硫酸工業(yè) 第一節(jié) 接觸法制硫酸

“硫酸的工業(yè)制法——接觸法”教學(xué)設(shè)計(jì)

【教學(xué)目標(biāo)】

（1）能準(zhǔn)確表述接觸法制硫酸的三個重要階段、反應(yīng)原理及主要設(shè)備的名稱、構(gòu)造和作用。

（2）能說明黃鐵礦鍛燒前粉碎的原因，通入強(qiáng)大空氣流的目的、爐氣凈化的原因和方法。

（3）能說明熱交換器怎樣進(jìn)行熱交換，吸收塔怎樣吸收三氧化硫的。

（4）能解釋和說明加快和充分吸收三氧化硫的措施。

（5）能說出二氧化硫在大氣中的危害、酸雨的成因及大氣污染的主要來源。

（6） 能說出環(huán)境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增強(qiáng)環(huán)境意識作環(huán)境保護(hù)的宣傳者、行動者。

（7）能通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，說明工業(yè)生產(chǎn)中加快反應(yīng)，提高原料利用率，節(jié)約能源及環(huán)境保護(hù)的一些措施和方法。

（8）掌握多步反應(yīng)計(jì)算題的簡單解法即關(guān)系式法。

【教學(xué)重點(diǎn)】接觸法制硫酸的化學(xué)反應(yīng)原理，環(huán)境污染的危害及環(huán)境保護(hù)的重要性。

【教學(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)過程】

[投影]學(xué)習(xí)目標(biāo)即教學(xué)目標(biāo)

[敘述引入]同學(xué)們，我們初中學(xué)習(xí)過硫酸的知識，硫酸是化學(xué)工業(yè)中最重要的產(chǎn)品之一。它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和國防建設(shè)中，具有十分廣泛的用途。

[投影]硫酸可以用來制化肥，如磷肥、氮肥等。可以在金屬加工和金屬制品電鍍以前，除去金屬表面的氧化物膜，可以制取許多有實(shí)用價(jià)值的硫酸鹽，如硫酸銅、硫酸亞鐵等，還可用于精煉石油，制造炸藥、農(nóng)藥、染料等，實(shí)驗(yàn)室中常用作干燥劑。

[設(shè)疑引入]硫酸有那么多用途，工業(yè)上是如何生產(chǎn)的呢？請同學(xué)們根據(jù)所學(xué)過的硫及其氧化物知識，討論生產(chǎn)硫酸的原理。

[說明]許多同學(xué)想到用硫燃燒生成二氧化硫，這固然是一種方法，但根據(jù)我國資源情況，實(shí)際生產(chǎn)中通常用燃燒黃鐵礦的方法來制取二氧化硫，二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，是在接觸室內(nèi)進(jìn)行的，因此，稱為接觸法制硫酸。

[投影板書]課題、標(biāo)題及原理

[銜接過渡]接觸法制硫酸分三個階段，第一階段是二氧化硫的制取和凈化，第二階段是二氧化硫氧化成三氧化硫，第三階段是三氧化硫的吸收和硫酸的生成，我們看到一階段。

[投影板書]第一階段及反應(yīng)原理

[講述]分析講述黃鐵礦燃燒反應(yīng)的方程式，交代配平方法（奇偶法）

[出示模型]講解沸騰爐的構(gòu)造。

[動畫顯示]沸騰爐內(nèi)物料進(jìn)出方式

[投影]思考討論

1．焙燒黃鐵礦的爐子為什么叫沸騰爐？黃鐵礦為什么要粉碎？為什么通入強(qiáng)大的空氣流？燃燒黃鐵礦為什么不要多加燃料？

2．為什么通入接觸室的混全氣體必須凈化？怎樣凈化？凈化后氣體成分是什么？

[強(qiáng)調(diào)講述]黃鐵礦燃燒反應(yīng)是放熱的，故燃燒的黃鐵礦不需要多加燃料，擴(kuò)大反應(yīng)物的接觸面，通入強(qiáng)大的空氣流可以加快反應(yīng)，提高原料利用率，這種方法常用于工業(yè)生產(chǎn)中。

[銜接過渡]被凈化后的爐氣主要成分是二氧化硫、氧氣和氮?dú)猓�常溫下較難轉(zhuǎn)化為三氧化硫，加熱到400~500℃，在催化劑的作用下，能較快地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，請寫出反應(yīng)方程式，說明反應(yīng)特點(diǎn)。

[投影板書]第二階段及有關(guān)反應(yīng)原理

[反饋矯正]根據(jù)學(xué)生討論情況，說明書寫方程式，注意事項(xiàng)，交代清楚反應(yīng)的特點(diǎn)，說明高溫和使用催化劑可以加快反應(yīng)，縮短生產(chǎn)時間，提高效率。

 

[動畫顯示]氣體流向。

[投影]填空

3．接觸室中熱交換氣的作用是_______________________________________________

4．從接觸室出來的氣體成分是_________，原因是_____________________________

[強(qiáng)調(diào)講述]熱交換氣中冷熱氣體的流向是相反的，冷的氣體（SO₂、O₂、N₂）被預(yù)熱，而熱的氣體（SO₃、 SO₂、O₂、N₂）被冷卻，這種方式能夠節(jié)約能源，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用。

二氧化硫與氧氣生成三氧化硫的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，因此從接觸室出來的氣體為三氧化硫、二氧化硫、氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚狻?o:p>

[銜接過渡]從接觸室內(nèi)出來的混合氣體，通入吸收塔內(nèi)，三氧化硫被吸收轉(zhuǎn)化為硫酸，該階段稱為三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

[投影板書]第三階段及反應(yīng)原理

[投影]5．吸收三氧化硫?yàn)槭裁床挥盟�和稀硫酸而�?8.3%的濃硫酸？濃硫酸為什么必須從塔頂噴下？

[講解]三氧化硫與水反應(yīng)，放出大量的熱，用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸霧，酸霧的形成不利于氣體三氧化硫被進(jìn)一步吸收，吸收速度慢，且吸收不完全，98.3%的濃硫酸從塔頂淋下，氣體由下往上，流向相反，充分接觸，吸收更完全，由此看來工業(yè)生產(chǎn)上特別重視生產(chǎn)的速度及原料的利用率。

[出示模型]講解吸收塔構(gòu)造。

[動畫顯示]三氧化硫的吸收過程。

[總結(jié)歸納、動畫顯示]設(shè)備流程、生產(chǎn)流程。

[投影]6．接觸法制硫酸分幾個階段？有幾個重要反應(yīng)？幾種典型設(shè)備？幾種凈化方式？幾個地方運(yùn)用逆流原理？幾個地方采用了加快反應(yīng)的措施？幾個地方采用了充分利用原料的措施？

[歸納講述]同學(xué)們，我們通過接觸法制硫酸的學(xué)習(xí)，了解了工業(yè)制硫酸的原理，但這還是不夠的，工業(yè)生產(chǎn)中還有很多問題要處理，例如，如何提高原料的利用率，如何加快反應(yīng)的進(jìn)程，如何節(jié)約能源降低成本，如何保護(hù)環(huán)境，防止污染等等，這些都是工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問題，應(yīng)該引起同學(xué)們的注意。

[投影]練習(xí)題：燃燒1噸含二硫化亞鐵90%的黃鐵礦，在理論上能生產(chǎn)多噸98%的硫酸（設(shè)有1.5%的硫留在爐渣里）？

[試題分析]本題考查化學(xué)運(yùn)算技能，同學(xué)們常用的方法是分步計(jì)算法，根據(jù)方程式先求出二氧化亞鐵的質(zhì)量，再求二氧化硫和三氧化硫的質(zhì)量，最后求出硫酸的質(zhì)量，但這種方法要求的量太多、太麻煩，題目中只要求求出硫酸的質(zhì)量，因此可以直接找到起始物質(zhì)與最終產(chǎn)物硫酸的關(guān)系式求解。

解析：由工業(yè)生產(chǎn)硫酸的反應(yīng)方程式可得下列關(guān)系式：

設(shè)：能生成98%的硫酸x噸

         FeS₂  →  2SO₂ →  2SO₃ → 2H₂SO₄

         120                                         2×98

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

                           

              

             x=1.478

這種計(jì)算方法叫關(guān)系式法，即根據(jù)多個有聯(lián)系的方程式計(jì)算時，可以依據(jù)方程式式找到各物質(zhì)之間量的關(guān)系式，直接計(jì)算求解。

[設(shè)疑過渡]從吸收塔出來的氣體叫尾氣，其成分是什么？能否直接排入大氣？另外，黃鐵礦燃燒后的礦渣能否棄置，這是我們研究的另一重點(diǎn)內(nèi)容，即環(huán)境保護(hù)。

[分析講述]礦渣棄置堆放既占地又污染環(huán)境，還會造成資源的浪費(fèi)，礦渣的主要成分是三氧化二鐵，可以用來煉鐵，變廢為寶，吸收塔出來的氣體是氧氣、氮?dú)夂蜕倭康亩�氧化硫，直接排入大氣會造成環(huán)境污染，必需凈化處理，通常用堿液吸收。

[設(shè)疑深入]二氧化硫污染環(huán)境到底會造成什么樣的危害呢？

[投影]7．二氧化硫?qū)Νh(huán)境造成什么危害？酸雨怎樣形成的？有何危害？大氣污染的主要來源是什么？如何消除大氣污染？

8．環(huán)境污染分為哪幾類？工業(yè)三廢包含哪幾方面？防止和消除環(huán)境污染的根本途徑是什么？

[投影]環(huán)境污染的分類

           環(huán)境污染

                     大氣

                     水                                   工業(yè)三廢（廢氣、廢水、廢渣）

                    土壤                                農(nóng)藥、化肥及生活用品

                    食品                                自然資源的不合理開發(fā)利用

                    ……

[播音]錄音資料1：環(huán)境污染的危害

          錄音資料2：環(huán)境政策

          錄音資料3：環(huán)境的治理及保護(hù)

[播放] 錄像資料1：環(huán)境污染的危害

           錄像資料2：環(huán)境的治理及保護(hù)

[強(qiáng)調(diào)指出]我們每位同學(xué)都要做環(huán)境的堅(jiān)定保護(hù)者，從我做起，從小事做起，從現(xiàn)在做起，注意環(huán)境保護(hù)的宣傳，堅(jiān)信，環(huán)境問題必將隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而得到人類有效的解決，那時，祖國的天空會更藍(lán)，河流會更清。

[布置作業(yè)]書面作業(yè)：1．教材78頁數(shù)題

                   2．教材87頁3題

                    課外作業(yè)：調(diào)查我們周圍的環(huán)境污染狀況

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