“設計”一座硫酸廠教學設計-魯科版

課題“設計”一座硫酸廠(課時)主備：呂廣友【教學目標】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階段，能運用化學平衡原理分析二氧化硫催化氧化反應的適宜條件，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)實生產的過程。．學會將所學的知識應用于實際生產生活的方法。情感態(tài)度與價值觀：．培養(yǎng)樹立合理利用自然資源、節(jié)約能源的觀點。．培養(yǎng)既要獨立思考，又要與人合作的能力。．認識理論對實際的指導作用?！窘虒W重點】與接觸法制硫酸有關的化工生產原理及設計硫酸廠時需要考慮的綜合經濟效益問題?！窘虒W難點】主要設備的構造和物料流動的方式、有關的化工生產原理。【教學方法】啟發(fā)、誘導、設問、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過程】教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖引出課題，明確學習任務[導入]通過必修課的學習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，年我國硫酸的年產量已達到萬噸，但缺口依然很大，因此，建設大規(guī)模、低能耗的硫酸生產廠，前景極為可觀。我們今天的任務就是來“設計”一座硫酸廠。聆聽做好準備激發(fā)學生學習興趣，創(chuàng)設課堂探討的情景，明確學習目標[過渡]工業(yè)生產源于工業(yè)設計，而設計又源于實驗室研究；設計一座化工廠，就是將有關物質的性質和相關的化學原理應用于實際，并綜合考慮能源、環(huán)境、經濟效益等實際因素的過程。下面請同學們觀察教材第頁接觸法制硫酸的實驗裝置圖，并思考導學案上的對應練習題觀察提高學生的觀察能力與動手能力了解實驗室接觸法制硫酸的情況提出思考題：實驗室制硫酸發(fā)生的主要反應有哪些？→→→引出接觸法制硫酸的概念：轉化是在催化劑的表面上接觸時發(fā)生反應的，因此得名。工業(yè)上也廣泛采用此法，首先要制。此實驗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？硫單質及某些含低價硫元素的化合物被氧氣氧化。你認為在實驗室中設計一個制取硫酸的實驗方案，需要考慮哪些問題？考慮實驗原理及試劑，還要考慮實驗儀器及連接順序?；S設計與實驗室實驗有什么不同？設計硫酸廠應從哪些方面入手？化工廠設計要選擇好原料路線和技術路線，還要考慮資源環(huán)境綜合利用以及經濟效益等問題。設計硫酸廠要依據(jù)資源合理選擇原料，根據(jù)原理設計流程，購買設備，選好廠址，討論綜合利用以及經濟效益等問題。思考問題討論交流回答相關問題聆聽激發(fā)學生共同參與“設計”一座硫酸廠完成以實驗設計到化工廠設計理念上轉變[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；導學案上給出了四種方案，請大家討論哪個更適合我國工業(yè)生產硫酸？設想?yún)⑴c思想活動引起學生注意做好接受新知識準備方案的選擇[過渡]()→()→→→()→→→()→→→第種不宜采用，因為它是有毒氣體。第種也不宜采用，因為自然界中沒有現(xiàn)成的原料，易被氧化。學生得出結論第、種方案可行。感興趣一一舉例回答，根據(jù)硫元素價態(tài)分析選擇氧化劑、還原劑等為學習硫鐵礦、硫磺、石膏為原料制硫酸過程中的反應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），結合材料，我國生產硫酸主要以硫鐵礦為原料，選用的原料不同，生產工藝就不同；以硫鐵礦為原料需經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主要生產階段。觀看分析使學生更深切感受化工生產通常利用自然資源，同時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反應的熱化學反應方程式：該階段的主要生產設備是什么？硫鐵礦焙燒前為什么要粉碎？爐氣為什么要凈化干燥？[回答]當黃鐵礦在燃燒爐內燃燒，從爐底通入強大的空氣流，在爐內一定空間內，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”。礦石碎成細小的礦粒，是為了增大與空氣的接觸面積，通入強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。這里因為爐氣中常含有很多雜質，如，水蒸氣，還有砷、硒的化合物及礦塵等。這些雜質有些是對生產不利的，如砷、硒的化合物，礦塵能夠使下一步氧化時的催化劑中毒，水蒸氣對設備也有不良影響，因此爐氣必須經過凈化，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，雜質較少，不需處理。學生活動設計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構。[過渡]首先，我們來認識一下熱交換器。[投影]一種熱交換器示意圖及介紹。熱交換器是化學工業(yè)里廣泛應用的熱交換設備，它有多種形式。在多數(shù)熱交換器內部，裝有許多平行的管道或蛇管，以擴大傳熱面，提高熱交換效果。一種流體在管道內流動，另一種流體在管道外流動。兩種流體通過管壁進行熱交換，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]這與轉化為的反應條件有關。下面，我們就來探討一下轉化為的適宜條件。[討論]請你根據(jù)化學平衡的知識和表3-1-1和表的數(shù)據(jù)，為實際生產選擇該反應的最佳條件：工業(yè)生產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發(fā)生反應。[學生思考后回答]的氧化為一可逆反應。根據(jù)勒夏特列原理，加壓、降溫有利于轉化率的提高。[問]對于工業(yè)生產來講，假如原料轉化率很高，但反應速率卻很慢，這樣的生產有無意義呢？[學生各抒已見][小結]由大家剛才的發(fā)言較結合實際情況，可知溫度在的范圍內比較合適，這是因為：二氧化硫的轉論率在此溫度下已比較理想，且滿足催化劑的活性溫度（為），同時化學反應的速率又不會太慢。綜合考慮以上因素，我們在實際生產中選定作為操作溫度。加壓雖然可以提高平衡轉化率，但加壓需要增加動力，經濟上并不合算，一般工廠都采用常壓法生產。[設問]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？[學生講解]經過凈化、干燥的爐氣，通過接觸室中部的熱交換器被預熱到，通過上層催化劑被第一次氧化，因為二氧化硫的催化氧化是放熱反應，隨后反應的進行，反應環(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生成的熱傳遞給接觸室里需要預熱的爐氣，同時降低反應后生成氣體的溫度，使之通過下層催化劑被第二次氧化。這是提高可逆反應轉化率的一種非常有效的方法。[過渡]二氧化硫在接觸室里經催化氧化后，得到的氣體主要是、、以及未發(fā)生反應的和。這時進入硫酸生產的第三階段——成酸階段，即三氧化硫的吸收階段。記憶學生落實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。前兩者反應劇烈，產生大量白色酸霧，后者則無酸霧產生。[設問]工業(yè)上吸收制造硫酸，應選用上述哪種物質？試說明理由。[生]應選用的濃硫酸的接觸面積，強化吸收過程，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？．尾氣應如何處理？[學生回答，教師總結]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，會造成嚴重的污染，同時也會造成原料的浪費。因此應將上述氣體再次通入接觸室進行二次氧化，然后進一步吸收。也可用吸收以生產亞硫酸銨，或用堿吸收后，再通過加酸生產高濃度二氧化硫和硫酸銨。[過渡]下面，就請大家對生產硫酸的三個階段進行一下歸納和總結。三個主要生產階段爐氣的制造的催化劑的吸收設備主要反應生產中采取哪些措施提高經濟效益學生觀看交流、研討、完成表格內容交流匯報在有知識儲備條件下完成重點知識的學習，通過交流匯報，使自己學到的知識得到提升，培養(yǎng)學生自主探究能力。[過渡]原料路線解決了，設計硫酸廠的下一步工作該是廠址選在哪里？交流研討自學歸納回答訓練學生歸納能力小結：這節(jié)課以選擇原料路線的任務學習了工業(yè)制硫酸的化學原理和工藝流程，理論上完成了從實驗室到化工廠的轉變，一般設計的基本步驟是：（）從理論上提出方案；（）評價所提的方案的可行性；（）確定具體的方案；（）制作出項目計劃書。要求：、掌握接觸法制硫酸的原料、生產階段、生產設備及主要反應方程式。、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)：課后習題第，題落實學過知識，運用學過知識，為下節(jié)課學習做好準備她似一縷陽光，時時燃燒著愛的火焰，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角落，潤澤每一顆成長中的幼苗，但愛孩子是教師的天職，因為她們懂得沒有愛就沒有教育，賞識、期待使她們的心中時刻升騰著愛的靈焰，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