Урок химии в 9 классе.Серная кислота. Производство серной кислоты контактным способом.
План-конспект урока по теме:
«Серная кислота. Производство серной кислоты контактным способом»
Цель: изучить свойства серной кислоты и ее получение.
Задачи:
1. Изучить строение и свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты; раскрыть ее области применения; рассмотреть основные стадии производства серной кислоты контактным способом.
2. Развивать умение определять общие свойства для кислот; умение составлять уравнения химических реакций, умение вести наблюдение и делать выводы; умение осуществлять самоконтроль; коммуникативные навыки и познавательный интерес к предмету.
3. Расширить мировоззрение учащихся; воспитать самостоятельную активность; экологическое воспитание.
Методы:
-словесные: беседа, объяснение;
-наглядные: демонстрация презентации, опытов;
-практические: работа в рабочей тетради.
Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация, периодическая система химических элементов, ряд активности металлов, рабочая тетрадь.
Тип урока: комбинированный
План урока:
I. Организационный момент (1 мин).
II. Знакомство учащихся с планом урока (1 мин).
III. Актуализация знаний учащихся (3 мин).
IV. Изучение нового материала (13 мин).
V. Закрепление (8 мин).
VI. Рефлексия (3 мин).
VII. Подведение итогов урока (1 мин).
Ход урока
Организационный момент.
Знакомство учащихся с планом урока.
Сегодня на уроке мы будем говорить о веществе, которое поражало воображение алхимиков: оно дымило на воздухе, вызывало кашель, разъедало ткань, бумагу, металл. Это вещество - серная кислота (слайд 1).
Актуализация знаний учащихся.
Д.И.Менделеев: «Едва ли найдется другое, искусственно добываемое, вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота. Там, где техническая деятельность развита, там потребляется и много серной кислоты» (слайд 2)
Учитель. Где же используется серная кислота? Почему ей отводят такую важную роль? Серная кислота используется (слайд 3):
в производстве минеральных удобрений;
для получения различных минеральных кислот и солей;
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отрасли промышленности;
в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих веществ и взрывчатых веществ;
в органическом синтезе;
в производстве различных медицинских препаратов.
Учитель. Смотрите, какое широкое применение имеет серная кислота. Почему она находит такое широкое применение? Какими свойствами она обладает и почему? Вот на эти вопросы нам предстоит ответить сегодня на уроке. Мы будем наблюдать за ходом видеоопытов, делать выводы и составлять уравнения химических реакций. В конце урока вы выполните самостоятельно работу и оцените себя.
Изучение нового материала.
Серная кислота - одна из самых сильных кислот. Она была известна средневековым алхимикам (слайд 4). На Руси серная кислота появилась в XVII в. Ее называли купоросным маслом, так как она образуется при прокаливании "купороса". В то время купоросом называли сульфаты двухвалентного и трехвалентного железа.
Рассмотрим свойства серной кислоты по плану.
1. Строение молекулы. Молекулярная формула серной кислоты H2SO4 .Структурная формула имеет вид (слайд 5), атом серы связан с атомами кислорода, образуя шесть связей.
2. Физические свойства. Серная кислота - бесцветная, тяжелая (плотность 1,84г/см3), маслянистая жидкость (слайд 6). При разбавлении концентрированной серной кислоты происходит сильное разогревание раствора. Поэтому при разбавлении необходимо быть крайне осторожными и помнить, что необходимо кислоту приливать в воду, а не наоборот (слайд 7). Если налить воду в кислоту, то смешивание жидкостей будет происходить на поверхности, так как вода имеет плотность меньше. Вода из-за сильного разогрева закипит, а горячие брызги раствора кислоты могут нанести ожоги. Запомните это.
Концентрированная серная кислота поглощает из воздуха водяные пары. В этом можно убедиться, если открытый сосуд с концентрированной серной кислотой уравновесит на весах; через некоторое время чашка с сосудом опустится. Это свойство серной кислоты хозяйки использовали для борьбы с изморозью и запотеванием окон зимой. Между стеклами в двойных оконных рамах на зиму ставили стаканчик с концентрированной серной кислотой для поглощения влаги.
3. Химические свойства. Для разбавленной серной кислоты характерны все химические свойства, общие для кислот.
Учитель. Ребята, назовите эти свойства.
Учащиеся. Разбавленная серная кислота проявляет следующие свойства:
-водный раствор серной кислоты изменяет окраску индикаторов;
-взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода;
-с основными и амфотерными оксидами;
- с основаниями;
- с растворами солей.
Учитель. Правильно. Рассмотрим свойства разбавленной серной кислоты.
Учитель. 1. Раствор серной кислоты изменяет окраску индикаторов – лакмус краснеет, метилоранж приобретает розовую окраску (слайд 8).
H2SO4 H++HSO4- (среда кислая)
HSO4- H++SO42-
2. Разбавленная серная кислота взаимодействует с металлами, стоящими в ряду напряжения до водорода (слайд 9). (Обращаем внимание на ряд активности металлов).
Zn + Н2SO4 ZnSO4 + H2
сульфат цинка
Mq + Н2SO4 MqSO4 + H2
сульфат магния
Сu+ Н2SO4
·
3. Серная кислота взаимодействует с основными и амфотерными оксидами
(слайд 10):
Н2SO4 + CuO CuSO4 + H2O
сульфат меди
4. Серная кислота взаимодействует с основаниями (слайд 11):
Н2SO4 + 2КOHК2SO4 + 2H2O
сульфат калия
Если кислота взята в избытке, то образуется кислая соль:
Н2SO4 + КOH К НSO4 + H2O
гидросульфат калия
5. Серная кислота реагирует с солями, вытесняя из них другие кислоты:
(слайд 11)
3 Н2SO4 +Ca3(PO4)2 3CaSO4+2H3PO4
сульфат кальция
Учитель. Таким образом, делаем вывод: разбавленная серная кислота проявляет свойства, характерные для всех кислот.
Учитель. Кроме свойств, характерных для всех кислот серная кислота проявляет и специфические свойства.
1. Так как в H2SO4 сера находится в высшей положительной степени окисления (+6), то она может только принимать электроны, поэтому она является кислотой-окислителем и взаимодействует как с активными металлами, так и с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений металлов после водорода. В ходе таких реакций образуется не водород, а H2S, S или SO2 в зависимости от концентрации кислоты и от положения металла в ряду напряжений (слайд 12).
Cu+2H2SO4CuSO4+SO2 + 2H2O
сульфат меди
2. Концентрированная серная кислота обугливает органические вещества - сахар, бумагу, волокна и т.д., отнимая от них элементы воды. При этом образуются гидраты серной кислоты (слайд 13). Обугливание сахара можно выразить уравнением
C12H22O11+nH2SO412C+nH2SO4 11H2O
сахар
3. Характерной реакцией на серную кислоту и её соли является взаимодействие с растворимыми солями бария (слайд 14):
BaCI2 + Н2SO4 BaSO4 + 2HCI
сульфат бария
белый осадок
Эта реакция является качественной на сульфат - ионы.
Учитель. Концентрированная серная кислота – сильный окислитель: обугливает органические вещества, взаимодействует почти со всеми металлами (исключение Au, Pt и некоторые другие).
4. Применение. Широкое применение находят и соли серной кислоты – сульфаты и гидросульфаты (слайд 15)
5. Производство серной кислоты контактным способом (доклады учащихся) (Приложение №1) (слайд 16,17)
Учитель. С производством серной кислоты связано немало экологических проблем (слайд 18). В ее производстве перерабатывают и получают такие вещества, как сероводород H2S, оксид серы (IV) SO2, оксид серы (VI) SO3, и сама серная кислота H2SO4. Эти вещества, присутствуя в воздухе, отражаются на здоровье людей. Например, сернистый газ вызывает раздражение кожи, слизистых, дыхательных путей. Оксид серы (VI) оказывает раздражающее действие на легкие и вызывает их отек. Чтобы не допустить отравления газами каждый рабочий, работающий на производстве, должен иметь противогаз. В заводских помещениях систематически контролируют содержание газов в воздухе. В помещениях, где работают с серной кислотой, рабочие должны быть в резиновых сапогах, перчатках и носить защитные очки. Именно поэтому на предприятиях большое внимание уделяется строительству очистных сооружений, чтобы защитить окружающую среду от загрязнения.
Закрепление (выполнение упражнений в рабочей тетради) (слайд 19).
Рефлексия (проверяем правильность выполнения заданий, самоконтроль) (слайды 20,21,22,23,24)
Подведение итогов урока (слайд 25).
Учитель. Сегодня на уроке мы изучили с вами свойства серной кислоты, рассмотрели ее получение контактным способом.
Спасибо за урок.
Литература:
1. Ресурсы Интернета
2. Репетитор по химии и биологии [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
3. Электронные уроки и тесты. ЗАО «Просвещение – МЕДИА», 2005, ЗАО «Новый диск», 2005г
Приложение №1 Производство серной кислоты контактным способом
Доклад 1. Производство серной кислоты. Подготовка сырья.
Серную кислоту в промышленности производят двумя способами: контактным и нитрозным. Мы рассмотрим производство серной кислоты контактным способом.
Сырьем для производства серной кислоты может быть:
самородная сера;
пирит (серный колчедан);
сероводород;
сульфиды цветных металлов ZnS, Cu2S.
Разберём производство серной кислоты из пирита FeS2.
Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Мы знаем, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ.
После измельчения пирита, его очищают от примесей (пустой породы и земли) методом флотации. Для этого измельчённый пирит опускают в огромные чаны с водой, перемешивают, пустая порода всплывает наверх, затем ее удаляют.
Производство серной кислоты из пирита состоит из трёх стадий. Рассмотрим каждую стадию.
Доклад 2. Первая стадия - обжиг пирита в печи для обжига в «кипящем слое».
Уравнение реакции первой стадии
t = 800°C
4FeS2 + 11O2 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
Измельчённый очищенный влажный (после флотации) пирит сверху засыпают в печь для обжига в "кипящем слое". Снизу (принцип противотока) пропускают воздух, обогащённый кислородом, для более полного обжига пирита. Температура в печи для обжига достигает 800°С. Пирит раскаляется до красна и находится в "подвешенном состоянии" из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. За счёт выделяющейся теплоты в результате реакции поддерживается температура в печи. Избыточное количество теплоты отводят: по периметру печи проходят трубы с водой, которая нагревается. Горячую воду используют дальше для центрального отопления рядом стоящих помещений.
Образовавшийся оксид железа Fe2O3 (огарок) в производстве серной кислоты не используют. Но его собирают и отправляют на металлургический комбинат, на котором из оксида железа получают металл железо и его сплавы с углеродом - сталь (2% углерода С в сплаве) и чугун (4% углерода С в сплаве). Таким образом, выполняется принцип химического производства - безотходность производства.
Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, пары воды (пирит был влажный!) и мельчайшие частицы огарка (оксида железа). Такой печной газ необходимо очистить от примесей твёрдых частиц огарка и паров воды.
Очистка печного газа от твёрдых частичек огарка проводят в два этапа - в циклоне (используется центробежная сила, твёрдые частички огарка ударяются о стенки циклона и ссыпаются вниз) и в электрофильтрах (используется электростатическое притяжение, частицы огарка прилипают к наэлектризованным пластинам электрофильтра, при достаточном накоплении под собственной тяжестью они ссыпаются вниз), для удаления паров воды в печном газе (осушка печного газа) используют серную концентрированную кислоту, которая является очень хорошим осушителем, поскольку поглощает воду.
Осушку печного газа проводят в сушильной башне - снизу вверх поднимается печной газ, а сверху вниз льётся концентрированная серная кислота. На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2.
Доклад 3. Вторая стадия - окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) кислородом.
Вторая стадия - окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI) кислородом протекает в контактном аппарате. Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O2 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]2SO3 + Q. Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3).
а) температура:
Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO3 является температура 400-500°С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия V2O5.
б) давление:
Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2 и 1V O2), а справа - 2V SO3. Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении.
Прежде чем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2 продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате. Температура 400-500°С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3.
Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
Доклад 4. Третья стадия – поглощение оксида серы (VI) серной кислотой.
Третья стадия протекает в поглотительной башне.
А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде:
SO3 + H2O [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]H2SO4. Но дело в том, что если для поглощения оксида серы использовать воду, образуется серная кислота в виде тумана, состоящего из мельчайших капелек серной кислоты (оксид серы растворяется в воде с выделением большого количества теплоты, серная кислота настолько разогревается, что закипает и превращается в пар). Для того, чтобы не образовывалось сернокислотного тумана, используют 98%-ную концентрированную серную кислоту. Два процента воды - это так мало, что нагревание жидкости будет слабым и неопасным. Оксид серы очень хорошо растворяется в такой кислоте, образуя олеум: H2SO4·nSO3.
Уравнение реакции этого процесса nSO3 + H2SO4 [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]H2SO4·nSO3
Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
Рабочая тетрадь
по химии
__________________
Тема урока: «Серная кислота. Производство серной кислоты контактным способом».
План:
Строение молекулы.
Физические свойства.
Химические свойства.
Соли серной кислоты.
Самостоятельная работа.
1. Формула кислоты:_______________________
Структурная формула:
2.Физические свойства:_______________________
_______________________________________________
_______________________________________________
Помни: кислоту в воду!!!
3. Химические свойства:
I. Свойства, общие с другими кислотами:
1. Раствор серной кислоты изменяет окраску индикаторов: лакмус ____________________________
метиловый оранжевый____________________________
фенолфталеин ___________________________________
2. Серная кислота взаимодействует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода:
Mq + H2SO4 __________________________________
Zn+ H2SO4 ___________________________________
Сu+ H2SO4 ___________________________________
3. Серная кислота взаимодействует с основными и амфотерными оксидами:
CuO + H2SO4 ________________________________
4. С основаниями:
Н2SO4 + КOH_________________________________
Н2SO4 (изб.)+ КOH ______________________________
5. С солями:
Н2SO4 +Ca3(PO4)2 ____________________________
II. Специфические свойства:
1. Концентрированная серная кислота взаимодействует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений металлов после водорода (исключение Au, Pt и некоторые другие).
Cu+H2SO4 (конц.)________________________________
2. Обугливает органические вещества, отщепляя от них водород и кислород в виде воды:
C12H22O11+nH2SO4_____________________________
сахар
3. Качественная реакция на сульфат – ионы:
BaCI2 + Н2SO4 ________________________________
4. Соли серной кислоты
_________________ ______________________
Опорный конспект по теме:
Физические свойства: бесцветная, маслянистая, тяжелая (вдвое тяжелее воды) жидкость. При растворении ее в воде происходит сильное разогревание.
Помни! КИСЛОТУ в ВОДУ!
Свойства, общие с другими кислотами:
1. Водный раствор изменяет окраску индикаторов:
лакмус
метиловый оранжевый
фенолфталеин
с Ме: H
выделяется H2
Ме +кислотасоль + H2
с МеО соль + H2O
с МеОН
сульфаты (гидросульфаты)
5. с солями
соль + кислота соль + кислота
Специфические свойства:
1. с Ме: исключение Аu, Pt и некоторые другие H2 S, SO2 ,H2S
Ме + Н2SO4 МеSO4 + SO2 + H2O (конц.) (S, H2S)
2.обугливает органические вещества - сахар, бумагу, волокна и т.д
3.качественная реакция с солями бария BaCI2 + Н2SO4 BaSO4 + 2HCI
белый осадок
Получение серной кислоты контактным способом:
печь для обжига пирита циклон электрофильтр сушильная башня теплообменник контактный аппарат поглотительная башня
FeS2 SO2 SO3 H2SO4
(S, H2S) (SO3 H2SO4) олеум
Самостоятельная работа.
Выполните упражнения:
Упражнение № 1 Вставьте пропущенные слова:
Плотность; вдвое; тепла; концентрированной; качественная; кожу; сахар; кислота; вода; маслянистая.
Серная кислота - _____________________ жидкость, имеющая _______________ примерно ________________ большую, чем вода. Она повреждает _______________ , обугливает _________________ и древесину. При разбавлении концентрированной серной кислоты выделяется большое количество ________________. Разбавление __________________ серной кислоты всегда следует проводить согласно следующему правилу: «Сначала ________________, потом ________________». Взаимодействие серной кислоты с солями бария – это ____________________ реакция.
(1 балл за правильный ответ)_____________
Упражнение № 2 В каких аппаратах происходят следующие процессы:
1. очистка от мелкой пыли
а) циклон
2. обжиг пирита
б) электрофильтр
3. очистка от крупной пыли
в) печь для обжига пирита
4. окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI)
г) поглотительная башня
5. очистка от водяных паров
д) сушильная башня
6. гидратация оксида серы (VI)
е) контактный аппарат
Ответ: 1- _____ 4 - _______
2- _____ 5 - _______
3 - _____ 6 - _______
(1 балл за правильный ответ)_____________
16-14 баллов –«5» 13-11 баллов – «4» 10- 8 баллов -«3» меньше 8 баллов –«2» Оценка:___________________
13PAGE 15
13PAGE 141515
15