Водоотнимающая сила серной кислоты

[Alex021]

Концентрированная серная кислота отнимает воду.
Это всем известно, везде написано, но ни какой конкретики в цифрах/формулах я не смог найти.

Например при добавлении соляной кислоты в серную кислоту должна вода от солянки отниматься и связываться серной кислотой, а выделяться газообразный HCl.

HCl*nH₂O + H₂SO₄ → HCl↑ + H₂SO₄*nH₂O

Но когда вода связывается серной кислотой, то концентрация этой серной кислоты в растворе соответственно падает.

Как найти предел? При какой концентрации серной кислоты её водоотнимающее действие прекратится?
Или сила связывания воды окажется очень низкой?

Мне б методику расчёта этого явления.

Цель: рассчитать сколько мне надо серной кислоты, концентрацией x%, и сколько соляной, концентрацией y%, чтобы вышел HCl без остатка в растворе за время τ (при 1атм. и +20°С) при постоянном перемешивании магнитной мешалкой.
Желательно рассчитать тепловой эффект реакции.

Изменено 16 Июля, 2024 в 16:56 пользователем Alex021

[chemister2010]

Найдите тройную диаграмму серной, соляной кислот и воды.

[Alex021]

Где её найти?

[Shizuma Eiku]

В 16.07.2024 в 19:44, Alex021 сказал:

Например при добавлении соляной кислоты в серную кислоту должна вода от солянки отниматься и связываться серной кислотой, а выделяться газообразный HCl.

Ну если быть совсем точным, то скорее хлороводород выделяется потому что имеет маленькую растворимость в разбавленной серной кислоте против очень высокой растворимости в чистой воде. Похоже выделяется и аммиак при добавлении щелочи к его водным растворам.

В 16.07.2024 в 19:44, Alex021 сказал:

HCl*nH₂O + H₂SO₄ → HCl↑ + H₂SO₄*nH₂O

Но когда вода связывается серной кислотой, то концентрация этой серной кислоты в растворе соответственно падает.

Как найти предел? При какой концентрации серной кислоты её водоотнимающее действие прекратится?
Или сила связывания воды окажется очень низкой?

Если говорить о гидратах, то самый прочный это гидрат с 1 молекулой воды или в массовых концентрациях выше 84%. Гидраты другого состава тоже существуют, но не настолько прочны и осушающим действием не обладают:

В 16.07.2024 в 19:44, Alex021 сказал:

Цель: рассчитать сколько мне надо серной кислоты, концентрацией x%, и сколько соляной, концентрацией y%, чтобы вышел HCl без остатка в растворе за время τ (при 1атм. и +20°С) при постоянном перемешивании магнитной мешалкой.

Тут не нужен расчет - достаточно приливать понемногу серную кислоту пока не прекратится выделение хлороводорода Когда HCl станет мало, это будет заметно. Все равно ведь есть цель экономии соляной кислоты, поэтому меньше необходимого жадность не даст прилить, а больше необходимого приливать будет бессмысленно. Кроме того, экономить серную кислоту нет нужды т.к. она может быть регенерирована упариванием.

[Arkadiy]

В 16.07.2024 в 19:44, Alex021 сказал:

Концентрированная серная кислота отнимает воду.
Это всем известно, везде написано, но ни какой конкретики в цифрах/формулах я не смог найти.

Например при добавлении соляной кислоты в серную кислоту должна вода от солянки отниматься и связываться серной кислотой, а выделяться газообразный HCl.

HCl*nH₂O + H₂SO₄ → HCl↑ + H₂SO₄*nH₂O

Но когда вода связывается серной кислотой, то концентрация этой серной кислоты в растворе соответственно падает.

Как найти предел? При какой концентрации серной кислоты её водоотнимающее действие прекратится?
Или сила связывания воды окажется очень низкой?

Мне б методику расчёта этого явления.

Цель: рассчитать сколько мне надо серной кислоты, концентрацией x%, и сколько соляной, концентрацией y%, чтобы вышел HCl без остатка в растворе за время τ (при 1атм. и +20°С) при постоянном перемешивании магнитной мешалкой.
Желательно рассчитать тепловой эффект реакции.

бессмысленное занятие,  серка отнимает эффективно воду до моногидрата - 84%, на моль 96% серки, 0,5 моля воды! 9г на 100 г серки.

Ведро серки на литр солянки

[Alex021]

В 16.07.2024 в 22:30, Shizuma Eiku сказал:

экономить серную кислоту нет нужды т.к. она может быть регенерирована упариванием

Вот в этом-то и заключается интерес к данному методу получения хлороводорода.

Но если ниже 84% серная уже не сможет отнимать воду у солянки, тогда действительно встает вопрос целесообразности данного процесса.
Упаривание серной кислоты занимает много времени.

Есть другой метод H₂SO₄ + NaCl → NaHSO₄ + HCl↑  Но тут расходуется серная кислота.
И к тому же у меня нет 100% серной кислоты - возникает вопрос насколько NaHSO₄ сильнее по водоотнимающей силе, чем HCl ?
Весь смысл данной темы - найти схему изменения силы связывания воды (серной кислотой / хлороводородом / гидросульфатом натрия) в зависимости от концентрации.

Есть же ряд активности металлов, ряд электроотрицательности неметаллов, сила кислоты и другие понятия, которые можно расположить на графике, связать формулами.
Чтобы получить какое-то числовое значение силы связывания воды, я так понимаю что надо искать какое-то свойство у различных кристаллогидратов и кислот?

P.S. Понимаю что химия это практическая наука, но я все же пытаюсь сначала рассчитать, а уж потом пробовать. Не Америку же открываю, а давно известные процессы, по которым должны быть накоплены и систематизированы знания.

Изменено 17 Июля, 2024 в 09:42 пользователем Alex021

[бродяга_]

В 17.07.2024 в 12:31, Alex021 сказал:

Упаривание серной кислоты занимает много времени.

 

В 17.07.2024 в 12:31, Alex021 сказал:

И к тому же у меня нет 100% серной кислоты - возникает вопрос насколько

тут надо ставить вопрос где найти кон сернягу или все же сделать упаривание без проблемным.

другие способы будут не менее сложны.

ну и насколько нужен сухой хлороводород тоже вопрос не озвучен.

[Alex021]

В 17.07.2024 в 13:04, бродяга_ сказал:

сделать упаривание без проблемным

Оно беспроблемное, но долгое. Если быстро, то будет с потерями самой кислоты.

 

В 17.07.2024 в 13:04, бродяга_ сказал:

насколько нужен сухой хлороводород тоже вопрос не озвучен.

Хороший вопрос. Неожиданный.

Совсем сухой нужен, чистый, газообразный.
Но если влажность HCl будет на выходе, тогда надо как-то посчитать какая.

Мне бы не влажнее 40%H₂O + 60%HCl

[dmr]

В 17.07.2024 в 15:40, Alex021 сказал:

Оно беспроблемное, но долгое. Если быстро, то будет с потерями самой кислоты.

 

Хороший вопрос. Неожиданный.

Совсем сухой нужен, чистый, газообразный.
Но если влажность HCl будет на выходе, тогда надо как-то посчитать какая.

Мне бы не влажнее 40%H₂O + 60%HCl

Зачем мудохаться с серной кислотой когда вполне существует хлорид кальция который обезвоживается намного проще чем серная кислота и отнимает воду у солянки вполне себе эффективно

Есть два пути с хлоридом кальция просто бухать хлорид кальция в раствор разбавленной соляной кислоты и улавливать выделяющийся хлороводород в другом сосуде 

И второй путь кипятить разбавленную соляную кислоту и поры пропускать через трубку с хлоридом кальция обезвоженным

Какой Вам способ удобнее такой и  используйте

А можно оба способа совместить. 

Кидать в раствор разбавленной соляной кислоты обезвоженный хлорид кальция и выделяющиеся пары пропускать через трубку с обезвоженным хлоридом кальция

[Alex021]

В 17.07.2024 в 14:55, dmr сказал:

бухать хлорид кальция в раствор разбавленной соляной кислоты и улавливать выделяющийся хлороводород

Очень интересно. Хлорид кальция имеется.
Как рассчитать пропорции?
Опять же "водоотнимающая сила"?
Наверно не CaCl бухать в солянку, а наоборот солянку через капельную воронку в CaCl. Чтобы не утопить CaCl в жидкости.
И реакция с добычей газа практичнее будет в герметичной колбе. Или в аппарате Киппа...