依据化学反应原理确定生成过程PPT及专用教学设计内容

课题1《化工生产过程中的基本问题》

第1课时

教学目标

1.掌握硫酸工业制法的原理。

2.知道硫酸工业制法的主要流程和设备。

3.介绍我国硫酸工业的发展，对学生进行爱国主义教育。

教学重点

硫酸工业制法的原理

教学难点

硫酸工业制法的原理

课时安排

1课时

教学过程

引入新课: 现代社会生产生活离不开各种各样的化学物质，而获得各种各样的化学物质又离不开大规模的工业生产，这节课就让我们走进化学工业，了解化学工业中的一些基本问题。

新课教学: 1.1 化工生产中的基本问题

讨论：同学们你们认为在化工生产中要考虑哪些问题？

化学反应原理；选择合适的原料；选择设备和工艺流程；废弃物的处理；环境保护……

讲解：硫酸是一种非常重要的化工产品，在生活的方方面面都有应用，下面就以硫酸为例详细了解化工生产中的一些基本问题。

提问：制取硫酸可通过哪些化学反应？

引导学生进行逆向思维。

一、工业制硫酸的反应原理

思考：自然界有哪些含硫的物质？

二氧化硫，硫单质，硫铁矿

，硫化氢，胆矾等

追问：在工业生产上选中原料，特别需要关注什么问题？

来源是否广泛。

讲解：工业生产要考虑到原料的来源和价格，目前普遍采用硫磺或FeS2为原料来制取硫酸。

活动：分别完成以硫磺和硫铁矿为原料制备硫酸的化学方程式。学生依次写出化学反应方程式，重点分析二氧化硫与氧气的催化氧化反应。

提问：从方程式分析工业上通过几步反应可以如何实现以上反应？

二、工业制硫酸的生产环节

造气

催化氧化

SO3吸收

讲解：工业生产主要分三步进行。展示以硫铁矿为原料工业生产硫酸的装置沸腾炉、接触室、吸收塔。

讲解：工业上，把黄铁矿粉碎成细小颗粒再放入沸腾炉中焙烧，从炉底鼓入强大空气气

流，矿石小颗粒扬起，成沸腾状燃烧氧化。所以叫沸腾炉。

展示：沸腾炉里黄铁矿与氧气反应情况。

提问：粉碎硫铁矿的目的是什么？

小结：粉碎矿石，通过强空气流使矿石处于沸腾状态，增大反应物的接触面积，加快反应速度。

展示：接触室的催化氧化反应及接触室图片。

提问：观察催化氧化反应，思考为什么叫接触室？催化氧化是硫酸生产的核心环节，为了提高效率，减少二氧化硫的污染，可以从哪些化学反应原理角度去分析？

小结：二氧化硫和氧气气体在固体催化剂表面接触才能反应。从化学反应速率和化学反应原理两个方面考虑。

提问：展示相关数据。接触室里二氧化硫和氧气的比例对二氧化硫转化率有什么影响？

小结：理论上氧气越多，二氧化硫转化率越高。综合考虑实际选择11：7的比例，氧气稍过量。

提问：展示相关数据。催化氧化反应在什么压强下有利于三氧化硫的生成？

小结：理论上压强越大，越有利于三氧化硫的生成。但实际加压对设备和安全要求高，同时会增加成本和能耗，选择一个大气压。

提问：展示相关数据。催化氧化反应在什么温度下有利于三氧化硫的生成？

小结：理论上温度越低，越有利于三氧化硫的生成。但实际温度过低，催化剂活性不高，反应速率低，温度过高，催化剂失活。兼顾速率与转化率，选择400-500℃。

讲解：采用98.3％的硫酸吸收SO3，防止因用水吸收SO3而产生酸雾。

讲解：依据催化氧化的基本反应原理，综合考虑速率、平衡、实际情况等确定催化氧化反应的条件为：常压、400-500℃、二氧化硫与氧气的投料比为7：11。

阅读：展示吸收塔。通过阅读教材P4了解吸收塔中不用水而用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。

提问：吸收塔有很多瓷管，三氧化硫从塔底部通入，用于吸收三氧化硫的98.3%的浓硫酸从塔顶喷淋下来，这样的流向设计(逆流)有什么好处？

小结：逆流可以使三氧化硫与浓硫酸充分接触，吸收更充分。

三、硫酸工业原料的选择

展示分别以硫磺、硫铁矿为原料制硫酸的成本、消耗、废弃物等统计对比。

提问：从数据来看哪种原料更适宜生产硫酸？为什么我们国家以硫铁矿为主要原料？

小结：以硫磺为原料，无论从成本、对环境的影响都是更好的。我们国家硫铁矿资源

相对更加丰富

展示我国和世界硫资源结构图示。

课堂小结: 通过硫酸工业生产的学习，我们应该知道从实验室到化工生产，并不是简单的放大，而是要考虑一系列问题。课下请同学们观察教材上以硫磺为原料生产硫酸的方程式的热效应，查阅资料，了解硫酸生产过程中的废热利用问题。