Производство серной кислоты
Методическая разработка урока.
Предмет: химия.
Тема: «Промышленное производство серной кислоты» (9 класс)
Цели: Рассмотреть химические реакции и принципы производства, лежащие в основе производства серной кислоты.
Задачи:
Образовательные
Расширить представления об основных понятиях химической кинетики на примере промышленного производства серной кислоты;
Дать понятие о научных принципах химического производства;
Рассмотреть реакции, лежащие в основе производства серной кислоты.
Воспитательные
Воспитывать бережное отношение к природе на основе принципов охраны окружающей среды.
Развивающие
Развивать логическое мышление на основе связи теории химической кинетики и промышленного производства.
Тип урока: объяснение нового материала.
Форма урока: виртуальная экскурсия.
Основной метод: частично-поисковый.
Оборудование: мультимедийный проектор, CD-диск «Уроки химии Кирилла и Мефодия» 8-9 класс неорганическая химия урок № 37, коллекция «Минералы и горные породы», плоскостные модели по производству серной кислоты (детали из бумаги или картона, показывающие промышленные установки в разрезе и детали соединения), бланки ответов.
Организационно-педагогические условия урока: На уроке обучение строится по выбору: индивидуально или в группах по 4 человеку. При выполнении заданий ученики могут обмениваться мнениями. Задавать друг другу вопросы, пользоваться своими конспектами, тетрадями, учебниками, дополнительной литературой.
Урок «Производство серной кислоты» («Уроки Кирилла и Мефодия») помимо текстовых материалов содержит анимированные медиалекции с дикторским текстом, которые демонстрируют внутреннее устройство промышленных установок и процессы в динамике, происходящие при производстве серной кислоты.
Ход и содержание урока.
Содержание.
Методы и формы.
I Проверка ранее изученного.
Дайте понятие скорости химической реакции? (скорость химической реакции определяется изменением концентрации веществ за единицу времени)
Какие факторы влияют на скорость химической реакции? (температура, площадь соприкосновения реагирующих веществ, катализатор)
Какие реакции называются обратимыми? (обратимыми называются реакции, протекающие в двух взаимно противоположных направлениях)
Перечислите показатели, с помощью которых можно охарактеризовать реакцию? (тип реакции, обратимость, тепловой эффект, изменение давления, наличие катализатора)
Что такое химическое равновесие? (химическое равновесие – это такое состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции равны)
Сформулируйте общий принцип смещения равновесия? (изменение условий ведет к смещению равновессия в ту сторону, уоторая ослабляет это воздействие)
Закончите предложения:
Если реакция экзотермическая, то температуру необходимо(понизить)
Если реакция эндотермическая, то температуру необходимо(повысить)
Если реакция идет с уменьшением объема, то давление необходимо(повысить)
Если реакция идет с увеличением объема, то давление необходимо(понизить)
II Создание мотивации и активизация знаний.
Какое применение находят полученные знания? (на их основе создаются производства). На их основе разрабатываются промышленные способы получения веществ. Можете ли вы, используя эти принципы, предположить какие условия необходимо соблюдать для производства серной кислоты? Сегодня мы с вами попробуем себя в роли технологов и совершим виртуальную экскурсию на завод по производству серной кислоты.
Сформулируйте общие задачи урока?
(общие:
Рассмотреть реакции, лежащие в основе производства серной кислоты;
Определить условия необходимые для проведения этих реакций;
Рассмотреть особенности установок для производства серной кислоты.)
Мы сформулировали общие цели, но у каждого из вас есть своя личная цель. Я не знаю, что каждому из вас хочется больше: поделиться своими наблюдениями или порадоваться открытиям товарищей, научиться чему-то новому или продемонстрировать то, чему вы уже научились Каждый мысленно задумайте свою цель.
III Изучение нового материала.
История развития производства серной кислоты.
Серная кислота принадлежит к старейшим известным кислотам; она была описана еще арабскими алхимиками. Они получали путем нагревания квасцов серный ангидрид оксид серы (VI), который при взаимодействии с водой превращается в серную кислоту: SO3 + H2O H2SO4
Исходным веществом для получения серной кислоты служил также и железный купорос FeSO4
· 7 Н2О. Купорос нагревали в глиняных сосудах до высокой температуры, и при этом выделялся оксид серы (VI). Этот оксид оставалось только пропустить в воду, и таким образом получалась серная кислота, которую называли «нордгауэенское купоросное масло».
Однако было известно, что и при сжигании серы с добавлением селитры, выделяющей кислород, также образуется серная кислота. Английский химик Ребук пошел по этому пути получения серной кислоты, но стал проводить соответствующие реакции в камерах, которые изнутри были выстланы свинцом. Первые опыты дали успешные результаты, и Ребук построил в 1741 году поблизости от Эдинбурга небольшой завод серной кислоты.
Наиболее современным методом производства серной кислоты, бесспорно, является контактный метод. Ввиду того, что твердые катализаторы называют контактными массами или контактом, само наименование этого метода определяет и его сущность. Принцип этого метода был разработан еще в 1831 году англичанином Филипсом, но после этого прошло 65 лет, пока Винклер и Книтч смогли разработать его в качестве широко применяемого в промышленности. Как часто бывает, между лабораторным опытом, выполненным в небольшом масштабе, и крупным техническим производством приходится отмечать громадную разницу.
Первое современное промышленное производство серной кислоты «контактным методом» было создано в России на Тентелевском заводе в Санкт-Петербурге в 1903 году (теперь завод называется «Красный химик»).
Сырье.
С чего начинается производство? (с выбора сырья) Каким требованиям должно отвечать сырье? (дешевое, доступное, с большим содержанием необходимого элемента). Вспомните, в виде каких соединений встречается в природе сера? Какой вид сырья вы бы выбрали? Почему?
(выгоднее использовать самородную серу, т.к. в ней содержание необходимого элемента наибольшее, но в нашей стране нет достаточного количества этого полезного ископаемого, поэтому используют железный колчедан)
А теперь давайте проверим, верны ли наши выводы.
Химизм процессов.
В основе производства кислоты лежат три реакции, каждая из которых будет обладать своими характеристиками, а, следовательно, необходимо осуществить три стадии производства, которые будут отличаться условиями проведения и химической аппаратурой.
Первая стадия производства.
Первая стадия производства – об
·жиг пирита. На основе знаний по химической кинетике предположите, какие условия необходимы для проведения этой реакции. (т.к. реакция экзотермическая необходимо понизить температуру, с уменьшением объема – давление необходимо повысить, увеличить концентрацию кислорода, измельчить пирит)
А теперь ваша задача обратить внимание как в зависимости от особенностей химических реакций подбираются условия проведения реакций на производстве. И как эти условия реализуются с помощью специального химического оборудования.
По результатам заполните таблицу.
I СТАДИЯ. (ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА). 4FeS2 + 11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
УСЛОВИЯ
______обратимая
______термическая
______каталитическая
с __________ объема (давления)
__________генная
_______________(теплообмен)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Система очистки.
Прежде чем перейти ко второй стадии производят очистку полученного газа. В чем причина? (полученный оксид серы (IV) загрязнен примесями, которые могут «отравить» катализатор) Обратите внимание, каким образом производят очистку.
Вторая стадия.
Вторая стадия производства окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). Вы уже познакомились с некоторыми принципами производства. На основе полученных знаний предположите, какие условия и принципы производства будут использоваться для проведения этой реакции в промышленных масштабах. Проверьте свои предположения и заполните таблицу.
II СТАДИЯ. (КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ) 2 SO2 + O2 2 SO3 + Q
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
УСЛОВИЯ
______обратимая
______термическая
______каталитическая
с __________ объема (давления)
__________генная
_______________(теплообмен)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Третья стадия.
Последняя стадия – поглощение оксида серы (VI) водой.
Задание остается прежним.
III СТАДИЯ. (ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ БАШНЯ) SO3 + H2O H2SO4 + Q
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
УСЛОВИЯ
______обратимая
______термическая
______каталитическая
с __________ объема (давления)
__________генная
_______________(теплообмен)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
IV Вывод.
В основе производства серной кислоты контактным способом лежат три реакции. Перечислите основные принципы производства, применяемые при производстве серной кислоты? (теплообмен, противоток, непрерывность)
V Применение полученных знаний.
Выполните тестовые задания. (текст тестовых заданий выводится на экран с помощью мультимедийного проектора, используются тестовые задания с диска «Уроки Кирилла и Мефодия»). Ответы вносятся в компьютер после обсуждения, проверяется правильность ответа, вносятся коррективы. Каждый ученик, сравнивая свои ответы с правильными, оценивает свою работу.
Из плоскостных моделей составьте схему производства серной кислоты. (правильность выполнения работы сравнивается с образцом)
Проанализируйте какие продукты, образующиеся в процессе производства серной кислоты могут представлять опасность для окружающей среды? Предложите принципы охраны окружающей среды при производстве серной кислоты.
Итоги урока: Проанализируйте, достигнуты ли цели, поставленные в начале урока? Оцените свою работу на уроке.
VI Домашнее задание.
Перечислите основные принципы производства.
Разработайте свой метод получения и производства серной кислоты.
Составьте схему производства серной кислоты.
Методы:
репродуктивный;
словесный;
опрос.
Форма обучения:
фронтальная.
Методы:
частично-поисковый;
словесный;
беседа.
Форма обучения:
фронтальная
Методы:
объяснительно-иллюстративный;
словесный;
рассказ.
Форма обучения:
фронтальная.
(запись на доске)
(запись на доске)
(запись на доске)
(запись на доске)
(запись на доске)
Методы:
частично-поисковый;
словесный;
беседа.
Форма обучения:
фронтальная.
(Демонстрация коллекций)
(фрагмент мультимедиа)
Методы:
объяснительно-иллюстративный;
словесно-наглядный;
рассказ.
Форма обучения:
фронтальная.
(фрагмент мультимедиа+ стр.1)
Методы:
частично-поисковый.
Форма обучения:
групповая
Методы:
объяснительно-иллюстративный;
словесно-наглядный;
рассказ.
Форма обучения:
фронтальная, групповая
(фрагмент мультимедиа + стр.2)
Методы:
объяснительно-иллюстративный;
словесно-наглядный;
рассказ.
Форма обучения:
фронтальная.
(фрагмент мультимедиа)
Методы:
частично-поисковый;
словесно-наглядный.
Форма обучения:
групповая.
(фрагмент мультимедиа + стр.3)
Методы:
частично-поисковый;
словесно-наглядный;
рассказ.
Форма обучения:
групповая.
(фрагмент мультимедиа + стр.4)
Методы:
репродуктивный;
словесный;
беседа.
Форма обучения:
фронтальная.
Методы:
репродуктивный;
практический.
Форма обучения:
групповая или индивидуальная.
ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ.
I СТАДИЯ. (ПЕЧЬ ДЛЯ ОБЖИГА). 4FeS2 + 11 O2 2Fe2O3 + 8SO2 + Q
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
УСЛОВИЯ
______обратимая
______термическая
______каталитическая
с __________ объема (давления)
__________генная
_______________(теплообмен)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
СИСТЕМА ОЧИСТКИ.
Циклон Электрофильтр Сушильная башня
пыль мелкая пыль вода
II СТАДИЯ. (КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ) 2 SO2 + O2 2 SO3 + Q
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
УСЛОВИЯ
______обратимая
______термическая
______каталитическая
с __________ объема (давления)
__________генная
_______________(теплообмен)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
III СТАДИЯ. (ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ БАШНЯ) SO3 + H2O H2SO4 + Q
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕАКЦИИ
УСЛОВИЯ
______обратимая
______термическая
______каталитическая
с __________ объема (давления)
__________генная
_______________(теплообмен)
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
Заголовок 1 Заголовок 215