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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：
4FeS2＋11O2 2Fe2O3＋8SO2
①强调“FeS2”的名称及色态。
②指出FeS2中硫的化合价为-1价。
③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
①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。
②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
①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。
②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]FeS2→SO2→SO3→H2SO4
[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 71～72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：①FeS2中硫元素为-1价；
②FeS2名称：二硫化亚铁；
③FeS2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
①除尘、除矿尘
②洗涤：除砷、硒等的化合物
③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72～73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（400～500℃），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：
SO3＋H2O==H2SO4
（3）尾气处理：氨水吸收
2NH3＋H2O＋SO2==（NH4）2SO3
NH2+H2O+SO2==NH4HSO3
（NH4）2SO3＋H2SO4==（NH4）2SO4＋SO2↑＋H2O
2NH4HSO3＋H2SO4==（NH4）2SO4＋2SO2↑＋2H2O
[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
FeS2→SO2→SO3→H2SO2
（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：
4FeS2＋11O2 2Fe2O3＋8SO2
（3）炉气净化：
①除尘：除矿尘
②洗涤：除砷、硒等的化合物
③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：
2SO2＋O2 2SO3
（3）热交换器作用：P73
3．三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：
SO3＋H2O==H2SO4
（3）尾气处理：氨水吸收。
2NH3＋H2O＋SO2==（NH4）2SO3
NH3＋H2O＋SO2==NH4HSO3
（NH4）2SO3＋H2SO4==（NH4）2SO2＋SO2↑＋H2O2
NH4HSO3＋H2SO4==（NH4）2SO4＋2SO2↑＋2H2O

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75～77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 6～7，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：pH＜5.6的降水
[讨论]4．酸雨是怎样形成的？用化学方程式表示。
[板演]SO3＋H2O==H2SO4
SO2＋H2O==H2SO3
2H2SO2＋O2==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5～6亿元，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]4FeS2＋11O2 2Fe2O2＋8SO2
4×120　　　　　　　　　　 8×64
500×90％×95％　　　　　 x

2×64　　　　　　　　　　　　　 2×80

SO3+H2O================================H2SO4
80　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 98

＝602.6（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]4FeS＋11O2 2Fe2O3+8SO2
2SO2+O2 2SO3
SO3+H2O==H2SO4
∴FeS2—2SO2—2SO3—2H2SO4
[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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2H2SO4
120t　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2×98t
500t×90％×95％×95％×85％×99.5％　　　　　　 x·98％
x=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x
FeS2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2H2SO4
120t　　　　　　　　　　　　　 2×98t
x·78％×94％×98％　　　　　 1×98％
x＝0.835t
[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x
S　　　　　 H2SO4　　　　　　　　　　　　 2NaOH
32g　　　　　　　　　　　 2mol
x　　　　　　　　　　　　 0.5mol/L×0.08L
x＝0.64g
ω（S）＝0.64g/1.6g＝40％
（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：pH＜5.6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+8SO2
2SO2+O2 2SO3
SO3+H2O==H2SO4
∴FeS2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2H2SO4
120t　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2×98t
500t×90％×95％×85％×99.5　　　　　　 x·98％
x=602.t
七、布置作业
　课本第77～78页，第1、2、3题。
八、参考资料