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硫酸工业 第一节 接触法制硫酸

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“硫酸的工业制法——接触法”教学设计<?

【教学目标】

(1)能准确表述接触法制硫酸的三个重要阶段、反应原理及主要设备的名称、构造和作用。

(2)能说明黄铁矿锻烧前粉碎的原因,通入强大空气流的目的、炉气净化的原因和方法。

(3)能说明热交换器怎样进行热交换,吸收塔怎样吸收三氧化硫的。

(4)能解释和说明加快和充分吸收三氧化硫的措施。

(5)能说出二氧化硫在大气中的危害、酸雨的成因及大气污染的主要来源。

(6) 能说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施,增强环境意识作环境保护的宣传者、行动者。

(7)能通过本节的学习,说明工业生产中加快反应,提高原料利用率,节约能源及环境保护的一些措施和方法。

(8)掌握多步反应计算题的简单解法即关系式法。

【教学重点】接触法制硫酸的化学反应原理,环境污染的危害及环境保护的重要性。

【教学难点】主要设备的构造和物料流动的方式、有关的化工生产原理。

【教学过程】

[投影]学习目标即教学目标

[叙述引入]同学们,我们初中学习过硫酸的知识,硫酸是化学工业中最重要的产品之一。它在工农业生产、科学实验和国防建设中,具有十分广泛的用途。

[投影]硫酸可以用来制化肥,如磷肥、氮肥等。可以在金属加工和金属制品电镀以前,除去金属表面的氧化物膜,可以制取许多有实用价值的硫酸盐,如硫酸铜、硫酸亚铁等,还可用于精炼石油,制造炸药、农药、染料等,实验室中常用作干燥剂。

[设疑引入]硫酸有那么多用途,工业上是如何生产的呢?请同学们根据所学过的硫及其氧化物知识,讨论生产硫酸的原理。

[说明]许多同学想到用硫燃烧生成二氧化硫,这固然是一种方法,但根据我国资源情况,实际生产中通常用燃烧黄铁矿的方法来制取二氧化硫,二氧化硫转化为三氧化硫,是在接触室内进行的,因此,称为接触法制硫酸。

[投影板书]课题、标题及原理

[衔接过渡]接触法制硫酸分三个阶段,第一阶段是二氧化硫的制取和净化,第二阶段是二氧化硫氧化成三氧化硫,第三阶段是三氧化硫的吸收和硫酸的生成,我们看到一阶段。

[投影板书]第一阶段及反应原理

[讲述]分析讲述黄铁矿燃烧反应的方程式,交代配平方法(奇偶法)

[出示模型]讲解沸腾炉的构造。

[动画显示]沸腾炉内物料进出方式

[投影]思考讨论

1.焙烧黄铁矿的炉子为什么叫沸腾炉?黄铁矿为什么要粉碎?为什么通入强大的空气流?燃烧黄铁矿为什么不要多加燃料?

2.为什么通入接触室的混全气体必须净化?怎样净化?净化后气体成分是什么?

[强调讲述]黄铁矿燃烧反应是放热的,故燃烧的黄铁矿不需要多加燃料,扩大反应物的接触面,通入强大的空气流可以加快反应,提高原料利用率,这种方法常用于工业生产中。

[衔接过渡]被净化后的炉气主要成分是二氧化硫、氧气和氮气,常温下较难转化为三氧化硫,加热到400~500℃,在催化剂的作用下,能较快地转化为三氧化硫,请写出反应方程式,说明反应特点。

[投影板书]第二阶段及有关反应原理

[反馈矫正]根据学生讨论情况,说明书写方程式,注意事项,交代清楚反应的特点,说明高温和使用催化剂可以加快反应,缩短生产时间,提高效率。

 

[动画显示]气体流向。

[投影]填空

3.接触室中热交换气的作用是_______________________________________________


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[强调讲述]热交换气中冷热气体的流向是相反的,冷的气体(SO2、O2、N2)被预热,而热的气体(SO3、 SO2、O2、N2)被冷却,这种方式能够节约能源,在工业生产中广泛采用。

二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应是可逆反应,因此从接触室出来的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气和氮气的混合气。

[衔接过渡]从接触室内出来的混合气体,通入吸收塔内,三氧化硫被吸收转化为硫酸,该阶段称为三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

[投影板书]第三阶段及反应原理

[投影]5.吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸而用98.3%的浓硫酸?浓硫酸为什么必须从塔顶喷下?

[讲解]三氧化硫与水反应,放出大量的热,用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸雾,酸雾的形成不利于气体三氧化硫被进一步吸收,吸收速度慢,且吸收不完全,98.3%的浓硫酸从塔顶淋下,气体由下往上,流向相反,充分接触,吸收更完全,由此看来工业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。

[出示模型]讲解吸收塔构造。

[动画显示]三氧化硫的吸收过程。

[总结归纳、动画显示]设备流程、生产流程。

[投影]6.接触法制硫酸分几个阶段?有几个重要反应?几种典型设备?几种净化方式?几个地方运用逆流原理?几个地方采用了加快反应的措施?几个地方采用了充分利用原料的措施?

[归纳讲述]同学们,我们通过接触法制硫酸的学习,了解了工业制硫酸的原理,但这还是不够的,工业生产中还有很多问题要处理,例如,如何提高原料的利用率,如何加快反应的进程,如何节约能源降低成本,如何保护环境,防止污染等等,这些都是工业生产中的实际问题,应该引起同学们的注意。

[投影]练习题:燃烧1吨含二硫化亚铁90%的黄铁矿,在理论上能生产多吨98%的硫酸(设有1.5%的硫留在炉渣里)?

[试题分析]本题考查化学运算技能,同学们常用的方法是分步计算法,根据方程式先求出二氧化亚铁的质量,再求二氧化硫和三氧化硫的质量,最后求出硫酸的质量,但这种方法要求的量太多、太麻烦,题目中只要求求出硫酸的质量,因此可以直接找到起始物质与最终产物硫酸的关系式求解。

解析:由工业生产硫酸的反应方程式可得下列关系式:

设:能生成98%的硫酸x吨

         FeS2  →  2SO2   2SO3 → 2H2SO4

         120                                         2×98

1t×90%×(1-1.5%)                      xt×98%

 <?                          


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             x=1.478

这种计算方法叫关系式法,即根据多个有联系的方程式计算时,可以依据方程式式找到各物质之间量的关系式,直接计算求解。

[设疑过渡]从吸收塔出来的气体叫尾气,其成分是什么?能否直接排入大气?另外,黄铁矿燃烧后的矿渣能否弃置,这是我们研究的另一重点内容,即环境保护。

[分析讲述]矿渣弃置堆放既占地又污染环境,还会造成资源的浪费,矿渣的主要成分是三氧化二铁,可以用来炼铁,变废为宝,吸收塔出来的气体是氧气、氮气和少量的二氧化硫,直接排入大气会造成环境污染,必需净化处理,通常用碱液吸收。

[设疑深入]二氧化硫污染环境到底会造成什么样的危害呢?

[投影]7.二氧化硫对环境造成什么危害?酸雨怎样形成的?有何危害?大气污染的主要来源是什么?如何消除大气污染?

8.环境污染分为哪几类?工业三废包含哪几方面?防止和消除环境污染的根本途径是什么?

[投影]环境污染的分类

           环境污染

文本框: 污染源文本框: 污染对象                     大气

                     水                                   工业三废(废气、废水、废渣)

                    土壤                                农药、化肥及生活用品


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                    食品                                自然资源的不合理开发利用

                    ……

[播音]录音资料1:环境污染的危害

          录音资料2:环境政策

          录音资料3:环境的治理及保护

[播放] 录像资料1:环境污染的危害

           录像资料2:环境的治理及保护

[强调指出]我们每位同学都要做环境的坚定保护者,从我做起,从小事做起,从现在做起,注意环境保护的宣传,坚信,环境问题必将随着科学技术的进一步发展,而得到人类有效的解决,那时,祖国的天空会更蓝,河流会更清。

[布置作业]书面作业:1.教材78页数题

                   2.教材87页3题

                    课外作业:调查我们周围的环境污染状况




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