“设计”一座硫酸厂教学设计-鲁科版

课题“设计”一座硫酸厂(课时)主备：吕广友【教学目标】知识技能：．知道工业上制硫酸的主要原料，能说出接触法制硫酸有哪些主要生产阶段，能运用化学平衡原理分析二氧化硫催化氧化反应的适宜条件，知道工业上用浓硫酸吸收三氧化硫的原因。．知道选择硫酸厂厂址应考虑哪些主要因素。．知道接触法制硫酸废气处理的主要方法，能列举废渣综合利用的途径。过程与方法：．了解从理论研究成果到现实生产的过程。．学会将所学的知识应用于实际生产生活的方法。情感态度与价值观：．培养树立合理利用自然资源、节约能源的观点。．培养既要独立思考，又要与人合作的能力。．认识理论对实际的指导作用。【教学重点】与接触法制硫酸有关的化工生产原理及设计硫酸厂时需要考虑的综合经济效益问题。【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。【教学方法】启发、诱导、设问、讨论、讲述、多媒体、角色扮演。【教具】模型、多媒体课件、投影仪、录音录像资料等。【教学过程】教学环节教师活动学生活动设计意图引出课题，明确学习任务[导入]通过必修课的学习我们了解到硫酸是重要的化工原料，据国家发改委的统计，年我国硫酸的年产量已达到万吨，但缺口依然很大，因此，建设大规模、低能耗的硫酸生产厂，前景极为可观。我们今天的任务就是来“设计”一座硫酸厂。聆听做好准备激发学生学习兴趣，创设课堂探讨的情景，明确学习目标[过渡]工业生产源于工业设计，而设计又源于实验室研究；设计一座化工厂，就是将有关物质的性质和相关的化学原理应用于实际，并综合考虑能源、环境、经济效益等实际因素的过程。下面请同学们观察教材第页接触法制硫酸的实验装置图，并思考导学案上的对应练习题观察提高学生的观察能力与动手能力了解实验室接触法制硫酸的情况提出思考题：实验室制硫酸发生的主要反应有哪些？→→→引出接触法制硫酸的概念：转化是在催化剂的表面上接触时发生反应的，因此得名。工业上也广泛采用此法，首先要制。此实验装置大致分为哪几部分？分为五部分：制备；净化；的催化氧化（三氧化二铬）；吸收；尾气吸收。制还可以选择什么药品？硫单质及某些含低价硫元素的化合物被氧气氧化。你认为在实验室中设计一个制取硫酸的实验方案，需要考虑哪些问题？考虑实验原理及试剂，还要考虑实验仪器及连接顺序。化工厂设计与实验室实验有什么不同？设计硫酸厂应从哪些方面入手？化工厂设计要选择好原料路线和技术路线，还要考虑资源环境综合利用以及经济效益等问题。设计硫酸厂要依据资源合理选择原料，根据原理设计流程，购买设备，选好厂址，讨论综合利用以及经济效益等问题。思考问题讨论交流回答相关问题聆听激发学生共同参与“设计”一座硫酸厂完成以实验设计到化工厂设计理念上转变[过渡]下面我们就从选择原料入手，理论上制备硫酸的原料有多种，方案也有多种；导学案上给出了四种方案，请大家讨论哪个更适合我国工业生产硫酸？设想参与思想活动引起学生注意做好接受新知识准备方案的选择[过渡]()→()→→→()→→→()→→→第种不宜采用，因为它是有毒气体。第种也不宜采用，因为自然界中没有现成的原料，易被氧化。学生得出结论第、种方案可行。感兴趣一一举例回答，根据硫元素价态分析选择氧化剂、还原剂等为学习硫铁矿、硫磺、石膏为原料制硫酸过程中的反应做好知识储备原料的选择[演示图片]自然界中的硫磺、硫铁矿（分析硫元素的化合价），结合材料，我国生产硫酸主要以硫铁矿为原料，选用的原料不同，生产工艺就不同；以硫铁矿为原料需经过二氧化硫炉气的制造、二氧化硫的催化氧化、三氧化硫的吸收三个主要生产阶段。观看分析使学生更深切感受化工生产通常利用自然资源，同时感受自然界的魅力第一阶段二氧化硫炉气的制造请写出该阶段的主要化学反应的热化学反应方程式：该阶段的主要生产设备是什么？硫铁矿焙烧前为什么要粉碎？炉气为什么要净化干燥？[回答]当黄铁矿在燃烧炉内燃烧，从炉底通入强大的空气流，在炉内一定空间内，把矿粒吹得剧烈翻腾，好像“沸腾着的液体”。因此，人们把这种燃烧炉叫做“沸腾炉”。矿石碎成细小的矿粒，是为了增大与空气的接触面积，通入强大的空气流为使矿粒燃烧得更充分，从而提高原料的利用率。这里因为炉气中常含有很多杂质，如，水蒸气，还有砷、硒的化合物及矿尘等。这些杂质有些是对生产不利的，如砷、硒的化合物，矿尘能够使下一步氧化时的催化剂中毒，水蒸气对设备也有不良影响，因此炉气必须经过净化，干燥处理。[思考]若用燃烧硫磺制得炉气，其成分有哪些？需净化和干燥处理吗？[答案]用硫磺为原料制得的炉气成分主要有、、等，杂质较少，不需处理。学生活动设计意图第二阶段二氧化硫的催化氧化净化后的炉气被送入接触室。[投影或展示]接触室模型[结合教具讲解]接触室采用了上下两层催化剂，中部安装热交换器的结构。[过渡]首先，我们来认识一下热交换器。[投影]一种热交换器示意图及介绍。热交换器是化学工业里广泛应用的热交换设备，它有多种形式。在多数热交换器内部，装有许多平行的管道或蛇管，以扩大传热面，提高热交换效果。一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外流动。两种流体通过管壁进行热交换，热的流体得到冷却，冷的流体得到加热。右图是一种常见的热交换器。[设问]接触室里为何要装两层催化剂？中间又为什么要放热交换器？[师]这与转化为的反应条件有关。下面，我们就来探讨一下转化为的适宜条件。[讨论]请你根据化学平衡的知识和表3-1-1和表的数据，为实际生产选择该反应的最佳条件：工业生产上采用的是钒催化剂。二氧化硫同氧气在钒催化剂表面上接触时发生反应。[学生思考后回答]的氧化为一可逆反应。根据勒夏特列原理，加压、降温有利于转化率的提高。[问]对于工业生产来讲，假如原料转化率很高，但反应速率却很慢，这样的生产有无意义呢？[学生各抒已见][小结]由大家刚才的发言较结合实际情况，可知温度在的范围内比较合适，这是因为：二氧化硫的转论率在此温度下已比较理想，且满足催化剂的活性温度（为），同时化学反应的速率又不会太慢。综合考虑以上因素，我们在实际生产中选定作为操作温度。加压虽然可以提高平衡转化率，但加压需要增加动力，经济上并不合算，一般工厂都采用常压法生产。[设问]现在，谁能上来讲一下接触室中为什么要采用上、下两层催化剂，并在其中夹有热交换器呢？[学生讲解]经过净化、干燥的炉气，通过接触室中部的热交换器被预热到，通过上层催化剂被第一次氧化，因为二氧化硫的催化氧化是放热反应，随后反应的进行，反应环境的温度会不断升高，这不利于三氧化硫的生成。接触室中部安装的热交换器正是把反应生成的热传递给接触室里需要预热的炉气，同时降低反应后生成气体的温度，使之通过下层催化剂被第二次氧化。这是提高可逆反应转化率的一种非常有效的方法。[过渡]二氧化硫在接触室里经催化氧化后，得到的气体主要是、、以及未发生反应的和。这时进入硫酸生产的第三阶段——成酸阶段，即三氧化硫的吸收阶段。记忆学生落实第三阶段三氧化硫的吸收()()（）；[软件演示]三氧化硫分别通入水，稀、的中。前两者反应剧烈，产生大量白色酸雾，后者则无酸雾产生。[设问]工业上吸收制造硫酸，应选用上述哪种物质？试说明理由。[生]应选用的浓硫酸的接触面积，强化吸收过程，在吸收塔中，安装大量耐酸瓷环，并采用了逆流的吸收方式，三氧化硫从塔底通入，的浓硫酸从塔顶喷下，硫酸吸收三氧化硫后，浓度增至，温度升高。然后从塔底排出，经冷却、稀释，即得成品。[软件演示]三氧化硫在吸收塔中的吸收过程和硫酸的生成。[讨论].从吸收塔里排出的尾气有哪些成分，能直接排放到空气中吗？．尾气应如何处理？[学生回答，教师总结]从吸收塔排出的气体主要有、、少量二氧化硫，若直接排放到空气中，会造成严重的污染，同时也会造成原料的浪费。因此应将上述气体再次通入接触室进行二次氧化，然后进一步吸收。也可用吸收以生产亚硫酸铵，或用碱吸收后，再通过加酸生产高浓度二氧化硫和硫酸铵。[过渡]下面，就请大家对生产硫酸的三个阶段进行一下归纳和总结。三个主要生产阶段炉气的制造的催化剂的吸收设备主要反应生产中采取哪些措施提高经济效益学生观看交流、研讨、完成表格内容交流汇报在有知识储备条件下完成重点知识的学习，通过交流汇报，使自己学到的知识得到提升，培养学生自主探究能力。[过渡]原料路线解决了，设计硫酸厂的下一步工作该是厂址选在哪里？交流研讨自学归纳回答训练学生归纳能力小结：这节课以选择原料路线的任务学习了工业制硫酸的化学原理和工艺流程，理论上完成了从实验室到化工厂的转变，一般设计的基本步骤是：（）从理论上提出方案；（）评价所提的方案的可行性；（）确定具体的方案；（）制作出项目计划书。要求：、掌握接触法制硫酸的原料、生产阶段、生产设备及主要反应方程式。、会分析选择催化剂的条件。、知道工业上用浓吸收的原因作业：课后习题第，题落实学过知识，运用学过知识，为下节课学习做好准备她似一缕阳光，时时燃烧着爱的火焰，处处流淌着情的甘泉。面对一张张稚气可爱的脸，自然地还以灿烂的笑容，面对一颗颗纯真无瑕的心灵，真诚地给以阳光般的温暖。虽然阳光不能洒遍每一个角落，润泽每一颗成长中的幼苗，但爱孩子是教师的天职，因为她们懂得没有爱就没有教育，赏识、期待使她们的心中时刻升腾着爱的灵焰，情的灵光。教师就是在以一颗普通人的心灵，播撒爱的种子、培育爱的心灵的过程