2019-2020年人教版高中化學(xué)選修2第一單元課題1《化學(xué)生產(chǎn)過程中的基本問題》教案.doc

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2019-2020年人教版高中化學(xué)選修2第一單元課題1《化學(xué)生產(chǎn)過程中的基本問題》教案 一、 教學(xué)目標(biāo) 知識與技能： 1. 以硫酸工業(yè)為例，了解化工生產(chǎn)中的一些基本問題。 2. 知道生產(chǎn)硫酸的主要原理、原料、流程和意義。 過程與方法： 1. 了解從理論研究成果到現(xiàn)實生產(chǎn)的過程。 2. 學(xué)會將所學(xué)的知識應(yīng)用于實際的方法。 情感態(tài)度與價值觀： 1. 樹立合理利用自然資源、節(jié)約能源的觀點。 2. 培養(yǎng)既會獨立思考，又能與人合作的能力。 二、 教學(xué)重點 化工生產(chǎn)過程中的基本問題；工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理；平衡移動原理及其對化工生產(chǎn)中條件控制的意義和作用 三、 教學(xué)難點 化工生產(chǎn)過程中的基本問題；工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)原理 四、 教學(xué)方法 討論探究 多媒體 五、 課時安排 2課時 六、 教學(xué)過程 [課程引入]一個生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)，涉及許多問題。如化學(xué)反應(yīng)原理、原料選擇、能源消耗、設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝流程、環(huán)境保護(hù)以及綜合經(jīng)濟(jì)效益等等。本節(jié)課我們就以硫酸工業(yè)為例，了解化工生產(chǎn)中的一些基本問題。 [投影]硫酸可以用來制化肥，如磷肥、氮肥等。可以在金屬加工和金屬制品電鍍以前，除去金屬表面的氧化物膜，可以制取許多有實用價值的硫酸鹽，如硫酸銅、硫酸亞鐵等，還可用于精煉石油，制造炸藥、農(nóng)藥、染料等，實驗室中常用作干燥劑。 [設(shè)疑]硫酸有那么多用途，工業(yè)上是如何生產(chǎn)的呢？請同學(xué)們根據(jù)所學(xué)過的硫及其氧化物知識，討論生產(chǎn)硫酸的原理。 [學(xué)生討論并歸納]生產(chǎn)H2SO4 的主要化學(xué)過程可以分為SO2 的生成和SO2轉(zhuǎn)化為SO3兩個階段。 [提問]如果以硫磺為原料制硫酸，你能試著用方程式表示制硫酸的反應(yīng)原理嗎？ [交流討論并歸納板書] 一.依據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理確定生產(chǎn)過程： 1. 以硫為原料制備SO2 S(s)+O2(g)﹦ SO2(g) (放熱反應(yīng)) 2. 利用催化氧化反應(yīng)將SO2氧化成SO3 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) （放熱反應(yīng)） 3. 三氧化硫轉(zhuǎn)化為硫酸 SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l) （放熱反應(yīng)） 按照上述反應(yīng)原理，工業(yè)制硫酸主要分為造氣、催化氧化和吸收三個階段。 貯存室 98%硫酸 98%硫酸 發(fā)煙 硫酸 SO3 SO2 造氣 （制SO2） 凈化 干燥 空氣 催化反應(yīng)室，400-500℃，常壓，催化劑 吸收塔 稀釋室 水 [講述]知道了生產(chǎn)硫酸的原理，那我們就一起學(xué)習(xí)生產(chǎn)中原料的選擇。 [板書]二.生產(chǎn)中的原料選擇 [設(shè)疑]為什么不主張用黃鐵礦作為原料，而要選擇硫磺？ [討論歸納]由于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高，所以選擇硫磺、空氣和水作為生產(chǎn)硫酸的原料。 [投影]硫酸生產(chǎn)的主要設(shè)備 [講述]在實驗室化學(xué)反應(yīng)是在一定條件下進(jìn)行的，所用儀器比較簡單，自動化程度不高，而在我們的工業(yè)生產(chǎn)中需要根據(jù)實際情況來選擇合適的反應(yīng)條件。現(xiàn)在同學(xué)們根據(jù)反應(yīng)原理，閱讀教材P6-7思考與交流，然后歸納該生產(chǎn)過程的適宜條件。 [閱讀討論] 1．從表1-1和表1-2可以看出，溫度越低、壓強(qiáng)越大，越有利于SO2的生成，但壓強(qiáng)的影響不是很大。2．思路：低溫時有利于SO2的轉(zhuǎn)化，但考慮催化劑活性，溫度不能太低。高壓有利于SO2的轉(zhuǎn)化，但試驗表明增大壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高并不大，而且考慮設(shè)備、成本和能源消耗問題，壓強(qiáng)不應(yīng)很高，可以考慮常壓。而反應(yīng)過程中二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫需要氧氣，所以應(yīng)該有充足的空氣（對此問題學(xué)生可能會有不同的回答，教師可引導(dǎo)學(xué)生討論，最后給出實際結(jié)果） [講述板書]三.生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制 硫酸生產(chǎn)中的適宜條件： (1)低溫(400~500℃) (2)常壓 (3)適當(dāng)過量的空氣 [設(shè)疑]當(dāng)一個化學(xué)反應(yīng)完成后，我們還應(yīng)該注意什么問題？ [學(xué)生]要注意保護(hù)環(huán)境，處理反應(yīng)中產(chǎn)生的廢棄物。 [講述]很好，現(xiàn)在我們一起來處理該反應(yīng)產(chǎn)生的三廢。首先是尾氣處理，應(yīng)該怎么吸收反應(yīng)所產(chǎn)生的二氧化硫？ [分析并板書]四.生產(chǎn)中的三廢處理： 1.尾氣吸收： ＳＯ２ Ｃa（ＯＨ）２ ＣaＳＯ３ Ｈ２ＳＯ４ ＳＯ２（重新利用） 2.污水處理：用石灰漿(Ca(OH)2或石灰石粉中和酸性廢液。Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O。生成的硫酸鈣可制建材用的石膏板。 3.廢渣處理：分離后循環(huán)利用,剩下的作鋪路用的瀝青或用于制磚。 [講述]我們應(yīng)該注意的是還可以充分利用反應(yīng)中產(chǎn)生的能量。硫酸生產(chǎn)過程中的三個化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，可以充分利用這些反應(yīng)放出的熱能(工廠里把它們叫做“廢熱”)以降低生產(chǎn)成本。在實際的化工廠生產(chǎn)過程中我們還應(yīng)該充分考慮其他各方面的因素，如廠址選擇、交通、人力等因素。 七、 課堂小結(jié) 1. 工業(yè)上接觸法制硫酸概括為“五個三” : 三種原料: 三個反應(yīng): 三個生產(chǎn)過程: 三個主要設(shè)備: 硫酸工業(yè)生產(chǎn)的三個適宜條件: 2. 硫酸生產(chǎn)中的廢氣及廢液的處理方法： 八、 課后作業(yè)： 教材P21 課外拓展： 一.酸雨 （1） 酸雨的定義 一般認(rèn)為,酸雨是由于燃燒高硫煤排放的二氧化硫等酸性氣體進(jìn)入大氣后,造成局部地區(qū)大氣中的二氧化硫富集,在水凝結(jié)過程中,溶解于水形成亞硫酸,然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化劑的的氧化作用生成硫酸,隨雨水降下形成酸雨.酸雨的pH值一般少于5.6. （2） 酸雨的危害 對人體健康的直接危害,硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部組織,引起肺水腫等疾病而使人致死.引起河流、湖泊的水體酸化,嚴(yán)重影響水生動植物的生長.破壞土壤、植被、森林.腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料.滲入地下,使水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中高很多倍. （3） 酸雨的治理 二氧化硫污染大氣的罪魁——煤，平均含硫量約為2.5%-3%。為治理煤燃燒時造成的二氧化硫污染，一種辦法是事先從煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黃鐵礦（FeS2）的形態(tài)存在；這樣的煤以脫硫工藝處理后其含硫量可降低到約為1%。大部分的煤中還含有較多的有機(jī)硫化合物，這樣的煤以脫硫平均只能除去原含硫量的約40%。 二．硫酸廠選址的因素 （1） 化工廠選址的因素 一般來說，現(xiàn)代化工生產(chǎn)要求有較大的生產(chǎn)規(guī)模?；S廠址選擇是很復(fù)雜的問題，涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、交通運輸、環(huán)境保護(hù)和市場需求等諸多因素，應(yīng)對這些因素綜合考慮，權(quán)衡利弊，才能作出合理的選擇。 化工廠廠址選擇一般應(yīng)考慮下列因素：①是否有市場需求；②是否接近原料供應(yīng)地；③土地供應(yīng)是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉價；⑥交通運輸是否方便；⑦能否達(dá)到環(huán)境保護(hù)要求。 上述這些因素必須在遵循科學(xué)原則的基礎(chǔ)上，著重考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益，即要求最大限度地提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 （2） 硫酸廠選址的因素 由于硫酸是腐蝕性液體，不便貯存和運輸，因此要求把硫酸廠建在靠近硫酸消費中心的地區(qū)，工廠規(guī)模的大小，主要由硫酸用量的多少決定；硫酸廠廠址應(yīng)遠(yuǎn)離水源和河流的上游，以免工廠的污水污染水源；也不要設(shè)置在城鎮(zhèn)和居民區(qū)盛行風(fēng)向的上風(fēng)地帶，以免工廠排放的大量煙塵和有害氣體污染城鎮(zhèn)的水源和大氣等。 三.廢熱利用 硫酸工業(yè)三個生產(chǎn)階段的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)充分利用放出的熱量，減少能耗。 第一階段黃鐵礦燃燒放出大量的熱，通常在沸騰爐處設(shè)廢熱鍋爐，產(chǎn)生的過熱蒸汽可用于發(fā)電，產(chǎn)生的電能再供應(yīng)硫酸生產(chǎn)使用（如礦石粉碎、運輸，氣流、液流等動力用電）。 第二階段二氧化硫氧化放熱可用于預(yù)熱原料氣，生產(chǎn)設(shè)備叫熱交換器，原料氣又將三氧化硫降溫，再送入吸收塔。