На завод, производящий свинцовые аккумуляторы, поступила железнодорожная цистерна, содержащая 40,0 м3 тяжелой (ρ =1,834 г/мл) бесцветной маслянистой жидкости без запаха, смешивающейся с водой в любых соотношениях. Эта едкая жидкость легко растворяет не только такие активные металлы, как цинк и марганец, но и медь, и даже серебро, а также серу и фосфор, реагирует с неорганическими солями (например, NaCl, KBr, KI), а от многих предметов органического происхождения остаются только черные хлопья, да и те при нагревании исчезают. Жидкость эта, иногда называемая «кровью химии», чрезвычайно востребована промышленностью развитых стран – ее мировое производство в 2008 г. перевалило за 200 млн т, из которых более 10 млн т было произведено в России.
- Назовите эту жидкость, напишите уравнения описанных реакций, объясните ее действие на предметы органического происхождения. Какая из отраслей химической промышленности является основным потребителем этой жидкости?
- Жидкость, находящаяся в цистерне, содержит 95,0 масс. % вещества А (остальное – вода). Рассчитайте «чистую» массу А, поступившего на завод. Сколько аккумуляторов завод сможет заправить электролитом, приготовленным из этой жидкости, если на каждый прибор требуется 1,50 л 35,0 % раствора А (его плотность 1,260 г/мл)? Рассчитайте точное соотношение объемов воды и исходной жидкости, которые требуется смешивать для приготовления нового раствора. Как Вы посоветуете аппаратчику готовить этот раствор, и какую воду он может взять для этой цели (морскую, речную, водопроводную, компании «Чистая вода» или какую-то другую)?
- Итак, 35 % раствор мы приготовили. Теперь посчитайте в нем молярную концентрацию А, поскольку дальше она нам очень пригодится. Напишите формулы и названия присутствующих в этом растворе ионов и оцените и их молярную концентрацию. Все, что Вам для этого нужно знать – вещество А, его свойства в водном растворе и одну справочную константу диссоциации (1,2*10−2).
Электрические аккумуляторы – химические источники тока многократного действия. По принципу работы аккумуляторы не отличаются от гальванических элементов, но электродные реакции, а также суммарная токообразующая реакция в аккумуляторах обратимы. Поэтому после разряда аккумулятор может быть снова заряжен пропусканием тока в обратном направлении.
Заготовка для электродов свинцовых аккумуляторов представляет из себя пасту, приготовленную замешиванием смеси Рb3О4 и РbО с раствором А (активная масса); эту пасту намазывают на сетки-токоотводы из сплава Рb с 2-12% Sb и опускают в раствор А. Сетки присоединяют к различным полюсам зарядного устройства и формируют электроды, пропуская через раствор постоянный ток; при этом основной компонент пасты на одном электроде восстанавливается до свинца, на другом – окисляется до диоксида свинца. По окончании зарядки аккумулятор готов к эксплуатации.
- Напишите уравнения реакций взаимодействия оксидов свинца с раствором А, а также суммарные уравнения процессов зарядки и разрядки. Допустим, в процессе работы нашего аккумулятора, содержащего 1,5 л электролита, плотность последнего упала от 1,260 до 1,140 г/мл (это соответствует 20 % раствору А). Проведите оценку массы израсходованного при этом вещества А в допущении, что объем электролита не изменился. Если у Вас все получилось, попробуйте посчитать эту массу точно, поскольку все данные для этого у Вас есть.