化工硫酸工业教学设计.doc
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1、化工硫酸工业教学设计1教学设计1.1教材内容分析及教学设计构思硫酸是人类最早制得的化工产品之一,早在1000多年前,就有过史料记载。硫酸工业作为化工产业的基础,其发展已有200多年的历史。硫酸是化学工业许多产品的原料(大致有上千种化工新产品需要硫酸为原料),大量用于化肥、农药、医药、化学纤维等的生产,在冶金工业、石油工业、国防工业、轻工业等被广泛应用,被称为“化学工业之母”。硫酸在化工中的重要性决定了它与一个国家的化工发展密切相关,硫酸的制备方法的发展和演变过程、原理与生产方法的改变是人类知识进步和智慧的结晶。在硫酸制备方法的学习过程中,融入相关化工发展史的了解,一方面可加深学生对硫酸应用的理
2、解,另一方面可以使他们在学习有关原理与设备的改进过程中,提高分析、对比和思辨能力,了解工业发展的过程,感悟人类知识和技术进步的魅力。硫酸制法是中学阶段为数不多的作为重点化工知识学习的内容,其历史生产方法的3个阶段1:热分解法、硝化法、接触法,特征显着,条理清晰,易于在教学中整合,其中包含了大量的技术原理及技术思想。基于硫酸工业在教材和工业生产中的特殊地位,为了体现其重要性和所蕴含的化学科学的人文内涵,落实普通高中化学课程标准:“通过化学发展史的线索,使学生认识化学概念和化学原理是不断发展和深化的”2的建议,合理地将硫酸制备的化工发展史融入教学之中,可以更深入地使学生了解科学知识、科学方法,培养
3、技术素养和创造精神,并有效体现情感态度与价值观的教育。1.2教学目标知识与技能(1)了解并对比历史上硫酸的制备方法;(2)学习现代硫酸工业的反应原理,了解工业生产装置的工作原理。过程与方法通过分析、对比、讨论,思考历史上关于硫酸工业原理的优点与缺点,培养学生的概括能力和分析能力,加深对硫酸制备原理与装置的认识和理解,在反思和比较中体会科技创新的过程与方法。情感态度与价值观(1)通过了解硫酸工业发展的历史,感受科技进步发展的过程;(2)了解我国硫酸工业发展历史和现状,增强为科技进步和祖国强盛而学习的动力。1.3教学过程引入硫酸是最重要的基础化工原料,被誉为“化学工业之母”,我国自2018年硫酸产
4、量超过美国,跃居世界第一,至2018年已连续7年位居世界第一。从表1和表2可看出硫酸应用范围之广、产量之大。过渡作为最重要的基础化工原料之一,硫酸的制备应用经历了很漫长的历史。生产硫酸最古老的方法是用胆矾或绿矾为原料,在蒸馏釜中煅烧。反应的化学方程式为:一、历史上硫酸的工业制取方法:1.加热分解法CuSO4?5H2O高温CuO+SO3+5H2O2FeSO4?7H2O高温Fe2O3+SO2+SO3+14H2O。其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝便得到硫酸。欧洲在中世纪曾称硫酸为绿矾油。设疑以上2种制硫酸的方法有明显的缺点,请同学们思考。生答固体加热高温能耗大;原料来源少,价格昂贵;副产物多,产量小,不
5、易利用;难以大规模生产等。过渡硫黄是一种使用较多的化学药品,人们逐渐发现用硫黄与硝石(主要成分是KNO3)混合加热也能产生硫酸(硫黄燃烧可产生SO2,硝石加热可产生NO2)。具体反应原理可简略表示如下:2.氮氧化物氧化法硝化法SO2+NO2+H2O=H2SO4+NO2NO+O2=2NO2投影并讲述1736年,英国人瓦德最早将这一原理应用于大规模生产硫酸,他通过特殊方法制得了大容积(300L左右)的球形玻璃容器,用大铁盘装上硫黄与硝石在预先加入水的玻璃容器中点燃。瓦德的工厂有近百个大玻璃容器,大规模的生产使当时的硫酸价格下降到了原先的1/16。问题这种方法虽然使硫酸的产量提高,成本下降了很多,但
6、也还存在不少缺陷,请同学们思考。生答玻璃仪器易碎,容积不大,铁盘易腐蚀,产量还不能很高等。投影并讲述很快地,瓦德的生产方法被一位名叫加贝特的技术员改进了。他选择了不易被硫酸腐蚀的铅制成铅室,铅室的体积可以达到近10m3,不断地放入硫黄与硝石,每4个星期取出1次酸,使硫酸的产量得到了进一步的提高。到后来最大的铅室一直做到了近200m3。设疑工业的发展对硫酸的需求量越来越高,大规模化的工业生产要求生产过程必须是连续的。不论是瓦德的玻璃容器还是加贝特的铅室,制备原理都是相同的,它们的生产过程有一个极大的弱点。请同学们讨论后回答。(学生讨论)生答间断性生产,不能连续(因每4个星期要打开铅室取酸)。提出
7、问题那么,如何解决不能连续生产的问题?(启发并让学生讨论)生答向铅室中喷水,另置燃烧硫黄与硝石的炉子将产生的气体通入铅室等。过渡讲解以上在技术设备上对硫酸制备的改进,取得了很好的经济与生产的效益,但在原理上还是相同的,都是氮氧化物氧化法的具体应用。因为游离态硫单质硫黄的分布较低,自然界中存在较多的是硫的化合物,为了降低成本,人们开始使用含硫的矿物产生SO2,开始使用氧气氧化氨气替代较昂贵的硝石产生氮的氧化物用于氧化SO2转变为SO3。提出问题回到上述化学反应,要求学生根据反应原理,思考氮的氧化物在反应中的用途?生答起催化剂作用,实质上并没有消耗。过渡提问因此,在工业上合理循环使用氮的氧化物就显
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