300 gyda gwerthoedd canolradd gwahanol, fel y dangosir yn Ffig. Isod. Os yw'r hydromedr hwn yn cael ei roi yn yr electrolyte, bydd yn disgyn i ddyfnder penodol. Yn yr achos hwn, bydd yn disodli nifer benodol o electrolyte, a phan fydd y sefyllfa ecwilibriwm yn cael ei gyrraedd, bydd pwysau'r gyfrol wedi'i dadleoli yn gyfartal â phwysau'r hydromedr. Gan fod dwysedd yr electrolyte yn gyfartal â chymhareb ei bwysau i gyfaint, ac mae pwysau'r hydromedr yn hysbys, mae pob lefel o'i drochi yn yr ateb yn cyfateb i ddwysedd penodol. Nid oes gan rai isometers raddfa â gwerthoedd dwysedd, ond fe'u labelir yn "Charged", "Half release", "rhyddhau Llawn" neu debyg.