Les alchimistes, qui ont reçu pour la première fois de l'acide chlorhydrique au 15ème siècle, l'ont appelé "spiritus salis", "esprit du sel" Cet acide avait alors des propriétés magiques: il corrodait le papier, dissolvait les métaux, empoisonnait les gens. Ces propriétés lui sont restées jusqu'à ce jour, mais maintenant cet acide a été suffisamment étudié et il n'y a pas de magie ici.
L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide monobasique fort, dans sa forme pure est un liquide clair. À sa concentration maximale de 38%, il «fume» dans l'air. Nous recevrons un acide avec une concentration égale à la moitié.
Alors commençons.
Précautions de sécurité
Attention, travaillez avec des substances toxiques!
Toutes les expériences doivent être effectuées dans une pièce bien ventilée ou sous une hotte.Vous devez porter des lunettes de sécurité (disponibles dans le magasin. Magasin) et des gants (si vous ne trouvez pas de gants spéciaux pour les produits chimiques, ils sont de bonne qualité pour laver la vaisselle).
Du bicarbonate de soude doit être présent sur le lieu de l’expérience afin de neutraliser l’acide dans une situation imprévue (du dioxyde de carbone et de l’eau seront libérés).
Il est strictement interdit de mener une expérience dans des conteneurs en métal.
Aura besoin
Pour mener l'expérience, nous aurons besoin de:
- Électrolyte acide pour batteries (vendu dans l’atelier de réparation automobile);
- Eau distillée (ibid.);
- Sel (est dans n'importe quelle cuisine);
- Bicarbonate de soude (voir les précautions de sécurité).
De la vaisselle dont vous avez besoin:
- Flacon en verre;
- Un navire avec du sable où vous pouvez placer le ballon;
- Plusieurs gobelets jetables de 200 ml;
Si vous avez une ampoule résistante à la chaleur, vous pouvez la chauffer sous la flamme du brûleur. Mais je le recommande quand même à travers le sable, auquel cas il absorbe l’acide.
Vous aurez également besoin d'une paire de robinetterie sanitaire d'un diamètre de 50 mm et d'un brûleur (dans mon cas, de l'alcool, mais je recommande d'utiliser un gaz).
Étape 1 - évaporation
L'électrolyte de batterie est l'acide sulfurique (H2SO4) le plus à 36%. Premièrement, nous devons augmenter sa concentration.
Versez 200 ml dans le verre, c'est-à-dire presque jusqu'aux bords et versez un peu plus de la moitié du verre dans le ballon. Faites un marqueur avec un marqueur et ajoutez le reste.
J'ai mis un réflecteur en feuille autour du ballon pour un chauffage plus efficace, mais je l'ai retiré plus tard car il a commencé à fondre.
Maintenant, nous mettons le ballon sur le brûleur et nous évaporons au niveau du repère précédemment défini, même un peu plus bas.
Parallèlement, nous plaçons plusieurs fois la gaze sur le coin et la fixons avec un élastique. Nous préparons une solution de soude non saturée et y trempons l'extrémité du coin avec de la gaze.
Lorsque l'électrolyte commence à bouillir, nous plaçons un coin sur le ballon qui reste bien serré. Le bout de gaze est envoyé à la fenêtre ouverte.
Cela est nécessaire si l’acide sulfurique soudain commence à s’évaporer avec l’eau. Si vous ne surchauffez pas trop le ballon, cela ne se produira pas.
Brûleur en action:
La puissance de mon brûleur étant relativement faible, l’évaporation a pris environ une heure. Un brûleur à gaz ou une cuisinière électrique accélérerait considérablement ce processus.
Une fois la première étape terminée, il reste un peu moins de la moitié de la solution dans le ballon, c’est-à-dire un acide ayant une concentration d’environ 75%. N'oubliez pas de précision.
Laissez-le refroidir à la température ambiante.
Étape 2 - calculs
Maintenant que nous avons concentré de l'acide sulfurique, nous pouvons effectuer la réaction principale, elle se présente comme suit:
Mais d’abord, faisons quelques calculs et, à la fin, nous les comparons avec ce qui s’est passé dans la pratique.
Ainsi, nous avions initialement 200 ml d’électrolyte d’une densité de 1,27 g / cm³. En regardant le tableau des densités d’acide sulfurique, on voit que cette densité correspond à une concentration de 36%. Calculez le volume d'acide:
200 ml * 36% = 72 ml - V (H2SO4)
Après avoir évaporé la solution, sa concentration et, en conséquence, sa densité ont augmenté. Nous examinons le même tableau et constatons qu'une concentration de 75% correspond à une densité de 1,67 g / cm³.
Connaissant la densité de courant (p) et le volume (V) de l'acide, on découvre la masse:
m = p * V;
m (H2SO4) = 1,67 g / cm³ * 72 ml = 120 g;
m (H2SO4) = 1,67 g / cm³ * 72 ml = 120 g;
Maintenant de la chimie scolaire nous rappelons:
m (H2SO4) / M (H2SO4) = m (NaCl) / M (NaCl) = m (HCl) / M (HCl),
où M est la masse molaire de la substance.
où M est la masse molaire de la substance.
Les masses molaires de H2SO4, NaCl et HCl sont respectivement de 98, 58,5 et 36,5 g / mol. Nous pouvons maintenant déterminer la quantité de sel nécessaire et celle de HCl.
Nous aurons besoin de 72 g de NaCl, soit 34 ml, prendre en excès - un quart de tasse.
Excellent, et HCl en théorie sera de 44,7 g.
Il y a une colonne en g / l dans le tableau de densité de HCl. Nous prenons à partir de là la valeur pour la concentration de 15% - 166,4 g / l. Le volume d'eau requis pour obtenir du HCl à 15% est de 44,7 / 166,4 ± 270 ml. Nous allons prendre 200ml. En conséquence, en théorie, je vais obtenir 22% d'acide chlorhydrique.
Étape 3 - obtention d'acide
Nous connectons les deux coins comme suit:
Et toute la structure ressemblera à ceci:
L'acide correspondant se condensera dans le récipient étiqueté HCl, dont le volume d'eau est de 200 ml. Marquez également le niveau de liquide actuel sur ce récipient.
Nous enlevons les coins et versons la quantité de sel calculée dans les calculs dans le ballon à travers l'entonnoir.
La solution vire au jaune.
Pour que l’acide chlorhydrique commence à se démarquer, vous devez allumer le brûleur. Mais d’abord, nous attachons étroitement les coins au ballon et au navire récepteur.
Avec la condensation de l'acide dans l'eau, des "ondes verticales" se forment. En outre, la solution chauffe et doit être refroidie. Par exemple, vous pouvez placer un autre bateau avec de la glace en dessous.
La réaction se déroule relativement rapidement - 20 minutes, après quoi vous pouvez éteindre le feu. Nous donnons les dernières paires d'acide chlorhydrique à dissoudre dans l'eau, après quoi nous fermons hermétiquement le récipient. Lorsque le ballon est refroidi, nous diluons le reste de la solution avec de l’eau (environ un pour un) et nous le versons à l’égout.
Résumé
À l'aide de l'étiquette apposée sur le récipient, nous déterminons la quantité de liquide ajoutée. Je l'ai ⅙, c'est 17%. C'est la concentration de notre acide chlorhydrique. Comparez-le avec celui obtenu en théorie.
17% / 22% * 100% = 77% est le rendement de la réaction.
Il est important de noter qu’il n’existe aucune issue égale à 1, il y a toujours des pertes. Dans mon cas, cela ne suffit pas d'électrolyte évaporé. Idéalement, la concentration en acide sulfurique devrait être comprise entre 90 et 95%.
Vérifiez l'acide résultant pour une interaction avec le métal.
Nous observons l'évolution rapide de l'hydrogène. Cela signifie que l'acide convient à d'autres expériences.
Variations
En fiole, vous pouvez utiliser une bouteille de verre ou de soda propre en verre, mais à condition que le chauffage soit aussi lisse que possible. Au lieu des angles en PVC, vous pouvez utiliser des tuyaux en polypropylène et des angles de diamètre inférieur (adapté à votre flacon).
Encore une fois, je vous exhorte à observer les précautions de sécurité. Bonne chance à tous!
