Приготовление раствора серной кислоты требует точного расчёта объёмов: ошибка приводит к неверной концентрации и, что опаснее, к химическому ожогу при обращении с концентрированной кислотой. Калькулятор помогает найти объём исходной кислоты и воды по правилу разбавления.
Серная кислота H₂SO₄ — двухосновная кислота: каждая молекула отдаёт два протона, поэтому её эквивалент вдвое меньше моля. Концентрированная кислота имеет массовую долю около 98% и плотность 1,84 г/мл.
Для приготовления раствора задают исходную концентрацию, требуемую концентрацию и итоговый объём. Концентрацию выражают в массовых долях процентах, в молярности или в нормальности. При работе с кислотой всегда приливают кислоту в воду, а не наоборот.
Количество вещества при разбавлении не меняется, поэтому произведение концентрации на объём до и после остаётся одинаковым. Зная три величины, находят четвёртую. Из итогового объёма вычитают объём концентрированной кислоты и получают объём воды, который нужно добавить.
Массовую долю переводят в молярность через плотность раствора и молярную массу кислоты, равную 98 граммам на моль. Нормальность для двухосновной кислоты вдвое больше молярности. Для разбавленных растворов по молярности оценивают pH.
Пример 1. Нужно получить 1000 мл 10%-ного раствора из 98%-ной кислоты. Объём кислоты: 10 × 1000 ÷ 98 = 102,04 мл. Воды потребуется 1000 − 102,04 = 897,96 мл.
Пример 2. Раствор с массовой долей 1% и плотностью 1,005 г/мл. Молярность: 1 × 1,005 × 10 ÷ 98 = 0,103 моль/л.
Пример 3. Для того же раствора нормальность равна 0,205 н., а оценка pH составляет 0,69.
Плотность и молярность растворов серной кислоты при 20 °C
| Массовая доля, % | Плотность, г/мл | Молярность, моль/л |
|---|---|---|
| 10 | 1,066 | 1,087 |
| 20 | 1,139 | 2,323 |
| 40 | 1,303 | 5,317 |
| 60 | 1,498 | 9,167 |
| 98 | 1,841 | 18,409 |
При смешивании выделяется много тепла. Если лить воду в концентрированную кислоту, локальный перегрев вызывает разбрызгивание. При добавлении кислоты в воду тепло распределяется по большему объёму и раствор не вскипает.
Молярность показывает число молей вещества в литре раствора. Нормальность учитывает эквивалент: для двухосновной серной кислоты она вдвое больше молярности, потому что каждая молекула отдаёт два протона.
Для концентрированных растворов расчёт по молярности даёт лишь грубую оценку: вторая ступень диссоциации протекает не полностью, а ионная сила раствора велика. Точное значение pH измеряют прибором.
Плотность зависит от массовой доли и температуры. Её берут из справочных таблиц для 20 °C. Для промежуточных концентраций значение определяют линейной интерполяцией между соседними строками.