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

第一單元 走進化學工業(yè)課題1化工生產過程中的基本問題教學目標分析課標解讀1依據化學反應原理，掌握生產硫酸的基本流程。2了解硫酸工業(yè)生產中原料、廠址和規(guī)模的選擇。3了解硫酸生產過程中反應條件的控制及能量的綜合利用。4了解化學科學實驗與化工生產的區(qū)別。5了解工業(yè)生產中三廢處理的方法，防止環(huán)境污染。重點難點1.掌握硫酸工業(yè)生產中的“三原料、三階段、三設備、三反應”。(重點)2.能運用化學平衡原理分析二氧化硫催化氧化反應的適宜條件，了解硫酸生產過程中反應條件的控制。(重難點)教學方案設計新課導入硫酸是一種重要的基本化工原料，也是一個國家化學工業(yè)生產能力的重要標志。生產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”。你了解現代工業(yè)生產硫酸的流程嗎？你了解工業(yè)生產中怎樣處理“三廢”防止環(huán)境污染嗎？讓我們共同學習本課題知識掌握化工生產過程中的基本問題。課前自主導學依據化學反應原理確定生產過程1.化工生產與化學反應的關系化工生產依據化學反應原理符合化學反應規(guī)律基礎實驗室研究2確定化工生產反應原理與過程的一般方法對于某一具體的化工產品，研究生產過程要從產品的化學組成和性質考慮，來確定原料和生產路線。3確定化工生產反應原理與過程的案例研究 生產硫酸(1)原料：從h2so4的組成看，原料應該是自然界存在的含硫的物質，如硫黃、黃鐵礦(主要成分是fes2)等。(2)步驟：生產硫酸的主要化學過程可以分成so2的生成、so2轉化為so3和so3轉化為硫酸三個階段。(3)原理：工業(yè)制硫酸的“三階段”與“三反應”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生產中反應條件的控制1.生產中反應條件的選擇在化工生產中要通過反應條件的控制使化學反應速率和反應物的轉化率都比較理想，還要同時考慮控制某些反應條件的成本和實際可能性。2硫酸工業(yè)生產中條件的選擇化學反應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速率和so2轉化率都較理想so2的轉化率隨壓強增大的并不多催化劑能同等程度增大正、逆反應速率生產中三廢的處理1.尾氣吸收(1)過程:硫酸尾氣(含少量so2)caso3so2(返回作生產硫酸的原料)(2)過程中涉及的化學方程式so2ca(oh)2=caso3h2ocaso3h2so4=caso4so2h2o2污水處理不同的化工生產過程產生的污水所含有的雜質不同，除要進行一般的處理外，還要根據雜質的性質，利用不同的化學方法進行處理。3廢渣的利用用黃鐵礦為原料生產硫酸的過程中，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硫酸生產過程中的污水中含有酸性物質，為減小其對環(huán)境的危害應如何處理？【提示】可用堿性物質將其中和，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.硫酸生產過程中的三個反應都是放熱反應。2硫酸工業(yè)充分利用廢熱的方法是：利用so2氧化為so3時放出的熱量來預熱即將參加反應的so2和o2。3你認為在硫酸工業(yè)中合理利用能源，可采取哪些措施？課堂互動探案化學原理在硫酸工業(yè)生產中的應用【問題導思】在硫酸的生產過程中，常用過量的空氣，其目的是什么？【提示】增加一種反應物的量可使平衡向正反應方向移動，同時提高了so2的轉化率。so2被催化氧化成so3，為了提高so3的產率接觸室中應取等溫過程，還是絕熱過程為宜？【提示】采用等溫過程。1化學反應速率和化學平衡原理2so2(g)o2(g)2so3(g)(放熱反應)(1)提高反應速率的“措施”提高化學反應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)生產的“三條件”溫度低溫有利于提高so2的轉化率。低溫時催化劑活性不高，反應速率低。400500 作為操作溫度，此時反應速率和so2轉化率均較理想。壓強增大壓強對提高so2轉化率有利增大壓強可提高反應速率常壓。原因是常壓下so2轉化率已經很高，增大壓強會增加投資和能量消耗適當過量的空氣目的是提高so2的轉化率。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，使原料與助燃氣體充分接觸，反應充分進行；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熱交換原理的應用由于2so2o22so3是放熱反應，在接觸室內使用熱交換器，使反應后的氣體預熱作為接觸室的原料氣，達到節(jié)約能源、降低生產成本的目的。4循環(huán)操作原理的應用由于2so2o22so3是可逆反應，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)多步反應的計算【問題導思】利用黃鐵礦(fes2)為原料生產硫酸時，假設每步反應均能完全轉化，1mol fes2能生產多少硫酸？【提示】利用元素守恒法1mol fes2可生產2mol硫酸。什么是原料轉化率？多步反應的轉化率與各步反應的轉化率有何關系？【提示】原料轉化率100%，多步反應的轉化率各步反應轉化率的乘積。1關系式法關系式法解題需要找準關系式，找關系式的一般方法是根據涉及的多步反應的化學方程式，依照元素質量守恒或電子轉移數目守恒的原則找出連續(xù)多步反應中元素的轉化關系，如在用黃鐵礦制硫酸時，根據轉化過程中硫元素守恒的原則可以找到這樣的關系式：fes22so22so32h2so4或sso2so3h2so4在工業(yè)制硫酸的有關計算中通常就利用以上兩關系式解題。2常見量的計算公式(1)礦物的純度100%(2)原料利用率100%(3)原料轉化率原料利用率1原料損失率(4)產率100%(5)多步反應的總轉化率各步反應轉化率的乘積當堂達標1下列關于硫酸工業(yè)生產的說法中正確的是()a建筑高煙囪，使尾氣在高空擴散稀釋b設置“廢熱”鍋爐，產生蒸氣來供熱或發(fā)電c使用v2o5作催化劑，提高so2的轉化率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：2so2(g)o2(g)2so3(g)h0，下列說法錯誤的是()a生產中通入過量的空氣，可以提高二氧化硫的轉化率b生產中選擇400500，不僅能加快反應速率，而且催化劑的活性好c根據實際情況在生產中選擇常壓，可以提高綜合經濟