Конспект урока по химии на тему "Химия в производстве" (11 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Кезская средняя общеобразовательная школа №1» 11 класс химико­биологическая группа Учитель:  Сабурова   Светлана   Ананьевна,   учитель   химии,   учитель   высшей квалификационной категории. Тема урока: «Химия и производство» Программа по химии 8­11 класс, автор О.С. Габриелян. Москва,2010г Учебник. Химия 11 класс. Авторы О.С. Габриелян. Оборудование:  раздаточный дидактический материал (карточки – задания, карточки ­ инструкции). Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний. Форма урока: фронтальная, групповая. Цели и задачи урока: Образовательные: Изучить   важнейшие   составляющие   химического   производства, классификацию   сырья,   научные   принципы   организации   химического производства, процессы производства серной кислоты, аммиака, метанола. Развивающие: Учащиеся   учатся   анализировать   данные,   полученные   в   результате самостоятельного   изучения   учебного   материала,   выделять   главное,   делать выводы, самостоятельно готовить устный рассказ. Воспитательные:  Развитие   у   учащихся   коммуникативных   умений   в   ходе   парной   работы, способствовать   осознанию   необходимости   ответственного   отношения   к организации   химического   производства   и   понимание   необходимости интеллектуальных усилий для успешного обучения, положительного эффекта настойчивости для достижения цели. Тема урока: «Химия и производство». В курсе школьной программы по химии в девятом классе мы изучали производство серной кислоты и азотной кислоты, рассматривали силикатную промышленность, синтез аммиака. В десятом классе изучали синтез метанола из синтез­газа. Сегодня мы подведем итог этим знаниям. I. Учащиеся   смотрят   презентацию   по   теме:   «Химия   и производство», подготовленная учеником 11 класса. Цель: развивать умения учащихся в создании самостоятельных творческих работ. II. Групповая   работа   учащихся  (ребята   самостоятельно   делятся равномерно   на   три   группы).   Каждая   группа   получает   учебный материал,   который   поможет   вспомнить   технологию   получения неорганических   и   органических   веществ.   Задача   каждой   группы, используя данную информацию, выполнить задание. 1   группа  –   получает   информацию   и   задание   по   теме:     «Производство серной кислоты»; 2 группа – получает информацию и задание по теме: «Синтез аммиака»; 3   группа  –   получает   информацию   и   задание   по   теме:   «Производство метанола». 1 группа Производство серной кислоты. Исходным сырьём для производства серной кислоты могут быть сера, сероводород,   сульфиды   металлов.   Мы   рассмотрим   производство   серной кислоты   контактным   способом,   при   котором   исходным   сырьём   является пирит FeS2.  Схема производства серной кислоты Первая стадия производства 4FeS2 +11O2  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 8000С. Пирит раскаляется до красна и находится в "подвешенном состоянии" из­за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую раскаленную жидкость 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. Очистка печного газа 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. Вторая стадия Протекает в контактном аппарате. Уравнение реакции этой стадии:                                               2SO2 +O2 Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного  оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать   2SO3 +Q 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 400­5000С. 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(V) 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   400­500°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   400­500°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. Третья стадия производства Протекает в поглотительной башне. А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO3 + H2O→ 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  H→ 2SO4∙nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад.   Затем   олеумом   заполняют   цистерны,   формируют   железнодорожные составы и отправляют потребителю.   Задание. Используя данный материал, вспомните и запишите процессы  производства серной кислоты, заполнив таблицу: Отрасль  Сырье  промышленности Стадии  химического  процесса Экологические  проблемы 2 группа Синтез аммиака Схема производства аммиака Аппарат трубопро­ вод турбо­ компрессо р Назначение аппарата, процессы, протекающие в нём. Подаётся предварительно подготовленная смесь, состоящая из 3 объёмов водорода и 1 объёма азота. Азотводородная смесь сжимается до определённого давления, неоходимого для данного процесса колонна синтеза холодиль­ ник сепаратор циркуляци­ онный насос аммиако­ провод   синтеза     является Колонна синтеза преназначена для проведения процесса синтеза аммиака.В   контактном   аппарате   расположены   полки   с катализатором.Процесс сильно экзотермическим, протекает с большим выделением тепла, часть которого   расходуется   на   нагревание   поступающей азотводородной смеси. Смесь, выходящая из колонны синтеза, состоит   из   аммиака   (20­30%)   и   непрорегировавших   азота   и водорода Предназначен для охлаждения смеси.Аммиак легко сжимаем и при высоком давлении превращается в жидкость. При выходе из холодильника образуется смесь, состоящая из жидкого аммиака и непрореагировавшей азотводородной смеси. Предназначен для отделения жидкого аммиака от газообразной фазы. Аммиак собирается в сборник, расположенный в нижней части сепаратора. Предназначен   для   возвращения   непрореагировавшей   смеси   в контактный   аппарат.   Благодаря   циркуляции   удаётся   довести использование азотводородной смеси до 95%. Предназначен для транспортировки жидкого аммиака на склад. Задание.  Используя   данный   материал,   вспомните   и   запишите   процессы производства аммиака, заполнив таблицу: Отрасль промышленности Сырье  Стадии химического процесса Экологические проблемы 3 группа Синтез  метанола Функциональная схема производства метанола Метанол   применяется   в   производстве   ряда   органических   веществ (формальдегида, лекарств), используется как растворитель лаков и красок, служит   добавкой   к   топливам.   В   настоящее   время   метанол   получают экономически выгодным способом из синтез­газа: 1. Синтез­газ получают взаимодействием метана (природного газа) с водяным паром  в присутствии катализатора:   СН4+Н2О  →  СО+3Н 2                                 синтез­газ 2. Из синтез­газа получают метанол:   СО  +  2Н2   ⇆ СН3ОН +Q   1моль 2моль      1 моль Эта   реакция   обратимая,   экзотермическая,   чтобы   сместить   равновесие   в сторону   образования   метанола,   нужно   воспользоваться   принципом   Ле­ Шателье: 1.   Реакция   сопровождается   уменьшением   объёма,   поэтому повышение давления будет способствовать образованию метанола. 2.   Реакция   экзотермическая,   следовательно,   особенно   сильно   нагревать вещества нельзя. Из­за   обратимости   процесса   исходные   вещества   реагируют   не   полностью. Поэтому образовавшийся спирт необходимо отделять, а непрореагировавшие газы снова направлять в реактор, то есть осуществлять циркуляцию газов. Задание.  Используя   данный   материал,   вспомните   и   запишите   процессы синтеза метанола, заполнив таблицу: Отрасль промышленности Сырье  Стадии химического Экологические проблемы процесса Проверка работы проводится на доске. Учащиеся от каждой группы  одновременно дают ответы на поставленные вопросы.  III. Выполнение тестовых заданий. Цель: выяснить, как дети усвоили данный материал. Общие   научные   принципы   химического   производства   (на   примере промышленного   получения   серной   кислоты,   аммиака,   метанола). Промышленное получение веществ. 1. Для получения аммиака в промышленности используют 1) хлорид аммония 2) нитрат аммония 3) атмосферный азот 4) азотную кислоту  2. Сырьём для промышленного производства серной кислоты является 1) сульфид углерода  2) пирит 3) оксид cepы (VI)  4) сернистая кислота  3. Катализатор используется при 1) поглощении оксида cepы (VI)       2) обжиге пирита  3) перегонке нефти  4) синтезе аммиака 4. Принцип циркуляции непрореагировавшей смеси веществ применяется в 1) синтезе метанола и синтезе аммиака 2) синтезе аммиака и обжиге пирита 3) обжиге пирита и окислении оксида серы (IV) 4) окислении оксида cepы (IV) и перегонке нефти 5.  Повышение   давления   для   увеличения   выхода   продукта   используется   на производстве при 1) обжиге пирита  2) перегонке нефти 3) синтезе метанола  4) окислении оксида cepы (IV) 6.   Для   промышленного   получения   метанола   из   синтез­газа  не   является характерным 1) циркуляция 2) теплообмен 3) использование селективных катализаторов 4) использование низких давлений 7. Продуктами обжига пирита FeS2 являются 1) FeO и SO2  2) FeO и SO3  3) Fe2O3 и SO2 4) Fe2O3 и SO3 8. В промышленности повышение выхода аммиака обеспечивается 1) действием высоких температур 2) проведением процесса при низких давлениях 3) использованием катализатора 4) циркуляцией азотно­водородной смеси 9. Заключительную стадию производства серной кислоты осуществляют в 1) контактном аппарате 2) сушильной башне 3) поглотительной башне 4) электрофильтре 10. В производстве серной кислоты на стадии окисления SО2 для увеличения выхода продукта 1) повышают концентрацию кислорода 2) увеличивают температуру 3) понижают давление 4) вводят катализатор 11. Технологический принцип «кипящего слоя» применяется в производстве 1) аммиака 2) метанола 3) серной кислоты 4) алюминия  12. При производстве аммиака в качестве сырья используется 1) «синтез­газ» 2) метан и воздух 3) метан и оксид углерода (II) 4) азот и водород 13. Верны ли следующие суждения о производстве аммиака? А. В промышленности аммиак получают взаимодействием хлорида аммония и оксида кальция  Б. Синтез аммиака в промышленности осуществляется под высоким давлением 1) верно только А 2) верно только Б 3) верны оба суждения 4) оба суждения неверны   14. Олеум — это раствор 1) оксида серы (IV) в воде 2) оксида серы (VI) в серной кислоте 3) оксида серы (IV) в сернистой кислоте 4) оксида серы (VI) в воде Дети проверяют тесты в паре и оценивают друг друга.  Критерии оценивания теста.  Каждое задание оценивается в один балл. 0 – 5 баллов – «2»; 6 – 8 баллов – «3»; 9 – 12 баллов – «4»; 13 – 14 баллов – «5». IV. Обобщение   по   уроку.   Каждая   группа   составляет   синквейн   по теме: «Химия и производство». Правила составления синквейна:  Первая строка – тема синквейна, заключает в себе одно слово (обычно существительное  или  местоимение),  которое  обозначает   предмет  или объект, о котором пойдет речь.  Вторая строка – два слова  (чаще всего прилагательные или причастия), они   дают   описания   признаков   и   свойств   выбранного   в   синквейне предмета или объекта.  Третья   строка   –   образована   тремя  глаголами  или  деепричастиями, описывающими характерные действия объекта.  Четвертая   строка   –   фраза   из   четырех   слов,   выражающая   личное отношение автора синквейна к описанному предмету или объекту.  Пятая строка – одно слово­резюме, характеризующее суть предмета или объекта. V. Домашнее   задание:  приготовить   презентацию   или   сообщение   (на выбор) к следующему уроку по теме: «Химия и сельское хозяйство».