高中化學(xué) 第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題1 化工生產(chǎn)過程中的基本問題教案 新人教版選修2.doc

第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè)課題1化工生產(chǎn)過程中的基本問題教學(xué)目標(biāo)分析課標(biāo)解讀1依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理，掌握生產(chǎn)硫酸的基本流程。2了解硫酸工業(yè)生產(chǎn)中原料、廠址和規(guī)模的選擇。3了解硫酸生產(chǎn)過程中反應(yīng)條件的控制及能量的綜合利用。4了解化學(xué)科學(xué)實驗與化工生產(chǎn)的區(qū)別。5了解工業(yè)生產(chǎn)中三廢處理的方法，防止環(huán)境污染。重點難點1.掌握硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的“三原料、三階段、三設(shè)備、三反應(yīng)”。(重點)2.能運用化學(xué)平衡原理分析二氧化硫催化氧化反應(yīng)的適宜條件，了解硫酸生產(chǎn)過程中反應(yīng)條件的控制。(重難點)教學(xué)方案設(shè)計新課導(dǎo)入硫酸是一種重要的基本化工原料，也是一個國家化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)能力的重要標(biāo)志。生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬(feso47h2o)為原料，放在蒸餾釜中煅燒而制得硫酸，所以古代稱硫酸為“綠礬油”。你了解現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)硫酸的流程嗎？你了解工業(yè)生產(chǎn)中怎樣處理“三廢”防止環(huán)境污染嗎？讓我們共同學(xué)習(xí)本課題知識掌握化工生產(chǎn)過程中的基本問題。課前自主導(dǎo)學(xué)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程1.化工生產(chǎn)與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系化工生產(chǎn)依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理符合化學(xué)反應(yīng)規(guī)律基礎(chǔ)實驗室研究2確定化工生產(chǎn)反應(yīng)原理與過程的一般方法對于某一具體的化工產(chǎn)品，研究生產(chǎn)過程要從產(chǎn)品的化學(xué)組成和性質(zhì)考慮，來確定原料和生產(chǎn)路線。3確定化工生產(chǎn)反應(yīng)原理與過程的案例研究 生產(chǎn)硫酸(1)原料：從h2so4的組成看，原料應(yīng)該是自然界存在的含硫的物質(zhì)，如硫黃、黃鐵礦(主要成分是fes2)等。(2)步驟：生產(chǎn)硫酸的主要化學(xué)過程可以分成so2的生成、so2轉(zhuǎn)化為so3和so3轉(zhuǎn)化為硫酸三個階段。(3)原理：工業(yè)制硫酸的“三階段”與“三反應(yīng)”造氣以s為原料so2so2以黃鐵礦 為原料4fes211o22fe2o38so2催化氧化2so2o22so3吸收so3h2o=h2so4生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制1.生產(chǎn)中反應(yīng)條件的選擇在化工生產(chǎn)中要通過反應(yīng)條件的控制使化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率都比較理想，還要同時考慮控制某些反應(yīng)條件的成本和實際可能性。2硫酸工業(yè)生產(chǎn)中條件的選擇化學(xué)反應(yīng)二氧化硫的催化氧化化工條件溫度壓強催化劑400500常壓v2o5采用該條件的原因反應(yīng)速率和so2轉(zhuǎn)化率都較理想so2的轉(zhuǎn)化率隨壓強增大的并不多催化劑能同等程度增大正、逆反應(yīng)速率生產(chǎn)中三廢的處理1.尾氣吸收(1)過程:硫酸尾氣(含少量so2)caso3so2(返回作生產(chǎn)硫酸的原料)(2)過程中涉及的化學(xué)方程式so2ca(oh)2=caso3h2ocaso3h2so4=caso4so2h2o2污水處理不同的化工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的污水所含有的雜質(zhì)不同，除要進(jìn)行一般的處理外，還要根據(jù)雜質(zhì)的性質(zhì)，利用不同的化學(xué)方法進(jìn)行處理。3廢渣的利用用黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的過程中，會排出一些爐渣和礦灰，可作為煉鐵的原料；還可以用來提煉貴重的有色金屬；還可以作為制造水泥的原料或用于制磚。2硫酸生產(chǎn)過程中的污水中含有酸性物質(zhì)，為減小其對環(huán)境的危害應(yīng)如何處理？【提示】可用堿性物質(zhì)將其中和，如用石灰乳或純堿處理廢水。涉及的方程式為ca(oh)2h2so4=caso42h2o、na2co3h2so4=na2so4h2oco2能量的充分利用1.硫酸生產(chǎn)過程中的三個反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。2硫酸工業(yè)充分利用廢熱的方法是：利用so2氧化為so3時放出的熱量來預(yù)熱即將參加反應(yīng)的so2和o2。3你認(rèn)為在硫酸工業(yè)中合理利用能源，可采取哪些措施？課堂互動探案化學(xué)原理在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用【問題導(dǎo)思】在硫酸的生產(chǎn)過程中，常用過量的空氣，其目的是什么？【提示】增加一種反應(yīng)物的量可使平衡向正反應(yīng)方向移動，同時提高了so2的轉(zhuǎn)化率。so2被催化氧化成so3，為了提高so3的產(chǎn)率接觸室中應(yīng)取等溫過程，還是絕熱過程為宜？【提示】采用等溫過程。1化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理2so2(g)o2(g)2so3(g)(放熱反應(yīng))(1)提高反應(yīng)速率的“措施”提高化學(xué)反應(yīng)速率的措施升高溫度在沸騰爐中煅燒時，將原料粉碎增大與空氣的接觸面積使用催化劑(2)硫酸工業(yè)生產(chǎn)的“三條件”溫度低溫有利于提高so2的轉(zhuǎn)化率。低溫時催化劑活性不高，反應(yīng)速率低。400500 作為操作溫度，此時反應(yīng)速率和so2轉(zhuǎn)化率均較理想。壓強增大壓強對提高so2轉(zhuǎn)化率有利增大壓強可提高反應(yīng)速率常壓。原因是常壓下so2轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增大壓強會增加投資和能量消耗適當(dāng)過量的空氣目的是提高so2的轉(zhuǎn)化率。綜上所述，催化氧化的適宜條件是常壓、較高的溫度(400500 )和催化劑。2逆流原理的應(yīng)用沸騰爐中原料從爐頂落下，熱空氣從爐底吹入，使原料與助燃?xì)怏w充分接觸，反應(yīng)充分進(jìn)行；98%濃硫酸從塔頂噴下，三氧化硫氣體從塔底吹入，提高吸收程度。3熱交換原理的應(yīng)用由于2so2o22so3是放熱反應(yīng)，在接觸室內(nèi)使用熱交換器，使反應(yīng)后的氣體預(yù)熱作為接觸室的原料氣，達(dá)到節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本的目的。4循環(huán)操作原理的應(yīng)用由于2so2o22so3是可逆反應(yīng)，尾氣中還有一定的so2和o2，再通過一定措施將這部分氣體送回接觸室，提高原料利用率，同時減少廢氣排放。硫酸工業(yè)中連續(xù)多步反應(yīng)的計算【問題導(dǎo)思】利用黃鐵礦(fes2)為原料生產(chǎn)硫酸時，假設(shè)每步反應(yīng)均能完全轉(zhuǎn)化，1mol fes2能生產(chǎn)多少硫酸？【提示】利用元素守恒法1mol fes2可生產(chǎn)2mol硫酸。什么是原料轉(zhuǎn)化率？多步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與各步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率有何關(guān)系？【提示】原料轉(zhuǎn)化率100%，多步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率各步反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的乘積。1關(guān)系式法關(guān)系式法解題需要找準(zhǔn)關(guān)系式，找關(guān)系式的一般方法是根據(jù)涉及的多步反應(yīng)的化學(xué)方程式，依照元素質(zhì)量守恒或電子轉(zhuǎn)移數(shù)目守恒的原則找出連續(xù)多步反應(yīng)中元素的轉(zhuǎn)化關(guān)系，如在用黃鐵礦制硫酸時，根據(jù)轉(zhuǎn)化過程中硫元素守恒的原則可以找到這樣的關(guān)系式：fes22so22so32h2so4或sso2so3h2so4在工業(yè)制硫酸的有關(guān)計算中通常就利用以上兩關(guān)系式解題。2常見量的計算公式(1)礦物的純度100%(2)原料利用率100%(3)原料轉(zhuǎn)化率原料利用率1原料損失率(4)產(chǎn)率100%(5)多步反應(yīng)的總轉(zhuǎn)化率各步反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的乘積當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1下列關(guān)于硫酸工業(yè)生產(chǎn)的說法中正確的是()a建筑高煙囪，使尾氣在高空擴散稀釋b設(shè)置“廢熱”鍋爐，產(chǎn)生蒸氣來供熱或發(fā)電c使用v2o5作催化劑，提高so2的轉(zhuǎn)化率d在吸收塔中，直接用水吸收三氧化硫【答案】b2硫酸工業(yè)中，常用濃硫酸吸收三氧化硫，而不用水來吸收的原因是()a三氧化硫溶于濃硫酸，不易溶于水b用濃硫酸吸收三氧化硫速度雖慢，但損失三氧化硫少c用水吸收易形成酸霧，吸收速度慢d用水吸收得到的不是純硫酸【答案】c3在制硫酸的工業(yè)中有以下反應(yīng)：2so2(g)o2(g)2so3(g)h0，下列說法錯誤的是()a生產(chǎn)中通入過量的空氣，可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率b生產(chǎn)中選擇400500，不僅能加快反應(yīng)速率，而且催化劑的活性好c根據(jù)實際情況在生產(chǎn)中選擇常壓，可以提高綜合經(jīng)濟(jì)