化工硫酸工業(yè)教學設(shè)計

1、學習必備歡迎下載化工硫酸工業(yè)教學設(shè)計1教學設(shè)計1.1 教材內(nèi)容分析及教學設(shè)計構(gòu)思硫酸是人類最早制得的化工產(chǎn)品之一，早在1000多年前，就有過史料記載。硫酸工業(yè)作為化工產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，其發(fā)展已有200多年的歷史。硫酸是化學工業(yè)許多產(chǎn)品的原料(大致有上千種化工新產(chǎn)品需要硫酸為原料),大量用于化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥、化學纖維等的生產(chǎn)，在冶金工業(yè)、石油工業(yè)、國防工業(yè)、輕工業(yè)等被廣泛應用，被稱為“化學工業(yè)之母”。硫酸在化工中的重要性決定了它與一個國家的化工發(fā)展密切相關(guān)，硫酸的制備方法的發(fā)展和演變過程、原理與生產(chǎn)方法的改變是人類知識進步和智慧的結(jié)晶。在硫酸制備方法的學習過程中，融入相關(guān)化工發(fā)展史的了解，一方面可加深

2、學生對硫酸應用的理解，另一方面可以使他們在學習有關(guān)原理與設(shè)備的改進過程中，提高分析、對比和思辨能力，了解工業(yè)發(fā)展的過程，感悟人類知識和技術(shù)進步的魅力。硫酸制法是中學階段為數(shù)不多的作為重點化工知識學習的內(nèi)容，其歷史生產(chǎn)方法的3個階段1：熱分解法、硝化法、接觸法，特征顯著，條理清晰，易于在教學中整合，其中包含了大量的技術(shù)原理及技術(shù)思想。基于硫酸工業(yè)在教材和工業(yè)生產(chǎn)中的特殊地位為了體現(xiàn)其重要性和所蘊含的化學科學的人文內(nèi)涵，落實普通高中化學課程標準：“通過化學發(fā)展史的線索，使學生認識化學概念和化學原理是不斷發(fā)展和深化的”2的建議，合理地將硫酸制備的化工發(fā)展史融入教學之中，可以更深入地使學生了解科學知識

3、、科學方法，培養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)和創(chuàng)造精神，并有效體現(xiàn)情感態(tài)度與價值觀的教育。1.2 教學目標知識與技能(1)了解并對比歷史上硫酸的制備方法;(2)學習現(xiàn)代硫酸工業(yè)的反應原理，了解工業(yè)生產(chǎn)裝置的工作原理。過程與方法通過分析、對比、討論，思考歷史上關(guān)于硫酸工業(yè)原理的優(yōu)點與缺點，培養(yǎng)學生的概括能力和分析能力，加深對硫酸制備原理與裝置的認識和理解，在反思和比較中體會科技創(chuàng)新的過程與方法。情感態(tài)度與價值觀(1)通過了解硫酸工業(yè)發(fā)展的歷史，感受科技進步發(fā)展的過程；(2)了解我國硫酸工業(yè)發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，增強為科技進步和祖國強盛而學習的動力。1.3 教學過程引入硫酸是最重要的基礎(chǔ)化工原料，被譽為“化學工業(yè)之母”，我

4、國自2019年硫酸產(chǎn)量超過美國，躍居世界第一，至2019年已連續(xù)7年位居世界第一。從表1和表2可看出硫酸應用范圍之廣、產(chǎn)量之大。過渡作為最重要的基礎(chǔ)化工原料之一，硫酸的制備應用經(jīng)歷了很漫長的歷史。生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用膽研或綠磯為原料，在蒸儲釜中煨燒。反應的化學方程式為：一、歷史上硫酸的工業(yè)制取方法：1.加熱分解法CuSO4?5H2O高溫CuO+SO3+5H2S2FeSO4?7H2O高溫Fe2O3+SO2+SO3T+14H20K。其中三氧化硫與水蒸氣同時冷凝便得到硫酸。歐洲在中世紀曾稱硫酸為綠帆油。設(shè)疑以上2種制硫酸的方法有明顯的缺點，請同學們思考。生答固體加熱高溫能耗大;原料來源少，價格昂

5、貴；副產(chǎn)物多，產(chǎn)量小,不易利用；難以大規(guī)模生產(chǎn)等。過渡硫黃是一種使用較多的化學藥品，人們逐漸發(fā)現(xiàn)用硫黃與硝石(主要成分是KNO3混合加熱也能產(chǎn)生硫酸(硫黃燃燒可產(chǎn)生SO2硝石加熱可產(chǎn)生NO2具體反應原理可簡略表示如下：2.氮氧化物氧化法硝化法SO2+NO2+H2O=H2SO4+NO2NO+O2=2NO21736年，英國人瓦德最早將這一原理應用于大規(guī)模生產(chǎn)硫酸，他通過特殊方法制得了大容積(300L左右)的球?qū)W習必備歡迎下載形玻璃容器，用大鐵盤裝上硫黃與硝石在預先加入水的玻璃容器中點燃。瓦德的工廠有近百個大玻璃容器，大規(guī)模的生產(chǎn)使當時的硫酸價格下降到了原先的1/16。問題這種方法雖然使硫酸的產(chǎn)量提

6、高，成本下降了很多，但也還存在不少缺陷，請同學們思考。生答玻璃儀器易碎，容積不大，鐵盤易腐蝕，產(chǎn)量還不能很高等。投影并講述很快地,瓦德的生產(chǎn)方法被一位名叫加貝特的技術(shù)員改進了。他選擇了不易被硫酸腐蝕的鉛制成鉛室，鉛室的體積可以達到近10m3,不斷地放入硫黃與硝石，每4個星期取出1次酸，使硫酸的產(chǎn)量得到了進一步的提高。到后來最大的鉛室一直做到了近200m3設(shè)疑工業(yè)的發(fā)展對硫酸的需求量越來越高，大規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)要求生產(chǎn)過程必須是連續(xù)的。不論是瓦德的玻璃容器還是加貝特的鉛室，制備原理都是相同的，它們的生產(chǎn)過程有一個極大的弱點。請同學們討論后回答。（學生討論）生答間斷性生產(chǎn)，不能連續(xù)（因每4個星期要

7、打開鉛室取酸）。提出問題那么，如何解決不能連續(xù)生產(chǎn)的問題？（啟發(fā)并讓學生討論）生答向鉛室中噴水，另置燃燒硫黃與硝石的爐子將產(chǎn)生的氣體通入鉛室等。過渡講解以上在技術(shù)設(shè)備上對硫酸制備的改進，取得了很好的經(jīng)濟與生產(chǎn)的效益，但在原理上還是相同的，都是氮氧化物氧化法的具體應用。因為游離態(tài)硫單質(zhì)硫黃的分布較低，自然界中存在較多的是硫的化合物，為了降低成本,人們開始使用含硫的礦物產(chǎn)生SO2開始使用氧氣氧化氨氣替代較昂貴的硝石產(chǎn)生氮的氧化物用于氧化SO2轉(zhuǎn)變?yōu)镾O3提出問題回到上述化學反應，要求學生根據(jù)反應原理，思考氮的氧化物在反應中的用途？生答起催化劑作用，實質(zhì)上并沒有消耗。過渡提問因此,在工業(yè)上合理循環(huán)使

8、用氮的氧化物就顯得很重要，可大大降低生產(chǎn)成本。投影展示蓋呂薩克的思路與管道工人格洛弗的設(shè)計組合完善了鉛室法在技術(shù)上的設(shè)計（見圖1）。一個普通工人完善了一位著名化學家的設(shè)計，在硫酸制造業(yè)中被傳為美談。鉛室法在硫酸工業(yè)200多年的生產(chǎn)歷史中沿用了100多年。（在教學案上作為問題展示，讓學生課后思考鉛室法的氮氧化物的循環(huán)利用裝置的原理。給予必要提示：氮氧化物溶于冷硫酸，受熱時會逸出）設(shè)問因二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫都是通過氮的氧化物氧化實現(xiàn)的，在生產(chǎn)過程中會存在什么弊端？生答氮的氧化物有毒，會隨尾氣排出，對空氣產(chǎn)生污染。再問前面我們分析了，氮氧化物理論上來看并沒消耗，起了催化作用，從綠色化學的角度思考，

9、將SO前化為SO3R好是通過什么氧化？生答用氧氣氧化最好，也最直接。講述現(xiàn)代工業(yè)的硫酸制法正是變革了沿用多年的氮氧化物氧化法，改用直接用氧氣氧化的方法來制得SO3引入接觸法制硫酸。二、硫酸的現(xiàn)代工業(yè)制法接觸法制硫酸1 .二氧化硫的制取和凈化（沸騰爐）造氣過程S+O2點燃SO24FeS2+11O2高溫2Fe2O3+8SO22 .二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫（接觸室）催化氧化過程2SO2+O2S化齊I微帚滕加熱2SO33 .三氧化硫的吸收和硫酸的生成（吸收塔）吸收成酸過程SO3+H2OH2SO4助畫演示接觸法制硫酸的工業(yè)流程，介紹熱交換器的工作原理。思考閱讀課本，思考硫酸制取過程中以下一些生產(chǎn)工藝中所包

10、含的原理。（1）硫鐵礦石在進入沸騰爐前為何要粉碎？（2）SO2氣體在進入接觸室前為何要除塵、洗滌并干燥?（3）接觸室中的熱交換器的作用及工作原理是什么？（投影動畫分析）（4）為何要用98.3%的濃硫酸吸收SO3W不用水？總結(jié)學生在閱讀討論后，進行歸納總結(jié)。比較分析將硫酸的幾個不同階段的制法進行比較分析。（投影）資料我國硫酸工業(yè)的發(fā)展情況，結(jié)合前面表1。（1）我國硫酸工業(yè)發(fā)展狀況（投影展學習必備歡迎下載示：已取得的成績，缺點：產(chǎn)能過剩、硫資源對外依存度過高、產(chǎn)業(yè)集中度偏低、資源利用率待提高等）（2）對我國硫酸工業(yè)發(fā)展作出突出貢獻的孫師白（下發(fā)閱讀材料）未來發(fā)展硫酸工業(yè)未來的發(fā)展趨勢（投影展示。摘

11、自中國硫酸工業(yè)協(xié)會專論：我國硫酸工業(yè)現(xiàn)狀及“十二五”發(fā)展規(guī)劃思路4）（1）充分開發(fā)利用工業(yè)煙氣、工業(yè)用煤中的硫的回收，彌補我國硫黃主要依賴進口的現(xiàn)狀；（2）研制開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新材料和新裝備，提高硫酸行業(yè)整體技術(shù)和裝備水平,制造高性能鈾催化劑；（3）提高硫酸行業(yè)整體廢熱回收利用水平等。作業(yè)與任務(wù)（1）試分析:SO2溶于水生成亞硫酸后，可直接氧化為硫酸，能否用這一方法生產(chǎn)硫酸？（SO2在常溫下的溶解度約為1：40）（2）硫酸生產(chǎn)廠產(chǎn)生的尾氣中會含有一定量的SO2氣體，查找資料并思考，如何吸收并處理尾氣。（3）研究性學習課題：如何從冶煉煙氣中制得硫酸？2教學反思2.1 融入化工發(fā)展史的課堂教學

12、效果（1）培養(yǎng)發(fā)展眼光，提升思維品質(zhì)融入化工發(fā)展史的課堂教學將歷史上的化工原理深入辨析，論弊明利，說“長”道“短”，并非是歷史材料簡單地堆積和簡單地介紹，也不是簡單地“故事性”敘說，而是學生在思考、討論與分析中不斷地將舊的原理與技術(shù)予以否定，在探究、分析與推理中引出新的方法和新的工藝，在這樣的化學史的穿越之中特別有助于學生形成發(fā)展的觀點和思想，在分析對比、歸納提煉中提升了學生質(zhì)疑、反思、概括、綜合等多種思維品質(zhì)。（2）培養(yǎng)創(chuàng)新精神，增強社會責任感融入化工發(fā)展史的課堂教學將一些重要的技術(shù)原理的變革，通過問題的設(shè)置引導學生思考解決，是一個在思想上進行變革、創(chuàng)新的過程。我國化學工業(yè)中技術(shù)原理應用與改

13、革的一些典型案例與個人，強化了學生對創(chuàng)新、創(chuàng)造價值的認識。通過化工發(fā)展史，認識化學科學與技術(shù)進步和社會發(fā)展的關(guān)系，對培養(yǎng)學生的社會責任感和創(chuàng)新精神具有良好的效果。（3）培養(yǎng)技術(shù)意識，提高技術(shù)素養(yǎng)重理論、輕技術(shù)是多年來理科教學存在的一個弊端。目前培養(yǎng)學生的技術(shù)素養(yǎng)，滲透技術(shù)教育已成為共識，技術(shù)課程已成為學生的重要學習領(lǐng)域。滲透化工發(fā)展史的課堂教學是培養(yǎng)學生技術(shù)素養(yǎng)的一個良好途徑。化學原理在化工生產(chǎn)中的運用總是與一定的技術(shù)與工藝相聯(lián)系，如循環(huán)利用、逆流原理、熱交換器的使用等；原理的變革、產(chǎn)品質(zhì)量和效益的提升也總是與一定的工藝創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新密切相關(guān)。這能使學生切實感受到技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應用，體會到技術(shù)的獨特魅力，以培養(yǎng)學生的技術(shù)意識，形成一定的技術(shù)素養(yǎng)。2.2 融入化工發(fā)展史的課堂教學的適用性和教學中應注意的問題（1）適用性高中化學教材中有關(guān)化工原理與技術(shù)應用的內(nèi)容除硫酸工業(yè)外，還有其他不少內(nèi)容也具有相同的教學要求。如氯堿工業(yè)5、純堿工業(yè)、合成氨工業(yè)等，這些化工知識內(nèi)容的學習，也都可以沿用本案例硫酸工業(yè)中的教學設(shè)計流程，達到相同的教學效果?？偨Y(jié)本節(jié)課的設(shè)計思想，得出基于“化工發(fā)展史”的課堂教學基本授課流程如圖2。（2）應注意的問題融入“基礎(chǔ)化工發(fā)展史”的課堂教學中要注意設(shè)置合適的問題情境，引導學生探究思考歷史上曾經(jīng)沿用的技術(shù)方法的合理性與局限性，而不能以