“設(shè)計(jì)”一座硫酸廠教學(xué)設(shè)計(jì)-魯科版

課題“設(shè)計(jì)”一座硫酸廠(課時(shí))主備：呂廣友【教學(xué)目標(biāo)】知識技能：．知道工業(yè)上制硫酸的主要原料，能說出接觸法制硫酸有哪些主要生產(chǎn)階段，能運(yùn)用化學(xué)平衡原理分析二氧化硫催化氧化反應(yīng)的適宜條件，知道工業(yè)上用濃硫酸吸收三氧化硫的原因。．知道選擇硫酸廠廠址應(yīng)考慮哪些主要因素。．知道接觸法制硫酸廢氣處理的主要方法，能列舉廢渣綜合利用的途徑。過程與方法：．了解從理論研究成果到現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的過程。．學(xué)會將所學(xué)的知識應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活的方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀：．培養(yǎng)樹立合理利用自然資源、節(jié)約能源的觀點(diǎn)。．培養(yǎng)既要獨(dú)立思考，又要與人合作的能力。．認(rèn)識理論對實(shí)際的指導(dǎo)作用。【教學(xué)重點(diǎn)】與接觸法制硫酸有關(guān)的化工生產(chǎn)原理及設(shè)計(jì)硫酸廠時(shí)需要考慮的綜合經(jīng)濟(jì)效益問題?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】主要設(shè)備的構(gòu)造和物料流動的方式、有關(guān)的化工生產(chǎn)原理。【教學(xué)方法】啟發(fā)、誘導(dǎo)、設(shè)問、討論、講述、多媒體、角色扮演?！窘叹摺磕Ｐ?、多媒體課件、投影儀、錄音錄像資料等?！窘虒W(xué)過程】教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖引出課題，明確學(xué)習(xí)任務(wù)[導(dǎo)入]通過必修課的學(xué)習(xí)我們了解到硫酸是重要的化工原料，據(jù)國家發(fā)改委的統(tǒng)計(jì)，年我國硫酸的年產(chǎn)量已達(dá)到萬噸，但缺口依然很大，因此，建設(shè)大規(guī)模、低能耗的硫酸生產(chǎn)廠，前景極為可觀。我們今天的任務(wù)就是來“設(shè)計(jì)”一座硫酸廠。聆聽做好準(zhǔn)備激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)設(shè)課堂探討的情景，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)[過渡]工業(yè)生產(chǎn)源于工業(yè)設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)又源于實(shí)驗(yàn)室研究；設(shè)計(jì)一座化工廠，就是將有關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)和相關(guān)的化學(xué)原理應(yīng)用于實(shí)際，并綜合考慮能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益等實(shí)際因素的過程。下面請同學(xué)們觀察教材第頁接觸法制硫酸的實(shí)驗(yàn)裝置圖，并思考導(dǎo)學(xué)案上的對應(yīng)練習(xí)題觀察提高學(xué)生的觀察能力與動手能力了解實(shí)驗(yàn)室接觸法制硫酸的情況提出思考題：實(shí)驗(yàn)室制硫酸發(fā)生的主要反應(yīng)有哪些？→→→引出接觸法制硫酸的概念：轉(zhuǎn)化是在催化劑的表面上接觸時(shí)發(fā)生反應(yīng)的，因此得名。工業(yè)上也廣泛采用此法，首先要制。此實(shí)驗(yàn)裝置大致分為哪幾部分？分為五部分：制備；凈化；的催化氧化（三氧化二鉻）；吸收；尾氣吸收。制還可以選擇什么藥品？硫單質(zhì)及某些含低價(jià)硫元素的化合物被氧氣氧化。你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)一個(gè)制取硫酸的實(shí)驗(yàn)方案，需要考慮哪些問題？考慮實(shí)驗(yàn)原理及試劑，還要考慮實(shí)驗(yàn)儀器及連接順序?；S設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)有什么不同？設(shè)計(jì)硫酸廠應(yīng)從哪些方面入手？化工廠設(shè)計(jì)要選擇好原料路線和技術(shù)路線，還要考慮資源環(huán)境綜合利用以及經(jīng)濟(jì)效益等問題。設(shè)計(jì)硫酸廠要依據(jù)資源合理選擇原料，根據(jù)原理設(shè)計(jì)流程，購買設(shè)備，選好廠址，討論綜合利用以及經(jīng)濟(jì)效益等問題。思考問題討論交流回答相關(guān)問題聆聽激發(fā)學(xué)生共同參與“設(shè)計(jì)”一座硫酸廠完成以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到化工廠設(shè)計(jì)理念上轉(zhuǎn)變[過渡]下面我們就從選擇原料入手，理論上制備硫酸的原料有多種，方案也有多種；導(dǎo)學(xué)案上給出了四種方案，請大家討論哪個(gè)更適合我國工業(yè)生產(chǎn)硫酸？設(shè)想?yún)⑴c思想活動引起學(xué)生注意做好接受新知識準(zhǔn)備方案的選擇[過渡]()→()→→→()→→→()→→→第種不宜采用，因?yàn)樗怯卸練怏w。第種也不宜采用，因?yàn)樽匀唤缰袥]有現(xiàn)成的原料，易被氧化。學(xué)生得出結(jié)論第、種方案可行。感興趣一一舉例回答，根據(jù)硫元素價(jià)態(tài)分析選擇氧化劑、還原劑等為學(xué)習(xí)硫鐵礦、硫磺、石膏為原料制硫酸過程中的反應(yīng)做好知識儲備原料的選擇[演示圖片]自然界中的硫磺、硫鐵礦（分析硫元素的化合價(jià)），結(jié)合材料，我國生產(chǎn)硫酸主要以硫鐵礦為原料，選用的原料不同，生產(chǎn)工藝就不同；以硫鐵礦為原料需經(jīng)過二氧化硫爐氣的制造、二氧化硫的催化氧化、三氧化硫的吸收三個(gè)主要生產(chǎn)階段。觀看分析使學(xué)生更深切感受化工生產(chǎn)通常利用自然資源，同時(shí)感受自然界的魅力第一階段二氧化硫爐氣的制造請寫出該階段的主要化學(xué)反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：該階段的主要生產(chǎn)設(shè)備是什么？硫鐵礦焙燒前為什么要粉碎？爐氣為什么要凈化干燥？[回答]當(dāng)黃鐵礦在燃燒爐內(nèi)燃燒，從爐底通入強(qiáng)大的空氣流，在爐內(nèi)一定空間內(nèi)，把礦粒吹得劇烈翻騰，好像“沸騰著的液體”。因此，人們把這種燃燒爐叫做“沸騰爐”。礦石碎成細(xì)小的礦粒，是為了增大與空氣的接觸面積，通入強(qiáng)大的空氣流為使礦粒燃燒得更充分，從而提高原料的利用率。這里因?yàn)闋t氣中常含有很多雜質(zhì)，如，水蒸氣，還有砷、硒的化合物及礦塵等。這些雜質(zhì)有些是對生產(chǎn)不利的，如砷、硒的化合物，礦塵能夠使下一步氧化時(shí)的催化劑中毒，水蒸氣對設(shè)備也有不良影響，因此爐氣必須經(jīng)過凈化，干燥處理。[思考]若用燃燒硫磺制得爐氣，其成分有哪些？需凈化和干燥處理嗎？[答案]用硫磺為原料制得的爐氣成分主要有、、等，雜質(zhì)較少，不需處理。學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖第二階段二氧化硫的催化氧化凈化后的爐氣被送入接觸室。[投影或展示]接觸室模型[結(jié)合教具講解]接觸室采用了上下兩層催化劑，中部安裝熱交換器的結(jié)構(gòu)。[過渡]首先，我們來認(rèn)識一下熱交換器。[投影]一種熱交換器示意圖及介紹。熱交換器是化學(xué)工業(yè)里廣泛應(yīng)用的熱交換設(shè)備，它有多種形式。在多數(shù)熱交換器內(nèi)部，裝有許多平行的管道或蛇管，以擴(kuò)大傳熱面，提高熱交換效果。一種流體在管道內(nèi)流動，另一種流體在管道外流動。兩種流體通過管壁進(jìn)行熱交換，熱的流體得到冷卻，冷的流體得到加熱。右圖是一種常見的熱交換器。[設(shè)問]接觸室里為何要裝兩層催化劑？中間又為什么要放熱交換器？[師]這與轉(zhuǎn)化為的反應(yīng)條件有關(guān)。下面，我們就來探討一下轉(zhuǎn)化為的適宜條件。[討論]請你根據(jù)化學(xué)平衡的知識和表3-1-1和表的數(shù)據(jù)，為實(shí)際生產(chǎn)選擇該反應(yīng)的最佳條件：工業(yè)生產(chǎn)上采用的是釩催化劑。二氧化硫同氧氣在釩催化劑表面上接觸時(shí)發(fā)生反應(yīng)。[學(xué)生思考后回答]的氧化為一可逆反應(yīng)。根據(jù)勒夏特列原理，加壓、降溫有利于轉(zhuǎn)化率的提高。[問]對于工業(yè)生產(chǎn)來講，假如原料轉(zhuǎn)化率很高，但反應(yīng)速率卻很慢，這樣的生產(chǎn)有無意義呢？[學(xué)生各抒已見][小結(jié)]由大家剛才的發(fā)言較結(jié)合實(shí)際情況，可知溫度在的范圍內(nèi)比較合適，這是因?yàn)椋憾趸虻霓D(zhuǎn)論率在此溫度下已比較理想，且滿足催化劑的活性溫度（為），同時(shí)化學(xué)反應(yīng)的速率又不會太慢。綜合考慮以上因素，我們在實(shí)際生產(chǎn)中選定作為操作溫度。加壓雖然可以提高平衡轉(zhuǎn)化率，但加壓需要增加動力，經(jīng)濟(jì)上并不合算，一般工廠都采用常壓法生產(chǎn)。[設(shè)問]現(xiàn)在，誰能上來講一下接觸室中為什么要采用上、下兩層催化劑，并在其中夾有熱交換器呢？[學(xué)生講解]經(jīng)過凈化、干燥的爐氣，通過接觸室中部的熱交換器被預(yù)熱到，通過上層催化劑被第一次氧化，因?yàn)槎趸虻拇呋趸欠艧岱磻?yīng)，隨后反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)環(huán)境的溫度會不斷升高，這不利于三氧化硫的生成。接觸室中部安裝的熱交換器正是把反應(yīng)生成的熱傳遞給接觸室里需要預(yù)熱的爐氣，同時(shí)降低反應(yīng)后生成氣體的溫度，使之通過下層催化劑被第二次氧化。這是提高可逆反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的一種非常有效的方法。[過渡]二氧化硫在接觸室里經(jīng)催化氧化后，得到的氣體主要是、、以及未發(fā)生反應(yīng)的和。這時(shí)進(jìn)入硫酸生產(chǎn)的第三階段——成酸階段，即三氧化硫的吸收階段。記憶學(xué)生落實(shí)第三階段三氧化硫的吸收()()（）；[軟件演示]三氧化硫分別通入水，稀、的中。前兩者反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量白色酸霧，后者則無酸霧產(chǎn)生。[設(shè)問]工業(yè)上吸收制造硫酸，應(yīng)選用上述哪種物質(zhì)？試說明理由。[生]應(yīng)選用的濃硫酸的接觸面積，強(qiáng)化吸收過程，在吸收塔中，安裝大量耐酸瓷環(huán)，并采用了逆流的吸收方式，三氧化硫從塔底通入，的濃硫酸從塔頂噴下，硫酸吸收三氧化硫后，濃度增至，溫度升高。然后從塔底排出，經(jīng)冷卻、稀釋，即得成品。[軟件演示]三氧化硫在吸收塔中的吸收過程和硫酸的生成。[討論].從吸收塔里排出的尾氣有哪些成分，能直接排放到空氣中嗎？．尾氣應(yīng)如何處理？[學(xué)生回答，教師總結(jié)]從吸收塔排出的氣體主要有、、少量二氧化硫，若直接排放到空氣中，會造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)也會造成原料的浪費(fèi)。因此應(yīng)將上述氣體再次通入接觸室進(jìn)行二次氧化，然后進(jìn)一步吸收。也可用吸收以生產(chǎn)亞硫酸銨，或用堿吸收后，再通過加酸生產(chǎn)高濃度二氧化硫和硫酸銨。[過渡]下面，就請大家對生產(chǎn)硫酸的三個(gè)階段進(jìn)行一下歸納和總結(jié)。三個(gè)主要生產(chǎn)階段爐氣的制造的催化劑的吸收設(shè)備主要反應(yīng)生產(chǎn)中采取哪些措施提高經(jīng)濟(jì)效益學(xué)生觀看交流、研討、完成表格內(nèi)容交流匯報(bào)在有知識儲備條件下完成重點(diǎn)知識的學(xué)習(xí)，通過交流匯報(bào)，使自己學(xué)到的知識得到提升，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力。[過渡]原料路線解決了，設(shè)計(jì)硫酸廠的下一步工作該是廠址選在哪里？交流研討自學(xué)歸納回答訓(xùn)練學(xué)生歸納能力小結(jié)：這節(jié)課以選擇原料路線的任務(wù)學(xué)習(xí)了工業(yè)制硫酸的化學(xué)原理和工藝流程，理論上完成了從實(shí)驗(yàn)室到化工廠的轉(zhuǎn)變，一般設(shè)計(jì)的基本步驟是：（）從理論上提出方案；（）評價(jià)所提的方案的可行性；（）確定具體的方案；（）制作出項(xiàng)目計(jì)劃書。要求：、掌握接觸法制硫酸的原料、生產(chǎn)階段、生產(chǎn)設(shè)備及主要反應(yīng)方程式。、會分析選擇催化劑的條件。、知道工業(yè)上用濃吸收的原因作業(yè)：課后習(xí)題第，題落實(shí)學(xué)過知識，運(yùn)用學(xué)過知識，為下節(jié)課學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備她似一縷陽光，時(shí)時(shí)燃燒著愛的火焰，處處流淌著情的甘泉。面對一張張稚氣可愛的臉，自然地還以燦爛的笑容，面對一顆顆純真無瑕的心靈，真誠地給以陽光般的溫暖。雖然陽光不能灑遍每一個(gè)角落，潤澤每一顆成長中的幼苗，但愛孩子是教師的天職，因?yàn)樗齻兌脹]有愛就沒有教育，賞識、期待使她們的心中時(shí)刻升騰著愛的靈焰，情的靈光。教師就是在以一顆普通人的心靈，播撒愛的種子、培育愛的心靈的過程