In condizioni di fabbrica, è spesso necessario diluire l'acido solforico concentrato con acqua o aumentare la concentrazione dell'acido diluito aggiungendovi acido concentrato. Per fare ciò è necessario innanzitutto stabilire o verificare la concentrazione degli ACIDI ORIGINALI determinando il contenuto di H2SO4 in ESSI.
Aggiungendo acqua a un acido concentrato (oleum o monoidrato), è possibile ottenere un acido di qualsiasi concentrazione, ma quando si mescola è concentrato. L'acido solforico e l'acqua rilasciano una grande quantità di calore. L'acido potrebbe riscaldarsi fino ad ebollizione, si verificherà un violento rilascio di vapori e la soluzione potrebbe essere espulsa dal recipiente. Pertanto, gli acidi vengono miscelati in apparecchi speciali - miscelatori, adottando le opportune precauzioni.
I miscelatori per la preparazione di acido a bassa concentrazione sono realizzati in materiale resistente agli acidi, per la preparazione di acido concentrato - dalla ghisa. Miscelatori di vari modelli vengono utilizzati nell'acido solforico. In alcuni casi il mixer è realizzato in ghisa, smaltato internamente, inserito in un involucro di acciaio e chiuso con un coperchio. Gli acidi miscelati entrano in un cono di ghisa smaltato su entrambi i lati, nel quale vengono miscelati, dopodiché confluiscono nella caldaia. Per eliminare il calore generato dalla miscelazione degli acidi, nello spazio tra la caldaia e l'involucro viene immesso continuamente un flusso d'acqua che lava le pareti dell'apparecchio.
In alcuni casi l'acido, dopo la miscelazione in un piccolo serbatoio, entra in tubazioni irrigate con acqua dall'esterno, dove viene contemporaneamente raffreddato e ulteriormente miscelato.
Quando si miscela acido solforico concentrato con acqua o acido solforico più diluito, è necessario calcolare la quantità di acidi miscelati. I calcoli vengono eseguiti secondo la cosiddetta regola della croce. Di seguito sono riportati alcuni esempi di tali calcoli.
1. Determinare la quantità di acido solforico al 100% e acqua che deve essere miscelata per ottenere il 45% di II2SO|.
A sinistra indicare la concentrazione di un acido più concentrato (in in questo caso 100%) e a destra - più diluito (in questo caso 0% acqua). Sotto, tra loro, indicare la concentrazione specificata (45%). Attraverso il numero che indica questa concentrazione vengono tracciate delle linee incrociate e alle loro estremità è indicata la corrispondente differenza numerica:
I numeri ottenuti utilizzando acidi di concentrazioni iniziali mostrano quante parti in massa di un acido di ciascuna delle concentrazioni indicate devono essere miscelate per ottenere un acido di una determinata concentrazione. Nel nostro esempio, per preparare il 45% di acido, dovresti mescolare il 45% di acido. incluso acido al 100% n 55 wt. ore d'acqua.
Lo stesso problema può essere risolto basandosi sul bilancio complessivo di II2SO4 (o S03) nell'acido solforico:
0,45.
Il numeratore sul lato sinistro dell'equazione corrisponde al contenuto di H2S04 (in kg) in I kg di acido solforico al 100%, il denominatore corrisponde alla quantità totale di una determinata soluzione (in kg). Il lato destro dell'equazione corrisponde alla concentrazione di acido solforico in frazioni di unità. Risolvendo l'equazione, otteniamo x-1.221 kg. Ciò significa che a 1 kg di acido solforico al 100% devono essere aggiunti 1,221 kg di acqua, ottenendo un acido al 45%.
2. Determinare la quantità di oleum al 20% da miscelare con acido non solforico al 10% per ottenere un acido al 98%.
Anche il problema viene risolto utilizzando la regola incrociata, tuttavia la concentrazione di oleum in questo esempio deve essere espressa in % H2SO4 utilizzando le equazioni (9) e (8):
A --= 81,63 + 0,1837-20 --= 85,304;
B 1.225-85.304 - 104.5.
Secondo la regola della croce
Pertanto, per ottenere acido solforico al 98%, è necessario miscelare l'88% in peso di acido solforico. compreso il 20% di oleum e il 6,5 in peso. compreso il 10% di acido solforico.
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Istruzioni
Ci sono due contenitori, uno dei quali contiene concentrato acido solforico, nell'altro - acqua. Come mescolarli correttamente? Dovremmo versare l'acido nell'acqua o, al contrario, l'acqua nell'acido? Il prezzo di una decisione sbagliata in teoria può essere un punteggio basso, ma in pratica, nella migliore delle ipotesi, una grave ustione.
Perché? Ma perché l'acido solforico concentrato, in primo luogo, è molto più denso dell'acqua e, in secondo luogo, è estremamente igroscopico. In altre parole, assorbe attivamente l'acqua. In terzo luogo, questo assorbimento è accompagnato dal rilascio grandi quantità Calore.
Se si versa acqua in un contenitore con acido solforico concentrato, le prime porzioni d'acqua si “spargeranno” sulla superficie dell'acido (poiché l'acqua è molto meno densa), e l'acido inizierà ad assorbirla avidamente, rilasciando calore. E ci sarà così tanto calore che l'acqua letteralmente “bollirà” e gli schizzi voleranno in tutte le direzioni. Naturalmente, senza evitare lo sfortunato sperimentatore. Scottarsi con acqua bollente “pulita” non è molto piacevole, ma considerate che l'acqua nebulizzata probabilmente conterrà ancora acido. La prospettiva sta diventando completamente cupa!
Ecco perché molte generazioni di insegnanti di chimica hanno costretto i loro studenti a memorizzare letteralmente la regola: “Prima l'acqua, poi l'acido! Altrimenti accadranno grossi guai!” L'acido solforico concentrato deve essere aggiunto all'acqua in piccole porzioni agitando. Allora la spiacevole situazione sopra descritta non si verificherà.
Una domanda ragionevole: è chiaro con l'acido solforico, ma per quanto riguarda gli altri acidi? Come mescolarli correttamente con l'acqua? In quale ordine? È necessario conoscere la densità dell'acido. Se è più denso dell'acqua, ad esempio l'azoto concentrato, dovrebbe essere aggiunto all'acqua, proprio come lo zolfo, osservando le condizioni di cui sopra (a poco a poco, agitando). Ebbene, se la densità dell'acido differisce leggermente dalla densità dell'acqua, come nel caso dell'acido acetico, non fa differenza.
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Soluzioni approssimative. Nella maggior parte dei casi, il laboratorio deve utilizzare acido cloridrico, solforico e nitrico. Gli acidi sono disponibili in commercio sotto forma di soluzioni concentrate, la cui percentuale è determinata dalla loro densità.
Gli acidi utilizzati in laboratorio sono tecnici e puri. Gli acidi tecnici contengono impurità e pertanto non vengono utilizzati nel lavoro analitico.
L'acido cloridrico concentrato fa fumo nell'aria, quindi è necessario lavorarci sotto una cappa aspirante. L'acido cloridrico più concentrato ha una densità di 1,2 g/cm3 e contiene il 39,11% di acido cloridrico.
La diluizione dell'acido viene effettuata secondo il calcolo sopra descritto.
Esempio. È necessario preparare 1 litro di soluzione di acido cloridrico al 5%, utilizzando una soluzione con densità di 1,19 g/cm3. Dal manuale apprendiamo che una soluzione al 5% ha una densità di 1,024 g/cm3; pertanto, 1 litro peserà 1.024 * 1000 = 1024 g. Questa quantità dovrebbe contenere acido cloridrico puro:
Un acido con una densità di 1,19 g/cm3 contiene il 37,23% di HCl (lo troviamo anche dal libro di consultazione). Per sapere quanto di questo acido bisogna assumere, fare la proporzione:
ovvero 137,5/1,19 = 115,5 acido con densità 1,19 g/cm3 Dopo aver dosato 116 ml di soluzione acida, portare il suo volume a 1 litro.
Anche l'acido solforico viene diluito. Quando lo diluisci, ricorda che devi aggiungere acido all'acqua e non viceversa. Quando diluito, si verifica un forte riscaldamento e se si aggiunge acqua all'acido, potrebbero verificarsi schizzi, il che è pericoloso, poiché l'acido solforico provoca gravi ustioni. Se l'acido viene a contatto con vestiti o scarpe, lavare rapidamente l'area bagnata con abbondante acqua, quindi neutralizzare l'acido con una soluzione di carbonato di sodio o ammoniaca. In caso di contatto con la pelle delle mani o del viso, lavare immediatamente la zona interessata con abbondante acqua.
È necessaria particolare attenzione quando si maneggia l'oleum, che è un acido solforico monoidrato saturo di anidride solforica SO3. A seconda del contenuto di quest'ultimo, l'oleum è disponibile in diverse concentrazioni.
Va ricordato che con un leggero raffreddamento l'oleum cristallizza e si trova allo stato liquido solo a temperatura ambiente. Nell'aria fuma, rilasciando SO3, che forma vapore di acido solforico quando interagisce con l'umidità dell'aria.
È molto difficile trasferire l'oleum da contenitori grandi a piccoli. Questa operazione deve essere effettuata sia sotto corrente che all'aria, ma dove l'acido solforico e l'SO3 risultanti non possono avere alcun effetto dannoso sulle persone e sugli oggetti circostanti.
Se l'oleum si è indurito, è necessario prima riscaldarlo posizionando il contenitore con esso in una stanza calda. Quando l'oleum si scioglie e si trasforma in un liquido oleoso, deve essere portato all'aria e poi versato in un contenitore più piccolo, utilizzando il metodo della spremitura con aria (secco) o con un gas inerte (azoto).
Quando l'acido nitrico viene miscelato con l'acqua, si verifica anche un riscaldamento (sebbene non così forte come nel caso dell'acido solforico), e quindi è necessario prendere precauzioni quando si lavora con esso.
Gli acidi organici solidi vengono utilizzati nella pratica di laboratorio. Maneggiarli è molto più semplice e conveniente di quelli liquidi. In questo caso, è necessario prestare attenzione solo per garantire che gli acidi non siano contaminati da qualcosa di estraneo. Se necessario, gli acidi organici solidi vengono purificati mediante ricristallizzazione (vedere capitolo 15 “Cristallizzazione”),
Soluzioni precise. Soluzioni acide precise Si preparano allo stesso modo di quelli approssimativi, con l'unica differenza che all'inizio si sforzano di ottenere una soluzione con una concentrazione leggermente superiore, per poi poterla diluire con precisione, secondo i calcoli. Per soluzioni precise vengono utilizzati solo preparati chimicamente puri.
La quantità richiesta di acidi concentrati viene solitamente prelevata in volume calcolato in base alla densità.
Esempio. Devi preparare 0.1 e. Soluzione H2SO4. Ciò significa che 1 litro di soluzione dovrebbe contenere:
Un acido con una densità di 1,84 g/cmg contiene il 95,6% di H2SO4 n per preparare 1 litro di 0,1 n. della soluzione è necessario prelevarne la seguente quantità (x) (in g):
Il volume corrispondente di acido sarà:
Dopo aver misurato esattamente 2,8 ml di acido dalla buretta, diluirlo a 1 litro in un matraccio tarato e poi titolare con una soluzione alcalina per stabilire la normalità della soluzione risultante. Se la soluzione risulta più concentrata), da una buretta viene aggiunta la quantità calcolata di acqua. Ad esempio, durante la titolazione si è riscontrato che 1 ml di 6,1 N. La soluzione di H2SO4 non contiene 0,0049 g di H2SO4, ma 0,0051 g. Per calcolare la quantità di acqua necessaria per preparare esattamente 0,1 N. soluzione, fai la proporzione:
Il calcolo mostra che questo volume è 1041 ml la soluzione deve essere aggiunta 1041 - 1000 = 41 ml di acqua. Dovresti anche prendere in considerazione la quantità di soluzione prelevata per la titolazione. Si prendano 20 ml che sono 20/1000 = 0,02 del volume disponibile. Pertanto, è necessario aggiungere non 41 ml di acqua, ma meno: 41 - (41*0,02) = = 41 -0,8 = 40,2 ml.
* Per misurare l'acido, utilizzare una buretta completamente asciutta con un rubinetto smerigliato. .
La soluzione corretta deve essere nuovamente controllata per il contenuto della sostanza prelevata per la dissoluzione. Soluzioni accurate di acido cloridrico vengono preparate anche utilizzando il metodo dello scambio ionico, basato su un campione di cloruro di sodio accuratamente calcolato. Il campione calcolato e pesato su una bilancia analitica viene sciolto in acqua distillata o demineralizzata e la soluzione risultante viene fatta passare attraverso una colonna cromatografica riempita con uno scambiatore cationico a forma di H. La soluzione che scorre dalla colonna conterrà una quantità equivalente di HCl.
Di norma, le soluzioni accurate (o titolate) devono essere conservate in palloni ben chiusi. Nel tappo del recipiente deve essere inserito un tubo di cloruro di calcio, riempito con calce sodata o ascarite nel caso di soluzione alcalina e con cloruro di calcio. o semplicemente un batuffolo di cotone nel caso di un acido.
Per verificare la normalità degli acidi, viene spesso utilizzato il carbonato di sodio calcinato Na2COs. Tuttavia è igroscopico e quindi non soddisfa pienamente le esigenze degli analisti. Per questi scopi è molto più conveniente utilizzare il carbonato di potassio acido KHCO3, essiccato in un essiccatore su CaCl2.
Durante la titolazione, è utile utilizzare un "testimone", per la preparazione del quale una goccia di acido (se si sta titolando un alcalino) o di alcali (se si sta titolando un acido) e tante gocce di una soluzione indicatore quante sono state aggiunte alla soluzione titolata vengono aggiunti acqua distillata o demineralizzata.
La preparazione di soluzioni empiriche, in base alla sostanza da determinare, e soluzioni standard di acidi viene effettuata mediante calcolo utilizzando le formule fornite per questi e per i casi sopra descritti.
Per sicurezza e facilità d'uso, si consiglia di acquistare l'acido il più diluito possibile, ma a volte è necessario diluirlo ancora di più a casa. Non dimenticare di indossare dispositivi di protezione per il corpo e il viso, poiché gli acidi concentrati causano gravi ustioni chimiche. Per calcolare la quantità necessaria di acido e acqua, dovrai conoscere la molarità (M) dell'acido e la molarità della soluzione che devi ottenere.
Passi
Come calcolare la formula
- Anche la formula utilizzerà il valore V1. Questo è il volume di acido che aggiungeremo all'acqua. Probabilmente non avremo bisogno dell'intera bottiglia di acido, anche se non conosciamo ancora la quantità esatta.
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Decidi quale dovrebbe essere il risultato. La concentrazione e il volume di acido richiesti sono solitamente indicati nel testo del problema di chimica. Ad esempio, dobbiamo diluire l'acido a 2M e avremo bisogno di 0,5 litri di acqua. Indichiamo la concentrazione richiesta come C2, e il volume richiesto è come V2.
- Se ti vengono fornite altre unità, convertile prima in unità di molarità (moli per litro) e litri.
- Se non sai quale concentrazione o volume di acido è necessario, chiedi a un insegnante o a qualcuno esperto di chimica.
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Scrivi una formula per calcolare la concentrazione. Ogni volta che diluisci un acido, utilizzerai la seguente formula: C1V1 = C2V2. Ciò significa che la concentrazione originale di una soluzione moltiplicata per il suo volume è uguale alla concentrazione della soluzione diluita moltiplicata per il suo volume. Sappiamo che questo è vero perché la concentrazione moltiplicata per il volume è uguale alla quantità totale di acido e la quantità totale di acido rimarrà la stessa.
- Utilizzando i dati dell'esempio, scriviamo questa formula come (6M)(V1)=(2M)(0,5L).
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Risolvi l'equazione V 1. Il valore V 1 ci dirà di quanto acido concentrato abbiamo bisogno per ottenere la concentrazione e il volume desiderati. Riscriviamo la formula come V1 =(C2V2)/(C1), quindi sostituisci i numeri noti.
- Nel nostro esempio, otteniamo V 1 =((2M)(0.5L))/(6M). Ciò equivale a circa 167 millilitri.
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Calcolare la quantità d'acqua richiesta. Conoscendo V 1, cioè il volume di acido disponibile, e V 2, cioè la quantità di soluzione che otterrai, puoi facilmente calcolare quanta acqua ti servirà. V 2 - V 1 = volume d'acqua richiesto.
- Nel nostro caso vogliamo ottenere 0,167 litri di acido per 0,5 litri di acqua. Abbiamo bisogno di 0,5 litri - 0,167 litri = 0,333 litri, cioè 333 millilitri.
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Indossare occhiali di sicurezza, guanti e un camice. Avrai bisogno di occhiali speciali che coprano anche i lati degli occhi. Per evitare di bruciare la pelle o i vestiti, indossare guanti e una vestaglia o un grembiule.
Lavorare in un'area ben ventilata. Se possibile, lavora sotto la cappa accesa: questo eviterà che i vapori acidi possano danneggiare te e gli oggetti circostanti. Se non hai una cappa, apri tutte le finestre e le porte o accendi un ventilatore.
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Scopri dove si trova la fonte dell'acqua corrente. Se l'acido viene a contatto con gli occhi o la pelle, dovrai sciacquare la zona interessata sotto acqua corrente fredda per 15-20 minuti. Non iniziare a lavorare finché non sai dov'è il lavandino più vicino.
- Quando ti risciacqui gli occhi, tienili aperti. Guarda in alto, in basso, ai lati in modo che i tuoi occhi siano lavati da tutti i lati.
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Sapere cosa fare se si versa dell'acido. Puoi comprare insieme speciale per la raccolta dell'acido fuoriuscito, che includerà tutto il necessario, oppure acquistare separatamente neutralizzatori e assorbenti. Il processo descritto di seguito è applicabile agli acidi cloridrico, solforico, nitrico e fosforico. Altri acidi possono richiedere una gestione diversa.
- Ventilare la stanza aprendo finestre e porte e accendendo cappa e ventilatore.
- Fare domanda a Un po carbonato di sodio (soda), bicarbonato di sodio o carbonato di calcio sui bordi esterni della pozzanghera, assicurandosi che l'acido non schizzi.
- Versare gradualmente l'intera pozza verso il centro fino a ricoprirla interamente con la sostanza neutralizzante.
- Mescolare accuratamente con un bastoncino di plastica. Controllare il valore del pH della pozzanghera con la cartina al tornasole. Aggiungi altro agente neutralizzante se la lettura è superiore a 6-8, quindi risciacqua l'area con abbondante acqua.
Esplora ciò che già possiedi. Cerca la designazione della concentrazione dell'acido sulla confezione o nella descrizione dell'attività. Questo valore è solitamente indicato come molarità o concentrazione molare (M in breve). Ad esempio, l'acido 6M contiene 6 moli di molecole di acido per litro. Chiamiamo questa concentrazione iniziale C1.
Come diluire l'acido
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Raffreddare l'acqua con luda. Questo dovrebbe essere fatto solo se lavorerai con acidi ad alta concentrazione, ad esempio acido solforico 18M o acido cloridrico 12M. Versare l'acqua in un contenitore e posizionare il contenitore sul ghiaccio per almeno 20 minuti.
- Nella maggior parte dei casi è sufficiente l'acqua a temperatura ambiente.
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Versare l'acqua distillata in una grande fiaschetta. Per le applicazioni che richiedono estrema precisione (come l'analisi titrimetrica), utilizzare un matraccio tarato. Per tutti gli altri scopi, andrà bene una normale beuta conica. Il contenitore deve contenere l'intero volume di liquido richiesto e deve esserci anche spazio affinché il liquido non fuoriesca.
- Se si conosce la capacità del contenitore non è necessario misurare con precisione la quantità di acqua.
La concentrazione percentuale di una soluzione esprime il rapporto tra la massa del soluto e la massa della soluzione nel suo insieme. Se diluiamo una soluzione aggiungendovi un solvente, la massa del soluto rimarrà invariata, ma la massa della soluzione aumenterà. Il rapporto tra queste masse (concentrazione della soluzione) diminuirà tante volte quanto aumenta la massa della soluzione. Se iniziamo a concentrare la soluzione facendo evaporare il solvente, la massa della soluzione diminuirà, ma la massa del soluto rimarrà invariata. Il rapporto di massa (concentrazione della soluzione) aumenterà tante volte quanto diminuisce la massa della soluzione. Ne consegue che la massa della soluzione e la concentrazione percentuale sono tra loro inversamente proporzionali, il che può essere espresso in forma matematica come segue: l. Questo modello è alla base dei calcoli durante la diluizione e la concentrazione delle soluzioni. Esempio 1. Esiste una soluzione al 90%. Quanto ne occorre per preparare 500 kg di una soluzione al 20%? Soluzione. Secondo il rapporto tra la massa e la concentrazione percentuale della soluzione, quindi, è necessario prendere 111 kg di una soluzione al 90% e aggiungere abbastanza solvente in modo che la massa della soluzione diventi pari a 500 kg. Esempio 2. Esiste una soluzione al 15%. A quale massa dovrebbero essere evaporate 8,50 tonnellate di questa soluzione per ottenere una soluzione al 60%? Soluzione. Se le quantità delle soluzioni sono espresse in unità volumetriche, devono essere trasferite in masse. In futuro, i calcoli dovrebbero essere eseguiti secondo il metodo sopra descritto. Esempio 3. Si trova una soluzione di idrossido di sodio al 40% con una densità di 1,43 kg/l. Quale volume di questa soluzione deve essere prelevato per preparare 10 litri di una soluzione al 15% con una densità di 1,16 kg/l? Ferita" Calcoliamo la massa di una soluzione al 15%: kg n la massa di una soluzione al 40%: Determinare il volume di una soluzione al 40%: Esempio 4. Esiste 1 litro di una soluzione al 50% di acido solforico con una densità di 1.399kg/l. A quale volume bisogna diluire questa soluzione per ottenere una soluzione all'8% con una densità di 1,055 kg/l? Soluzione. Trovare la massa della soluzione al 50%: kg e la massa della soluzione all'8%: Calcolare il volume della soluzione all'8%: V - - 8.288 -. = 8 l 288 ml Esempio 5. 1 l di una soluzione di acido nitrico al 50%, la cui densità è 1,310 g/ml, è stato diluito con 690 ml di acqua. Determinare la concentrazione della soluzione risultante *. Soluzione. Troviamo la massa di una soluzione al 50%: your = g e la massa della soluzione diluita: Calcoliamo la concentrazione della soluzione diluita: 1 Gli esempi n. 5,6,7 sono presi dal libro Ya L. Goldfarb, Yu. V. Kho-lakova “Raccolta di problemi ed esercizi di chimica”. M., “Illuminismo”, 1968 Esempio c. Si ottiene una soluzione acida al 93,6% con una densità di 1,830 g/ml. Quanta di questa soluzione è necessaria per preparare 1.000 litri di una soluzione al 20% con una densità di 1.140 g/ml e quanta acqua è necessaria per questo? Soluzione. Determiniamo la massa di una soluzione al 20% e la massa di una soluzione al 93,6% necessaria per preparare una soluzione al 20%: Calcoliamo la massa d'acqua necessaria per preparare una soluzione diluita: Troviamo il volume di una soluzione al 93,6%: Esempio 7 Quanti millilitri di acido solforico con una densità di 1,84 g/ml sono necessari per preparare 1.000 litri di acido per batterie con una densità di 1,18 g/ml) La concentrazione percentuale della soluzione e la sua densità sono in una certa relazione, registrati in apposite tabelle di riferimento. Usandoli, puoi determinare la concentrazione della soluzione in base alla sua densità. Secondo queste tabelle, l'acido solforico con una densità di 1,84 g/ml è 98,72%, mentre con una densità di 1,18 g/ml è 24,76-