生产中原料的选择教学设计与反思

课题1 化工生产过程中的基本问题

教学目标：

知识与技能：

1.以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。

2.初步掌握接触法制硫酸的化学反应原理，了解其生产过程和典型设备。

过程与方法：

1.了解从理论原理到现实生产的过程。

2.学会将所学的知识应用于实际生产。

情感态度与价值观：

1.树立合理利用自然资源、节约能源的观点，激发学习工业化学的兴趣，培养创新精神。

2.培养学生既会独立思考，又有团队精神。

教材分析：

本节教材的内容：本节教材是高中化学选修二第一章第一节《化工生产中的基本问题》的内容，主要通过接触法制硫酸的反应原理、主要生产过程，研究在化学工业中，需要化学与技术的有机结合，需要研究者先了解有关化工生产的基本问题，而化工生产过程比较复杂，但一些最基本的问题是相似的，所以结合一些典型的产品的生产过程让学生对生产过程有个初步的认识。

本节教材的地位及作用：本节是在学生已学过SO2和SO3性质，有关硫酸的性质和用途也已学，并且涉及到了速率和平衡移动的知识，这些知识学生已很熟悉，学习接触法制硫酸的知识，教学中把生产硫酸的反应原理与生产过程结合起来，体现理论对实践的指导作用。

教学重点：

化工生产过程中的基本问题；工业制硫酸的生产原理和条件的控制

教学难点：

工业制硫酸的生产原理和条件的控制

教学方法：

讨论探究

多媒体

课时安排：

2课时

教学过程：

[课程引入] 硫酸是化学工业生产中的重要产品之一，化工生产中有如何的应用呢？

1

[学生活动] [投影]学生阐述硫酸的用途,利用图片展示硫酸的工业用途。

[设计意图]通过硫酸对化工生产的重要性，激发学生对硫酸生产的兴趣。

[信息技术支持]

利用用Powerpoint展示图片

[教师活动] [设疑]硫酸有那么多用途，工业上是如何生产的呢？请同学们根据查阅的资料小组讨论归纳总结硫酸的制备。

[设计意图]培养学生自学能力，归纳总结能力，个人与合作的能力

[信息技术支持]

网上查阅资料：

资料：硫酸工业制法http://zhidao.baidu.com/question/32832531.html?si=3

[教师活动]教师要关注学生的活动状态，与他们共同解决可能存在的问题和困惑。

教师还可以提出以下思考问题引导学生学习活动（以下问题做成导学案学生课前及课堂使用）：

1、结合硫酸的组成和性质，根据氧化还原知识确定制备硫酸的反应原理是什么？请分别分析其原理？

2、根据反应原理哪些原料可以制硫酸？

[学生活动][学生讨论归纳回答] 1.生产H2SO4

的主要化学过程可以分为SO2

的生成和SO2转化为SO3，SO3转变成硫酸三个阶段。

2.原料：黄铁矿或硫磺

[学生活动][学生展示] 板书：一、依据化学反应原理确定生产过程：

硫磺为原料制备硫酸过程：

硫为原料制备SO2：S(s)+O2(g)﹦

SO2(g) (放热反应) 利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) （放热反应）

三氧化硫转化为硫酸：SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l) （放热反应）

黄铁矿为原料制备硫酸过程：

黄铁矿为原料制备SO2：4FeS2(S)

+11 O2 (g) 高温

2Fe2O3 (s)+ 8SO2(g)

2SO3(g) （放热反应）

利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)三氧化硫转化为硫酸：SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l) （放热反应）

[教师活动]同学们，我们通过接触法制硫酸的学习，了解了工业制硫酸的原理，但这还是不

2

够的，工业生产中还有很多问题要处理，例如，如何提高原料的利用率，如何加快反应的进程，如何节约能源降低成本，如何保护环境，防止污染等等，这些都是工业生产中的实际问题，应该引起同学们的注意。

[投影]资料：我国生产硫酸需考虑的问题

（1）从基建投资、加工费用及环保方面考虑。

（2）我国天然硫资源缺乏，而且开采条件比较复杂。

（3）我国黄铁矿储量比天然硫要大。

（4）硫黄制硫酸比黄铁矿制硫酸生产流程短、设备简单、三废治理量小，劳动生产率高，易于设备大型化。

（5）由于原料多需进口，硫黄制硫酸成本比黄铁矿制硫酸略高等等方面。

[信息技术支持]

利用用Powerpoint展示资料

[教师活动][设疑] 3、我国主要采用的是什么方法制取硫酸？为什么？

[设计意图]培养学生自学从生产成本，实际的应用考虑实际生产和理论的差异

板书：二、生产中的原料选择

[学生归纳]学生通过课后查阅的资料和论文，说明：我国不主张用黄铁矿作为原料，而要选择硫磺，是由于黄铁矿生产过程中产生的废弃物太多，常含有很多杂质，如N2，水蒸气，还有砷、硒的化合物及矿尘等。这些杂质有些是对生产不利的，如砷硒的化合物、矿尘能够使下一步氧化时的催化剂中毒，水蒸气对设备也有不良影响，因此炉气必须经过净化、干燥处理，处理成本高，所以选择硫磺、空气和水作为生产硫酸的原料。

[教师活动][设疑]

4、接触法制硫酸有几个阶段？写出有关化学反应方程式？主要设备是什么？

[投影]1.许多同学想到用硫燃烧生成二氧化硫，这固然是一种方法，但根据我国资源情况，实际生产中通常用燃烧黄铁矿的方法来制取二氧化硫，二氧化硫转化为碱氧化硫，是在接触室内进行的，因此，称为接触法制硫酸。

[投影]2.模拟接触法制硫酸的流程动画

[信息技术支持] 1.利用用Powerpoint展示资料

2.网上查阅：http://www.zxjxlm.cn/FLASHkejian/huaxuekejianF/diyiceKJF/2008-09-14/4.html

[学生讨论总结]学生根据反应原理设计简单流程图，并展示流程图

[投影]硫酸生产流程：

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造气

净化、干燥

催化反应室

吸收塔

稀释室

贮存室

[信息技术支持] 1.利用用Powerpoint展示资料

[教师活动][设疑]

5、第一阶段造气净化和干燥要注意什么？

生产第一阶段：SO2的制取和净化：

问1 为什么黄铁矿在煅烧前要粉碎成细小颗粒？为什么通入强大的空气流？

问2 为什么要净化炉气？

[设计意图]培养学生理论联系实际的能力，用实践检验理论

[学生讨论归纳]1.增大反应物的接触面，通入强大的空气流可以加快反应，提高原料利用率，这种方法常用于工业生产中。

2. 这是因为炉气中常含有很多杂质，如N2，水蒸气，还有砷、硒的化合物及矿尘等。

[教师活动][设疑]

6、二氧化硫的接触氧化的适宜条件及选择原因？应该考虑哪些方面的影响？

生产第二阶段：SO2

氧化成SO3

问1 阅读教材P6-7思考与交流，根据平衡的移动，说明如何选择条件？

问2 为什么要在接触室里装热交换器？有什么好处？

[设计意图]培养学生理论联系实际的能力，对工业的发展做出贡献

[学生讨论归纳]1．从表1-1和表1-2可以看出，温度越低、压强越大，越有利于SO2的生成，但压强的影响不是很大，所以，温度400-500摄氏度，采取常压操作

思路：低温时有利于SO2的转化，但考虑催化剂活性，温度不能太低。高压有利于SO2的转化，但试验表明增大压强，SO2的转化率提高并不大，而且考虑设备、成本和能源消耗问题，压强不应很高，可以考虑常压。而反应过程中二氧化硫转化为三氧化硫需要氧气，所以应该有充足的空气（对此问题学生可能会有不同的回答，教师可引导学生讨论，最后给出实际结果）

4

2．接触室中部安装的热交换器正是把反应生成的热传递给接触室里需要预热的炉气，同时降低反应后生成气体的温度，使之通过下层催化剂被第二次氧化。这是提高可逆反应转化率的一种非常有效的方法。

思路：热交换气中冷热气体的流向是相反的，冷的气体（SO2、O2、N2）被预热，而热的气体（SO3、

SO2、O2、N2）被冷却，这种方式能够节约能源，在工业生产中广泛采用。

板书：三.生产中反应条件的控制

硫酸生产中的适宜条件：(1)低温(400~500℃)；(2)常压；(3)适当过量的空气

[教师活动][设疑]

7、三氧化硫的吸收为什么用98.3%的浓硫酸不用水？

生产第三阶段——SO3与水生成硫酸

问1 为什么不用稀硫酸或水吸收SO3而要用98.3%的浓硫酸？

[设计意图]培养学生查阅资料，总结汇集信息的能力

[信息技术支持]学生从网上查阅的资料：

对比用98.3%浓硫酸作吸收剂与水作吸收剂的差异

[学生活动]工业上是用98.3%的浓硫酸来吸收SO3的，而不是直接用水或稀硫酸作吸收剂，原因是用后者吸收时容易形成酸雾，吸收速率慢。

思路：从理论上讲，三氧化硫转化为硫酸有二种途径：一种是三氧化硫被硫酸水溶液吸收，与水溶液中的水发生反应生成硫酸。SO3(g)＋H2O(l) H2SO4(l),ΔH＜0,这是一个可逆放热反应。另一途径是用水吸收，但硫酸与水蒸气发生反应生成包含杂质气体的酸雾。因此，实际生产中，用98.3%的浓硫酸作为吸收剂吸收三氧化硫。

[教师活动][设疑] 当一个化学反应完成后，我们还应该注意什么问题？

[学生活动]要注意保护环境，处理反应中产生的废弃物。

[教师活动][设疑]

8、从硫酸工厂出来的废气、废渣、废水产生的三废，首先是尾气处理，应该怎么吸收反应所产生的二氧化硫？

[设计意图]培养学生环保的意识

[信息技术支持]网络视频：酸雨http://you.video.sina.com.cn/b/9885978-1342351227.html

[学生讨论][学生分析并板书] 板书：四、生产中的三废处理：

1、

废气的处理：废气中的SO2是形成酸雨的主要因素。

5

学生1：氨水吸收法：写NH3或

用NH3·H2O 书写：

SO2+2NH3+H2O==（NH4）2SO3

，（NH4）2SO3+H2SO4==（NH4）2SO4+SO2+H2O，产生的铵盐（NH4）2SO4作化肥

；处理后的产品还可进一步处理产生SO2可循环利用。

学生2：用Na2CO3或

Na2SO3吸收法：

Na2CO3+SO2===Na2SO3+CO2

，Na2SO3+SO2+H2O===2NaHSO3，

学生3：用用Ca(OH)2吸收法：

SO2+Ca(OH)2=CaSO3↓+H2O,处理后的产品可进一步处理产生SO2可循环利用。

2、废水的处理—石灰乳中和法

硫酸工业生产过程中的污水常含有硫酸等酸性杂质，一般用石灰乳中和处理：

H2SO4+Ca（OH）2=CaSO4+2H2O

3、废渣的利用

硫酸工业生产过程中黄铁矿的矿渣一般用作制造矿渣水泥和矿渣砖，含铁品位高的矿渣，经处理后可用于炼铁，如：

Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2，有的也可分离后循环利用，提炼贵重的有色金属，剩下的作铺路用的沥青。

强调指出：我们每位同学都要做环境的坚定保护者，从我做起，从小事做起，从现在做起，注意环境保护的宣传，坚信，环境问题必将随着科学技术的进一步发展，而得到人类有效的解决，那时，祖国的天空会更蓝，河流会更清。

[教师讲述] 通过刚才的学习，不难发现我国实际硫酸工业生产的反应原理与我们之前的设计不一样。原因是我国黄铁矿含量较多，而硫磺矿含量较少。因为工业生产必须考虑经济效益，其中选择价廉的矿产，降低生产成本是其主要措施之一。从我们总结的表中不难看出，硫酸工业生产中采用了一些具体的技术措施有利于提高经济效益。包括如何降低成本，提高反应速度，提高生产效率。我们应该注意的是还可以充分利用反应中产生的能量。硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。工业生产必须要求经济效益，但是如果以破坏人类的生存环境为代价，那么所取得的经济效益也就毫无意义了。以后，在实际的化工厂生产过程中我们还应该充分考虑其他各方面的因素，如厂址选择、交通、人力等因素。

[投影]工厂的选择：由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区，工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少决定；硫酸厂厂址应远离水源和河流的上游，以免工厂的污水污染水源；也不要设置在城镇和居民区盛行风向的上风地带，以免工厂排放的大量烟尘和有害气体污染城镇的水源和大气等。

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[设计意图]上述问题是本节课的主要内容，目的是引导学生更全面、准确地掌握教材的内容和了解有关的外延。

[总结]工业制备硫酸流程:三个原理；三个阶段；三个设备；三个方程；三废处理

板书设计：

化工生产过程中基本问题

一、硫酸的工业制备

1.

依据化学反应原理确定生产过程：

2.

生产中原料的选择：

3.

生产中反应条件的控制：(1)低温(400~500℃)；(2)常压；(3)适当过量的空气

4.

生产中三废的处理：

课后作业：

1．在硫酸的工业制法中，下列生产操作与说明生产操作的主要原因都正确的是(

) A.硫铁矿燃烧前要粉碎，因为大块的硫铁矿不能燃烧

B.从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中的SO2会与杂质反应

C.SO2氧化为SO3时需使用催化剂，这样可以提高SO2的转化率

D.SO3用98.3%的浓H2SO4吸收，目的是防止形成酸雾，以便使SO3吸收完全

1.解析：将硫铁矿粉碎使燃烧速率更快、反应更充分；净化SO2的主要目的是防止催化剂中毒；催化剂只能提高反应速率，不能提高SO2的转化率。答案：D 2.接触法制硫酸时，由沸腾炉导出的炉气必须经除尘、洗涤、干燥、净化，理由是(

) A.防止砷、硒等元素的化合物和矿尘使催化剂中毒

B.为了提高原料的利用率

C.提高成品硫酸的质量和纯度

D.避免水蒸气对设备和生产有不良影响

2.解析：炉气中含有SO2、O2、N2、H2O以及一些其他杂质。砷、硒等的化合物和矿尘等会使催化剂中毒；水蒸气对生产和设备有不良影响。因此，炉气必须通过除尘、洗涤、干燥等净化处理。答案：AD 3.在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室。按此密闭体系中气体的流向，则在A处流出的气体为

…(

)

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A.SO2

B.SO3，O2

C.SO2，O2

D.SO2，SO3 3.解析：原料SO2、O2从装置左侧中间进入热交换器，吸收热能后由A处流出再进入接触室发生反应，并放出大量的热，把一部分热量交换给刚进入热交换器的原料气，然后由下端流入下一个装置。答案：C

4.在接触法生产硫酸中，对于SO2的接触氧化反应有下面4个图，其中正确的是

…(

)

4.解析：SO2氧化成SO3的反应是放热反应，升温则平衡左移，SO3的含量降低；升温反应速率加快，到达平衡所需的时间缩短。答案：A

5.接触法生产H2SO4过程中，对废气、废水、废渣、“废热”的处理正确的是(

) ①尾气用氨水处理

②污水用石灰乳处理

③废渣用来造水泥、炼铁

④设置“废热”锅炉产生蒸汽，供热或发电

A.只有①②

5.答案：

B.只有①③④

C.只有①②③

D.全部

6.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：

2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)；ΔH=-213.8kJ·mol-1

(1)在生产中，常用过量空气是为了_________________________。

(2)加热到400～500 ℃可以_________________________。

(3)常用浓硫酸而不用水吸收SO3，是由于_________________________。

(4)尾气中有SO2必须回收是为了_________________________。

6.答案：(1)增大O2的浓度，使成本较高的SO2充分利用

(2)提高反应速率，缩短反应达到平衡所需时间，同时此温度下催化剂活性最好。

(3)用水吸收会形成酸雾，吸收速度慢

(4)减少对环境的污染

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教学反思:

在设计这一堂课的时候上，坚持以学生为主体，教师为主导的原则，通过导学案的应用让学生进行各种形式的自主学习，充分发挥学生的自主性和能动性。在课前学生通过网络资源及课本资料做了大量的调查和研究，对硫酸的用途及原理有了初步的了解，课上从学生课前准备活动引入课题，使学生进入学习状态。紧接着让学生根据调查的资料、围绕问题讨论交流，培养学生自学能力。然后教师针对学生的情况进行重点难点点拨，让学生掌握硫酸的生产原理及流程、设备技术措施等。通过酸雨对环境的污染，保护环境的责任感。原设计时，工业的三废希望在课堂上讲完，但最后留下思考问题：如何综合利用硫酸工厂的三废？让学生的情感升华落实到具体问题的同时，也为下一节课的内容做了很好的铺垫。

在课堂准备上，并没有像以往那样花很多的时间制作课件，各种多媒体设备全部用上，而是充分利用了学生的自主活动和网络的有效信息搜索，充分地展现了课堂的内容，同时向学生有效的传递了课堂的设计意图：让学生动起来，自主学习。由于这节课在设计上花了很多心思，充分调动了学生，学生学得主动轻松，老师也从繁杂的课件制作中腾出更多时间和心思进行课堂设计，在45分钟内高效的完成了本节课的教学要求。

但是有些地方处理还是不太好，我在上这一节课的时候，各个讨论环节时间控制上没有很好把握，导致课堂最后面精心设计的活动略显匆忙，学生有些意犹未尽就来观看视频，效果没有想象中好。思考问题刚提出，下课铃声就响了，但也激发了学生课后讨论的积极性。

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