Установка для получения водорода

 Установка для получения водорода Область: Химия Ваша фирма поставляет демонстрационные комплекты для химиков. Это аппарат Киппа ­ один из самых известных приборов для получения газов. Он широко используется для лекционных демонстраций и учебных лабораторных работ (в исследовательских и контрольных лабораториях химики предпочитают использовать в качестве источника газов баллоны, это безопаснее и удобнее). Оборудование уже заказано, остаётся рассчитать количество реактивов. Определите, сколько цинка (чистотой W(Zn)*100%), серной кислоты (плотностью P(H​
​
2SO
​ ​
4), г/мл) и воды необходимо для получения V(H
​
2 идеал) литров водорода при с.у. при ​
условии, что в аппарат Киппа необходимо заливать серную кислоту концентрации 20%, а реакция проходит до конца. Молярную массу цинка примите равной 65,4 г/моль. Справочные данные Аппарат Киппа Принцип действия аппарата Киппа прост. Рассмотрим его на примере получения водорода. На дне среднего резервуара есть решетка, на которой расположены гранулы цинка. В аппарат наливают кислоту (серную или соляную). Когда кран на газоотводной трубке закрыт, кислота находится в верхней воронке и нижнем резервуаре. Как только открывают кран, кислота течет из воронки и заполняет нижнюю часть второго резервуара, в результате начинается реакция с цинком, выделяется водород. Когда эксперимент окончен, кран закрывают, и водород перестает выходить из аппарата Киппа. Давление газа вытесняет кислоту в воронку до тех пор, пока контакт кислоты и цинка не прекратится. Выделение водорода останавливается. Если открыть кран (на газоотводной трубке), кислота снова попадет из воронки во второй резервуар и поток водорода возобновится. Реакция между цинком и серной кислотой Взаимодействие между цинком и серной кислотой может протекать по нескольким путям. Два основных – приведены в уравнениях реакции (1) и (2). Также, в случае реакции с концентрированной серной кислотой, в продуктах взаимодействия можно обнаружить примеси серы и диоксида серы. (1) Zn + H​
SO​
→ ZnSO​
+ H​
↑ 2​
4(разб)​
4​
2​
(2) 4Zn + 5H​
SO​
→ 4ZnSO​
+ H​
S↑ + 4H​
O 2​
4(конц)​
4​
2​
2​
Таким образом, в рассматриваемой системе идут два конкурирующих процесса. При низких концентрациях серной кислоты можно пренебречь наличием примесей в получаемом водороде, но при концентрации кислоты более 20% доля примесей превышает допустимый порог. С другой стороны, скорость этой реакции зависит от температуры, степени измельчения цинка и концентрации серной кислоты. Подогревать систему не рекомендуется (смесь водорода с кислородом взрывоопасна), цинк поставляется стандартными брусками и его измельчение связано с серьезными трудозатратами. Таким образом, ​
концентрация серной кислоты является самым удобным способом воздействия на скорость реакции.​
Чтобы добиться максимальной скорости реакции используйте максимально возможную концентрацию серной кислоты. Уравнение состояния идеального газа Если известно давление, температура и количество моль газа, то объем, занимаемый этим газом, можно определить по уравнению состоянию идеального газа (также известному как уравнение Клапейрона­Менделеева). pV = nRT Если принять количество газа за 1 моль, то при ​
нормальных условиях​
(0⁰С, 101300 Па, часто 3​
используется сокращение н.у.) его объем будет равен 0,0224 м​
или 22,4 литра. Этот же результат ​
может быть получен в качестве следствия из закона Авогадро. Однако, в лабораторной практике расчет обычно проводиться при ​
стандартных условиях​
(25⁰С, 101300 Па, часто используется сокращение с.у.). Чистота исходных веществ Часто приходится иметь дело с реактивами, которые содержат те или иные примеси. Содержание основного вещества обычно указывается в %. Например, 100 г 96% раствора серной кислоты содержат 96 г серной кислоты и 4 г воды. В случае с растворами не всегда известна концентрация поставляемых реактивов. В этом случае, один из самых простых способов определить массовую долю вещества в растворе – измерить плотность раствора и затем по справочным таблицам узнать массовую долю. Таблица 1: плотность растворов серной кислоты различной концентрации Плотность, г/мл Массовая доля H​
SO​
, 2​
4​
% 1,270 36,19 1,400 50,50 1,500 60,17 1,620 70,82 Плотность, г/мл Массовая доля H​
SO​
, %
2​
4​
1,730 1,800 1,825 1,835 ​
Экономика Стоимость создания опытного образца: P​
= 1 МР E​
Стоимость создания производственной линии: P​
= 50 МР I​
Стоимость контроля качества: P​
= 5 МР Q​
80,25 87,69 92,51 95,72