2019-2020年新人教版化学选修2高中《化学生产的过程中的基本问题

2019-2020年新人教版化学选修2高中《化学生产的过程中

的基本问题》word教案

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.掌握连续反应的计算。

4.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；连续反应的计算

教学难点

硫酸工业制法的原理；连续反应的计算

课时安排

2课时

教学过程

引入新课: 硫酸是硫的重要化合物，硫酸是化学工业的基本原料。硫酸有重要的用途，硫酸的产量是一个国家化学工业生产能力标志之一。从1950年到1988年近40年世界硫酸产量增长了5.4倍，而我国增长了143倍。硫酸是怎样生产的呢？

新课教学: 板书：硫酸工业制法 一、接触法制硫酸的化学反应原理

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。 H2SO4←SO3←SO2←FeS2

↑ S

讲解：工业生产要考虑到原料的来源和价格，我国普遍采用FeS2为原料来制取硫酸。依次写出化学反应方程式，重点分析FeS2跟O2的反应。 板书：1.二氧化硫气体的制备 2.二氧化硫的催化氧化 3.三氧化硫的吸收

提问：工业上如何实现以上反应？

板书：二、接触法制硫酸的主要生产过程

讲解：工业生产要考虑原料的来源、能源的利用、环境保护、经济效益等因素。 板书:1.沸腾炉

讲解：工业上，把黄铁矿粉碎，在沸腾炉里煅烧制取二氧化硫。 演示：沸腾炉里黄铁矿与氧气反应情况。讲解沸腾炉名称的由来。 讨论：为什么要粉碎矿石？为什么用沸腾炉煅烧黄铁矿？

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。

提问：怎样实现二氧化硫的催化氧化？ 板书：2.接触室

提问：从沸腾炉出来的气体能否直接进入接触室进行催化氧化？ 讨论：沸腾炉出来的气体为什么要经过净化处理？

提问：进入接触室的二氧化硫要预热，而二氧化硫催化氧化是放热反应，怎样充分利用这部分热量呢？

讨论：怎样利用热交换原理？

展示模型：接触室的结构和反应过程。

提问：从接触室出来的三氧化硫怎样转变成硫酸？ 板书：3.吸收塔

展示模型：吸收过程 讨论：为什么在吸收塔里放空心瓷环？为什么不用水而用98.3％的硫酸吸收SO3？为什么浓硫酸必须从塔顶喷下来？

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。 提问：为什么硫酸生产的尾气未经处理不准直接排放到大气中？ 板书：硫酸生产的流程和设备

黄铁矿 98.3％的硫酸

→ 矿粒煅烧 → 催化氧化 → SO3的吸收——

热空气 ↓ ↓ ↓ ↓

沸腾炉 接触室 吸收塔 高浓度硫酸 稀硫酸↓ 成品硫酸

多步计算：生产硫酸需要连续几个反应来完成，那么如何来计算产品的量呢？ 推导：硫的关系式

S→H2SO4 ；FeS2→2H2SO4

课堂小结: 硫酸工业生产是经过以下阶段：应用化学反应原理，进行实验室的试验，再转化为工业生产，在工业生产必须考虑到原料的来源、能源的充分利用、环境保护、经济效益等因素。

通过硫酸工业生产的学习，我们应该知道理论源于实践，又为实践服务。化学理论在生产实践中有重要的指导作用。

第一单元 走进化学工业

课题一 化工生产中的基本问题

第2课时

教学目标

1.介绍我国硫酸工业的发展，对学生进行爱国主义教育。

2.通过我国硫酸工业生产，对学生进行节约能源、保护环境的教育。

教学重点

硫酸工业中 产生的废气、废渣、废水的处理

教学难点

硫酸工业中 产生的废气、废渣、废水的处理

课时安排

2课时

教学过程

引入新课:前面一节可我们提到了硫酸的工业制法，那么我们知道硫酸工业对环境有很大的破坏。为了保护我们的环境，我们该怎么处理这镉问题呢？今天我们就来探讨一下。

新课教学: 硫酸生产中的“三废”处理

硫酸厂的尾气必须进行处理，因为烟道气里含有大量的二氧化硫气体，如果不加利用而排空会严重污染空气。

1) 尾气吸收

① 用氨水吸收，再用H2SO4处理：SO2+2NH3+H2O=(NH4)2SO3 (NH4)2SO3+H2SO4=(NH4)2SO4+SO2↑+H2O

②用Na2SO3溶液吸收：Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3 ③用NaOH溶液吸收，再用熟石灰和O2处理；（此方法反应复杂，还可能发生其他反应）SO2+ NaOH = NaHSO3 NaOH +NaHSO3= Na2SO3+ H2O Na2SO3+Ca(OH)2= CaSO3↓+ 2NaOH 2 CaSO3 + O2= 2CaSO4

2)污水处理

硫酸厂废水中含硫酸，排放入江河会造成水体污染。通常用消石灰处理： Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O。生成的硫酸钙可制建材用的石膏板。

3)废热利用

硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应，应当充分利用放出的热量，减少能耗。 第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热，通常在沸腾炉处设废热锅炉，产生的过热蒸汽可用于发电，产生的电能再供应硫酸生产使用（如矿石粉碎、运输，气流、液流等动力用电）。

第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气，生产设备叫热交换器，原料气又将三氧化硫降温，再送入吸收塔。

4）废渣的利用

黄铁矿的矿渣的主要成分是Fe2O3和SiO2，可作为制造水泥的原料或用于制砖。含铁量高的矿渣可以炼铁。

工业上在治理“三废”的过程中，遵循变“废”为宝的原则，充分利用资源，以达到保护环境的目的。

2．能量的充分利用

许多化学反应是放热反应。化工生产中应充分利用反应热，这对于降低成本具有重要意义。硫酸厂生产中的反应热得到充分利用后，不仅不需要由外界向硫酸厂供应能量，而且还可以由硫酸厂向外界输出大量能源。在硫酸生产过程中使用的热交换器就是利用了反应所放出的热量来加热二氧化硫和氧气的混合气体，以节约能源。

3．生产规模与厂址选择 （1） 化工厂选址的因素

一般来说，现代化工生产要求有较大的生产规模。化工厂厂址选择是很复杂的问题，涉及原料、水源、能源、土地供应、交通运输、环境保护和市场需求等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的选择。

化工厂厂址选择一般应考虑下列因素：①是否有市场需求；②是否接近原料供应地；③土地供应是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉价；⑥交通运输是否方便；⑦能否达到环境保护要求。

上述这些因素必须在遵循科学原则的基础上，着重考虑综合经济效益，即要求最大限度地提高劳动生产率，降低成本，保护生态环境。

（2） 硫酸厂选址的因素

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。

课外拓展：

酸雨

（1） 酸雨的定义

一般认为,酸雨是由于燃烧高硫煤排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后,造成局部地区大气中的二氧化硫富集,在水凝结过程中,溶解于水形成亚硫酸,然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的的氧化作用生成硫酸,随雨水降下形成酸雨.

酸雨的pH值一般少于5.6. （2） 酸雨的危害

对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.

引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长. 破坏土壤、植被、森林.

腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.

渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍. （3） 酸雨的治理

二氧化硫污染大气的罪魁——煤，平均含硫量约为2.5%-3%。为治理煤燃烧时造成的二氧化硫污染，一种办法是事先从煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黄铁矿（FeS2）的形态存在；这样的煤以脱硫工艺处理后其含硫量可降低到约为1%。大部分的煤中还含有较多的有机硫化合物，这样的煤以脱硫平均只能除去原含硫量的约40%。

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