依据化学反应原理确定生成过程教学实录及点评

课题一 化工生产过程中的基本问题

一

、教学目标1、知识与技能

（1）了解工业上用接触法制硫酸的主要原料、主要生产阶段和生产工艺。

（2）了解建设化工厂需要综合考虑的基本问题和需要达到的基本要求。

（3）了解“三废”(废气、污水、废渣)处理的主要方法。

2、过程与方法

（1）了解从理论研究成果到现实生产的过程。

（2）学会将所学的知识应用于实际的方法。

3、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

（2）培养既会独立思考，又能与人合作的能力

二、教学重点

1、工业制硫酸的生产原理

2、平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用

3、化工生产过程中的基本问题

三、教学难点

1、化工生产过程中的基本问题

2、工业制硫酸的生产原理

四、教学过程

【引言】为缓解学习压力，给同学们推荐一本书，书名叫“水俣病”，由日本作家原田正纯编写。

【介绍】水俣病，是由化工生产排放污水中的“甲基汞”所致，人或其它动物食用了含有“甲基汞”的鱼贝类，脑神经细胞受到侵入而引起的一种综合性疾病，轻者：口齿不清、视觉丧失，重者：身体弯弓高叫，直至死亡，终生无法治愈。

【强调】水俣病给人类带来了极大的痛苦！因此，化工生产的安全性十分重要，今天我们以硫酸工业为例，来学习：

【板书】 课题一 化工生产过程中的基本问题

【阐述】硫酸是一种十分重要的化工原料，硫酸的产量是一个国家无机工业发展的衡量标准，它的用途十分广泛，主要应用在化肥、农药、医药、炸药、电池……等领域！

【强调】可见，人类对硫酸的需求量十分巨大！

【板书】工业制硫酸

【设问】自然界中有没有天然的硫酸呢？ 【学生】没有，硫在自然界主要以游离态的硫磺和化合态的黄铁矿和黄铜矿存在。

【设问】工业上如何制取硫酸的呢？以硫或二硫化亚铁为原料，能直接得到硫酸吗？

【学生】不能，从化合价分析可知：必须经过中间步骤，先得到三氧化硫再用其与水反应得到硫酸。

【设问】我们能不能用方程式表示工业制硫酸的反应原理呢

？

高温【学生】① 4FeS2(S) +11 O2 (g) 2FeO (s)+ 8SO2(g) 23或 S（S）＋O2（g）=====SO2（g）

② 2SO2(g) + O2 (g) 2SO3(g) 加热

点燃

催化剂

③

SO3 (g) + H2O(l) = H2SO4(l) 【板书】1.三反应

【设问】按上述反应原理，同学们能否总结出：工业上生产硫酸主要分为哪几个阶段呢？

【学生】三个阶段：①造气 ②

催化氧化

③

吸收

【板书】2.三过程：造气 催化氧化 吸收

【设问】依据化学反应原理及硫酸的组成看，硫酸的主要原料应该怎么选呢

？

【指导阅读】请同学们打开教材第5页，阅读讨论“思考与交流”。

【学生】

因为黄铁矿在生产过程中产生的废弃物太多污染环境，处理成本高所以选择硫磺

空气和水作为生产硫酸的基本原料。

【板书】3.三原料：硫磺 空气 水

【强调】这三个反应均为放热反应！

【激趣】三个反应中最有趣，最值得研究的反应？

【学生】二氧化硫的催化氧化（三氧化硫的制备）

【思考与讨论】分析方程式的特点，利用平衡原理思考如何加快速率，提高反应物的转化率？

【结论】温度越低越好，压强越大越好，增大反应物浓度，添加适宜催化剂

【指导阅读】请同学们打开教材第六页，进行阅读讨论。

【设问】在二氧化硫催化氧化时，为什么选择在：400-500℃、

常压、催化剂条件？

【学生】选择温度：合成三氧化硫为放热反应，高温不利于合成。选择400~500℃是因为在此温度范围内，反应速度和SO2的平衡转化率都比较高。但应注意:工业生产中反应温度的选择往往还要考虑该温度下催化剂的活性。

【设问】合成三氧化硫为正反应体积减少的反应，那么增大压强有利于平衡向正反应方向移动，是否压强越大越好呢？

【学生】应选择压强:常压。原因是增大气压，SO2的平衡转化率提高并不多，但却大大增大了动力和设备的要求，增大了生产成本和能量消耗。所以硫酸厂通常采用常压操作。

【强调】注意:工业生产中压强的选择，往往还要考虑成本和能量消耗等问题。

【板书】4.三个适宜条件:400~500℃,常压,催化剂(常用V2O5) 【过渡】当反应原理，原料，条件，流程确定好以后，用合适的设备就可以制备硫酸。

【PPT】三阶段对应三设备：①沸腾炉 ②

接触室

③

吸收塔

【板书】5.三设备:沸腾炉 接触室 吸收塔

【思考讨论】请大家根据图中设备一回答问题：

1.焙烧黄铁矿的炉子为什么叫沸腾炉? 2.黄铁矿为什么要粉碎? 3.为什么通入强大的空气流? 4.燃烧黄铁矿为什么不要多加燃料? 【学生】黄铁矿燃烧反应是放热的,故燃烧的黄铁矿不需要多加燃料,扩大反应物的接触面,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,利用了充分接触原理。

【提问】为什么通入接触室的混全气体必须净化和干燥呢?怎样净化?净化后气体成分是什么? 【强调讲述】炉气中主要含有SO2、O2、N2、水蒸气、含砷、硒的化合物矿尘等,通入接触室前必须净化,否则会引起催化剂效果下降,这种现象叫做催化剂的中毒，炉中的水蒸气对设备产生不良影响。

【板书】6.炉气净化三步骤: 除尘、洗涤、干燥。

【师】在工业生产中,SO3的生成是在接触室中进行的,下面我们来研究接触室中的反应情况，请同学们观察图片，描述接触室中气体流向。

【提问】接触室中的分层多孔隔板和细管道结构叫热交换器,它的作用是什么? 【学生】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，利用了热交换原理。

【提问】从接触室出来的气体成分是什么?原因是什么? 【强调讲述】SO2与O2生成SO3的反应是可逆反应,因此从接触室出来的气体为SO3、SO2、O2和N2的混合气。

【过渡】从接触室内出来的混合气体,通入吸收塔内,三氧化硫被吸收转化为硫酸,该阶段称为三氧化硫的吸收和硫酸的生成。

【提问】吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸而用98.3%的浓硫酸?浓硫酸为什么必须从塔顶喷下? 【学生】三氧化硫与水反应,放出大量的热,用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸雾,酸雾的形成不利于气体三氧化硫被进一步吸收,吸收速度慢,且吸收不完全,98.3%的浓硫酸从塔顶淋下,气体由下往上,流向相反,充分接触,吸收更完全,充分利用逆流吸收原理，由此看来工业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。

【板书】7.三原理：充分接触原理 热交换原理 逆流吸收原理

【提问】硫酸工业中产生的三废是什么? 如何处理? 【板书】8.三废处理

【学生】⑴尾气吸收：用石灰水或氨水吸收再用硫酸处理，这样得到的SO2含量较高，可返回用作原料或它用。

⑵污水处理：硫酸工业废水中含有硫酸，常用石灰乳中和：Ca(OH)2 +H2SO4 = CaSO4 + 2H2O⑶

废渣的利用：炼铁、制水泥、制砖或提炼有色金属

【提问】工业生产硫酸时，如何对能量进行充分的利用呢

？

【分析】据测算生产1t硫酸大约消耗100kW·h的电能，生产1t硫酸放出的热量相当200kW·h的电能，请

“讨论

”如何利用这些剩余能量呢

【学生】分组进行讨论(公布正确答案) ⑴设置热交换装置，预热即将参加反应的SO2和O2。

⑵设置蒸汽锅炉进行发电。 ⑶建洗浴中心，创造经济效益……

【归纳讲述】请同学们根据板书将本节课的内容作个小结。

【小结】接触法制硫酸分几个阶段?有几个重要反应?几种典型设备?几种净化方式?几个地方运用逆流原理?几个地方采用了加快反应的措施?几个地方采用了充分利用原料的措施? 【提问】请同学们根据硫酸工业制备的方法，思考讨论化工生产工艺从哪些反面确定？

【归纳讲述】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。

【总结】1. 确定生产过程 2 .选原料 3. 选择设备、工艺流程 4 .三废处理(环境保护) 5. 能源的利用—综合经济利益 6 考虑：厂址、成本、反应条件…

【案例】讨论在以下条件下你认为M城市该不该建硫酸厂？

① M城市郊区有丰富的黄铁矿资源

水源

能源充足交通便利。② M城市消耗硫酸的工业不多，而远离它的N城市是一个消耗硫酸很多的城市。③城市是一个美M丽的旅游城市。

答案：不应该在M城市建硫酸厂

【提示】土地价格业贵、污染环境、破坏旅游资源。

【课堂检测】

【作业】通过查阅资料、上网、参观访问等方式对荣昌本土工业高锰酸钾的制备进行调查，了解一些化工厂是如何实现将理论和实际相结合。

【板书设计】 课题1 化工生产过程中的基本问题

一

、工业接触法制硫酸

1.

三反应 2.

三过程; 造气 催化氧化 吸收

3.

三原料：硫磺 空气 水

4.

三个适宜条件:400~500℃,常压,催化剂(常用V2O5) 5.

三设备: 沸腾炉 接触室 吸收塔

6.

炉气净化三步骤: 除尘、洗涤、干燥

7.

三原理：充分接触原理 热交换原理 逆流吸收原理

8.

三废处理: 废气 废水 废渣

二、化工生产工艺主要

1. 化学反应原理 2. 原料选择 3. 能源消耗

4. 设备结构 5. 工艺流程 6. 环境保护

7. 综合经济效益