硫酸的工业制法—接触法.doc

硫酸的工业制法接触法一、素质教育目标（一）知识教学点1初步掌握接触法制硫酸的化学反应原理。2了解接触法制硫酸的生产过程及典型设备。3认识环境保护的重要性，了解防止环境污染的初步知识。4初步掌握多步反应的计算规律。（二）能力训练点1培养学生自学能力、语言表达能力和总结归纳知识的能力。2培养学生化学计算的技能。（三）德育渗透点1通过多媒体教学，培养学生学习工业化学的兴趣。2通过设置问题，激发学生探索新知识的欲望，培养学生的进取精神。3培养学生实事求是，具体问题具体分析的科学品质。4对学生进行环境保护的教育。二、教学重点、难点、疑点及解决办法1重点（1）接触法制硫酸的化学反应原理。（2）多步反应的计算方法。2难点工业生产中的多步化学反应计算。3疑点（1）吸收SO3为什么不用水，而用98.3%的浓硫酸？（2）在工业生产中为什么可将中间产物的损失率看成是原料的损失率呢？4解决办法（1）重点的解决办法在接触法制硫酸的化学反应原理中，重点之重点是制取二氧化硫的反应原理：4FeS211O2 2Fe2O38SO2强调“FeS2”的名称及色态。指出FeS2中硫的化合价为-1价。从氧化还原角度全面分析上述反应（谁被氧、被还原？谁是氧化剂、还原剂？谁是氧化产物，还原产物？标出电子转移方向及总数）。（2）难点的解决办法搞清计算中涉及到的转化率、利用率、产率、损失率、纯度等概念并正确处理它们之间的关系。根据元素的守恒原则或多步反应的化学方程式，推导出起始原料与最终产物之间的定量关系式。（3）疑点的解决办法计算机模拟工业生产中分别用98.3的浓硫酸和水来吸收SO3的不同情景，形象、具体地说明了用水做吸收剂时，易形成酸雾，减慢吸收速度，不利于SO3的吸收，所以工业上是采用98.3的浓硫酸来吸收SO3的。通过分步计算，推导验证中间产物的损失率=原料的损失率。三、课时安排2课时。四、教具准备计算机、大屏幕实物投影仪、教鞭、自制教学软件。五、学生活动设计1指导学生阅读课，组织学生讨问题，帮助学生对知识进行归纳、总结。2通过软件演示，指导学生观察接触法制硫酸的主要设备和生产过程。3进行多步计算教学时，先让学生分步计算，然后组织学生充分讨论，最后归纳出简便的解法。六、教学步骤第一课时（一）明确目标1知识目标（1）初步掌握接触法制硫酸的化学反应原理。（2）了解接触法制硫酸的生产过程及典型设备。2能力目标（1）培养学生自学能力和观察能力。（2）培养学生语言表达能力和总结归纳知识的能力。3德育目标（1）通过多媒体教学，培养学生学习工业化学的兴趣的情感。（2）通过问题讨论，激发学生探索新知识的欲望，培养学生的进取精神。（3）培养学生实事求是，具体问题具体分析的科学品质。（二）重点、难点的学习与目标完成过程引入硫酸是化学工业中最重要的产品之一，硫酸的年产量常常是衡量一个国家化工生产能力的重要指标，它在工农业和国防中有其广泛的用途，今天我们来学习硫酸的工业制法接触法。下面先来学习接触法制硫酸的化学反应原理和生产过程。板书第三节硫酸的工业制接触法一、接触法制造硫酸的反应原理和生产过程（一）反应原理讨论要制得硫酸，一般需要先制哪种物质？回答三氧化硫。因为三氧化硫与水反应生成硫酸。讨论要制得三氧化硫，先要制得哪种物质？回答二氧化硫。因为二氧化硫跟氧气反应，可制得三氧化硫。讨论二氧化硫可用什么方法制取呢？回答用硫黄燃烧制取二氧化硫。讲述这固然是一种方法，但我国硫黄资源不如硫铁矿资源丰富，我们通常用燃烧硫铁矿的方法来制取二氧化硫。板书FeS2SO2SO3H2SO4过渡根据制造硫酸的反应原理，可把其生产过程分为三个阶段。第一个阶段是二氧化硫的制取和净化。板书（二）生产过程1二氧化硫的制取和净化指导阅读课本第 7172页。设问燃烧黄铁矿的设备叫什么？回答沸腾炉。追问为什么把这一设备称做沸腾炉呢？软件演示黄铁矿在沸腾炉里燃烧。指导学生观察沸腾炉的构造和原料进入的部位。讲述生产上利用逆流的原理，将粉碎好的黄铁矿的细小矿粒从上至下倒入炉内，而强大的空气流从下至上通入，因此把炉内的矿粒吹的剧烈翻腾，如像沸腾着的液体一样，所以人们把这种炉子称做沸腾炉。讨论1为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？回答矿粒细小，跟空气接触面大，燃烧充分，燃烧快。讨论2为什么要从炉底通入强大空气流而使矿粒呈沸腾状态？回答使矿粒与空气接触更充分，烧烧快，反应完全，提高了原料的利用率。讨论3从沸腾炉里出来的炉气为什么要净化？回答防止催化剂中毒；防止对设备和生产的不利影响。讨论4什么叫催化剂中毒？回答使催化剂作用减弱或失去作用的这种现象叫催化剂中毒。讨论5对炉气进行净化通常需用哪些措施？净化后的气体主要成份是什么？回答净化措施：除尘、洗涤和干燥。净化后的气体：SO2、O2、N2。过渡对以上讨论结果进行归纳总结，掌握以下重点内容。板书（1）主要设备：沸腾炉（2）主要反应：4FeS2+11O2 2FeO3+8SO2强调：FeS2中硫元素为-1价；FeS2名称：二硫化亚铁；FeS2是一种不溶于水的黑色固体。提问1上述反应谁被氧化，被还原？几种元素氧化几种元素？几种元素还原几种元素？回答2价的铁元素和-1价的硫元素被氧化，0价的氧元素被还原；一种元素氧化两种元素，两种元素还原一种元素。提问2谁是氧化剂、还原剂？谁是氧化产物、还原产物？回答O2是氧化剂，FeS2是还原剂，Fe2O3和SO2是氧化产物，又是还原产物。提问3标出电子转移的方向和总数， 1molS转移多少摩电子？ 1mol Fe转移多少摩电子？ 1mol FeS2转移11 mol电子。板书（3）炉气净化：三净化除尘、除矿尘洗涤：除砷、硒等的化合物干燥：除水蒸气设问净化后的炉气将进入哪一个生产阶段呢？板书2二氧化硫氧化成三氧化硫指导阅读课本第7273页。讨论1二氧化硫在什么条件下才能氧化成三氧化硫？回答一定温度（400500），适当催化剂（V2O5）。讨论2二氧化硫氧化成三氧化硫的反应是在什么设备中进行的？回答接触室。讨论3在接触室里装有热交换器，它的作用是什么？回答用来把反应时生成的热，传递给进入接触室的需要预热的混合气体，并冷却反应后生成的气体。软件演示1接触室中二氧化硫和氧气的运动及转化。2热交换器的工作原理指导学生观察接触室和热交换器的内部构造以及SO2和O2在接触室里运动及转化的情况。讲述通过软件演示我们观察到在接触室中装有一定数目的隔板，隔板上装有催化剂V2O5，而在每两层隔板之间是由许多平行管道组成的热交换器。经过净化的SO2和O2进入接触室后，在管道的空隙间运动，当被加热到一定温度并与催化剂接触，生成的SO3顺着管道流出，因SO2氧化成SO3的反应是一个放热反应，所以在管道内流动的是热气体，在管道外流动的是冷气体，二者在管壁进行热交换，使得管内的SO3气体得到冷却，管外流动的SO2和O2受到预热，这样就不需要外界给反应物始终加热，而是利用反应自身放出的热量使反应发生，可节省能源。板书（1）主要设备：接触室。提问为什么叫接触室？回答因SO2被氧化成SO3，是与催化剂接触后才完成的，所以称为接触室。板书（2）主要反应2SO2+O2 2SO3提问上述反应有何特点？从接触室里出来的气体主要含有哪些物质？回答是一个放热的可逆反应，从接触室里出来气体含有SO3、SO2、N2和O2。板书（3）热交换器作用：第73页过渡从接触室出来的气体将进入哪一个阶段？板书3三氧化硫的吸收和硫酸的生成指导阅读课本第74页讨论1工业上用什么物质吸收三氧化硫制取硫酸？回答用98.3的浓硫酸吸收三氧化硫。讨论2为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫呢？回答SO3与H2O化合时，放出大量热，如用H2O或稀H2SO4做吸收剂时，易形成酸雾，吸收速度减慢，不利于SO3的吸收。软件演示分别用水和98.3的浓硫酸吸收三氧化硫。观察是否有白色酸雾产生。讨论3硫酸厂用什么设备来吸收三氧化硫？回答吸收塔。讨论4硫酸厂的尾气未经处理能否直接排入大气？回答不能，尾气中含有二氧化硫，直接排放会造成环境污染。板书（1）主要设备：吸收塔（2）主要反应：SO3H2O=H2SO4（3）尾气处理：氨水吸收2NH3H2OSO2=（NH4）2SO3NH2+H2O+SO2=NH4HSO3（NH4）2SO3H2SO4=（NH4）2SO4SO2H2O2NH4HSO3H2SO4=（NH4）2SO42SO22H2O讲述用氨水吸收尾气既防止了二氧化硫污染空气，又使得二氧化硫被充分的回收利用，而硫酸铵可作为化学肥料。（三）总结与扩展接触法制硫酸可以概括为：三阶段、三方程、三设备、三净化。本课时应重点掌握接触法制硫酸的化学反应原理，了解其生产过程及典型设备。（四）板书设计硫酸的工业制法接触法一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程（一）反应原理FeS2SO2SO3H2SO2（二）生产过程1二氧化硫的制取和净化（1）主要设备：沸腾炉。（2）主要反应：4FeS211O2 2Fe2O38SO2（3）炉气净化：除尘：除矿尘洗涤：除砷、硒等的化合物干燥：除水蒸气2二氧化硫氧化成三氧化硫（1）主要设备：接触室。（2）主要反应：2SO2O2 2SO3（3）热交换器作用：P733三氧化硫的吸收和硫酸的生成（1）主要设备：吸收塔。（2）主要反应：SO3H2O=H2SO4（3）尾气处理：氨水吸收。2NH3H2OSO2=（NH4）2SO3NH3H2OSO2=NH4HSO3（NH4）2SO3H2SO4=（NH4）2SO2SO2H2O2NH4HSO3H2SO4=（NH4）2SO42SO22H2O第二课时（一）明确目标1知识目标（1）了解环境保护的初步知识（2）初步掌握多步反应的计算规律2能力目标（1）培养学生自学能力和总结概括知识的能力。（2）培养学生化学计算的技能。3德育目标（1）通过问题讨论，培养学生勇于探索的精神品质（2）对学生进行环境保护的教育。（二）重点、难点的学习与目标完成过程引入人类在漫长的历史进程中不断改造自然、征服自然，使生活和劳动的条件得到改善，同时也带来对环境不同程度的污染和破坏，被破坏了的环境反过来又影响人类的生产和生活，并直接威胁着人类的健康和生存，所以保护环境就是保护人类自身，今天我们学习有关环境保护的知识。板书二、环境保护指导阅读课本第7577页讨论1环境污染包括哪些污染？回答包括：大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等。此外，还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。过渡下面我们重点研究大气污染的原因、危害和防治措施。板书1环境污染（1）大气污染讲述硫酸厂尾气排出的二氧化硫，燃料不完全燃烧和汽车尾气的排放，石油裂解等过程产生的一氧化碳和碳氢化合物，硝酸、硝酸盐、氮肥等工厂排放的氮的氧化物等等造成大气污染。讨论2大气污染物包括哪些？回答包括：二氧化硫、碳的氧化物、氮的氧化物、碳氢化合物、粉尘、煤烟等。讨论3为什么说二氧化硫是大气的主要污染物？回答使人发生呼吸道疾病，甚至死亡；会使植物枯死；导致酸雨的形成。讨论3什么是酸雨？回答降水时，硫的氧化物以及所形成的硫酸和硫酸盐随雨雾降到地面，形成所谓的“酸雨”。讲述正常情况下，由于空气中二氧化碳不断溶解在水中，其pH值约为 67，略呈酸性，而如果空气中其他的酸性气体较多，也溶于水的话，那么降水的pH值就会明显减小，科学界把pH值5.6作为临界值，pH值低于5.6的酸性降水便被称为酸雨。板书（2）酸雨：pH5.6的降水讨论4酸雨是怎样形成的？用化学方程式表示。板演SO3H2O=H2SO4SO2H2O=H2SO32H2SO2O2=2H2SO4讨论5酸雨有哪些危害？回答可使湖泊水质酸化，毒害鱼类和其它水生生物；使土壤酸化，破坏农田、损害农作物、森林；酸雨还会腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。讲述自从本世纪50年代北美和西欧发现酸雨以后，酸雨的影响范围正在不断扩大。酸雨的受害者首当其中的要推湖泊。酸雨使湖水酸度增加，被极度酸化的湖水，粗看上去清彻透明、碧纯可爱，细看则既无游鱼又无浮萍，一片死寂，似“水中坟墓”。据报道酸雨已经使挪威和瑞典的4万多个湖泊中的鱼死亡。美国纽约州的阿第伦达山区，有217个过去盛产鲑鱼、鲈鱼的湖泊已成了无鱼的“死湖”。酸雨还会使森林退化、土壤酸度增加。在德国、捷克、波兰不断有森林受到了损害的报导传来，一些学者不无忧虑地指出：“经营了数百年的森林成果看来将在今后几年内丧失，森林正在快速地在中欧消失。”在酸雨存在的地区，棉花、小麦和豌豆等农作物明显减产。在我国，酸雨的危害，也日益加剧。被视为世界三大酸雨之一的重庆市，每年因酸雨造成的经济损失高达56亿元，在重庆南山风景区，马尾松成片死亡，松针、叶尖枯黄脱落，森林死亡面积已达800多公倾。在酸雨的侵蚀下，重庆嘉陵江大桥的钢梁必须每年除锈油漆一次，每年花维修费用比南京长江大桥多得多，而其长度仅为南京长江大桥的1/4；重庆城区的电线平均10年就要更换线材；重庆电视塔建成后仅三年就锈迹斑驳。因酸雨造成的物种退化、名胜古迹受损，对人体和物种生存的潜在影响，更是无法用价值来估量。讨论6大气中二氧化硫的来源？回答来源于煤和石油的燃烧、金属矿石的冶炼等。讨论7防冶大气污染的主要方法？回答减少废气的排放；将废气进行回收净化。讨论8水和土壤污染的来源？回答工业生产排放的废水；城市生活污水；流入江河的农药、化肥；城市垃圾和工业废碴。讨论9食品污染的来源？回答粮食、蔬菜、肉类、鱼类、蛋类、奶类、油类、酱类、酒类等食物中混入某些有毒有害物质或病菌。讨论10治理环境污染的主要措施有哪些？回答控制废物的排放；将废物回收利用。板书2环境污染的治理讲述环境污染危害着人类的生存与健康，但环境污染不是不可征服的，只要我们认真对待，加强环保意识，采取有效措施，就能不断地预防和消除环境污染，变废为宝，为人类创造出一个美好的劳动和生活环境。过渡下面讨论有关工业生产中的多步计算问题。板书三、多步化学反应的计算投影例：工业上用接触法制取硫酸，加入含FeS290的硫铁矿500t，煅烧时损失5的硫，二氧化硫转化为三氧化硫时损失15的二氧化硫，三氧化硫被水吸收时又损失0.5，求这些硫铁矿能制得98的硫酸多少吨？讲述解这类计算题时，首先应搞清题目中涉及到的转化率、损失率、利用率、产率、纯度等概念。原料的转化率=原料利用率=1-原料的损失率设问解题思路是什么？回答依据所发生的化学反应，分步求解投影4FeS211O2 2Fe2O28SO24120 8645009095 x264 280SO3+H2O=H2SO480 98602.6（t）设问分步计算，过程繁琐，易出现错误，有无简便做法？回答可依据多步反应的化学方程式，推导出起始原料与最终产物的定量关系式，然后依关系式求解。板书4FeS11O2 2Fe2O3+8SO22SO2+O2 2SO3SO3+H2O=H2SO4FeS22SO22SO32H2SO4讲述要注意的是题目中给出的是生产过程中损失的S、SO2、SO3而不是FeS2的损失率，但由于每种化合物都有固定组成，所以在化学反应中，当化合物有损失时，则组成该化合物的各元素也随之损失，且化合物的损失率等于组成中各元素的损失率，反之化合物中各元素的损失率也就是该化合物的损失率。因此无论是SO2还是SO3的损失率都可看成是硫元素的损失率，依据质量守恒定律，各项硫元素的损失均可归于原料黄铁矿的硫元素上。板书设可制得98的硫酸x吨FeS2 2H2SO4120t 298t500t9095958599.5 x98x=602.6t投影课堂练习1用含FeS2 78的黄铁矿制硫酸，煅烧时损失6的硫，在接触氧化时又损失2的硫，求制取1吨98的浓H2SO4需此黄铁矿多少吨？板演设需此黄铁矿的质量为xFeS2 2H2SO4120t 298tx789498 198x0.835t投影课堂练习2在氧气中灼烧1.6g铁和硫组成的化合物，使其中的硫全部转化为SO2气体，这些SO2全部转变为H2SO4，这些H2SO4正好用80mL 0.5mol/L的NaOH溶液中和，求原化合物中硫的质量分数。板演解：原化合物中硫元素的质量为xS H2SO4 2NaOH32g 2molx 0.5mol/L0.08Lx0.64g（S）0.64g/1.6g40（三）总结与扩展多步反应计算的解题规律及注意事项：1解题规律依据多步反应的化学方程式或元素的守恒原则，推导出起始原料与最终产物之间的定量关系式，一步求解。2解题注意（1）如所给反应物或生成物是不纯量，应先折算为纯量再进行计算。（2）给出某元素或某物的损失率，应先换算成转化率再进行计算。转化率=1-损失率。（3）某一化合物中元素的损失率=该化合物的损失率；中间产物的损失率=原料的损失率。（四）板书设计二、环境保护1环境污染（1）大气污染：（2）酸雨：pH5.6的降水2环境污染的治理三、多步化学反应的计算解：设可制得98的硫酸x吨4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO22SO2+O2 2SO3SO3+H2O=H2SO4FeS2 2H2SO4120t 298t500t90958599.5 x98x=602.t七、布置作业课本第7778页，第1、2、3题。八、参考资料