УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ
МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДСКОГО ОКРУГА «УСИНСК»
«УСИНСК КАР КЫТШЫН МУНИЦИПАЛЬНÖЙ ЮКÖНЛÖН
АДМИНИСТРАЦИЯСА ЙÖЗÖС ВЕЛÖДÖМÖН ВЕСЬКÖДЛАНІН
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА» С. ЩЕЛЬЯБОЖ
МУНИЦИПАЛЬНÖЙ БЮДЖЕТНӦЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНÖЙ ВЕЛÖДАНІН
«ВЕЛӦДАН ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНÖЙ ШÖР ШКОЛА» ЩЕЛЬЯБÖЖ СИКТ
Разработка
урока химии в 11 классе
Тема урока: Производство серной кислоты контактным способом
Составитель: Брюханова Валентина Николаевна, учитель химии
МБОУ «СОШ» с.Щельябож
с.Щельябож
2020год
Тема урока: Производство серной кислоты контактным способом
Девиз урока: Процесс современного производства обеспечивается слаженной работой людей различных специальностей.
Цель урока: Познакомить с основными этапами производства серной кислоты и профессиями сернокислого производства.
Задачи урока:
образовательная: учащиеся получают представление о химических процессах, протекающих при производстве серной кислоты контактным способом.
развивающая: учащиеся сравнивают стадии получения серной кислоты; развивают коммуникативные умения, умения оценивать результаты выполненных действий, развивают химическую грамотность и практические навыки работы с химическими веществами.
воспитательная: учащиеся воспитывают самостоятельность, ответственность, информационную культуру, профориентационная подготовка выпускника средней школы.
Основные вводимые опорные понятия. Кипящий слой, принцип противотока, принцип теплообмена.
Планируемые результаты обучения. Уметь объяснять на примере производства серной кислоты способы смещения химического равновесия, использование основных принципов химического производства.
Материалы к уроку: УМК «Химия 11» Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, Москва «Просвещение» 2017 г, электронное приложение к учебнику, презентация «Производство серной кислоты контактным способом», наглядные пособия ( карточки, ребусы, информационные маршруты)
Оборудование: лабораторная посуда, разбавленная серная кислота, раствор гидроксида натрия, вода, лакмус, фенолфталеин, хлорид бария.
Ход урока:
1. Организационный момент урока – проверка подготовки к уроку, рассадка учащихся по группам.
2. Мотивация на изучение учебного материала по химии:
2.1.Отгадай ребус ( см. приложение № 1)
Ребусы напечатаны и находятся на доске или на слайде (экран)-совместная работа = тема урока
Тема урока: ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ – запись в раб.тетради учащихся.
Учитель: Цель урока: Познакомить с основными этапами производства серной кислоты и профессиями сернокислого производства.
Задачи : Сегодня на уроке мы не только повторим свойства серной кислоты, но принимая во внимание народнохозяйственное значение серной кислоты , узнаем о промышленном способе получения серной кислоты, познакомимся с профессиями сернокислого производства.
Учитель обращается к учащимся назвать основные физические и химические свойства серной кислоты (повторение учебного материала по серной кислоте) - фронтальный опрос, обсуждение в коллективе.
3.Решение экспериментальных задач по неорганической химии ( лабораторная работа)
Класс разбит на 4 группы: каждой группе выдан набор пустых пробирок и набор неизвестных веществ (пробирки с номерами - №1, №2, №3)
Даны пробирки с веществами: NaОН, H2SO4 , Н2О. Нужно определить по признакам данные вещества в пробирках.
Реактивы - растворы фенолфталеина, хлорида бария, лакмус.
Учащиеся проводят лабораторную работу на определение веществ по качественным реакциям с индикаторами и с BaCl2 , т.к. катионы Ba2+ осаждают сульфат-ионы SO42- .Записывают уравнение в ионном виде.
H2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2 HCl
2H + + SO42- + Ba2+ + 2 Cl - BaSO4 +2H + +2 Cl –
SO42- + Ba2+ - BaSO4( белый осадок)
NaОН – малиновая окраска на раствор фенолфталеина
Н2О - нет признаков
H2SO4 – красная окраска раствора лакмуса и белый осадок на хлорид бария
Вывод из лабораторной работы = какие способы производства серной кислоты?
Учитель:
Тема нашего урока: ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ.
4.Изучение нового материала
Класс работает в мини-коллективах (группа) – на столе стоят вывески с названием группы.
1. Отдел главного технолога
2. Экологический надзор
3. Центральная заводская лаборатория
4. Отдел реализации и сбыта готовой продукции
Работа в рабочих группах по изучение нового материала ( учебник + информационные карты ( см.приложение № 2) и проведение обсуждения, дискуссии - 15 мин.
Задачи для групп (даны на карточках)
Отдел главного технолога
Экологический надзор
Центральная заводская лаборатория
Отдел реализации и сбыта готовой продукции
Учитель (информационная разминка): В России серная кислота была впервые получена на заводе князя Голицына, а в 1897 г. был построен первый контактный сернокислый завод.
1903 г. – произведен запуск первой в России контактной установки на Тентелеевском химическом заводе в Петербурге, к 1913 г. работало уже 6 систем, производство возросло до 5 тыс.тонн.
1926 г. – в СССР построена первая башенная установка на Полевском металлургическом заводе (Урал), но она была малоэффективна.
5.Первичное закрепление (на столе находится информационный маршрут производства) – обсуждение в парах ( по желанию)
Карточка № 2.Производство серной кислоты
I ЭТАП
1. Крупные куски пирита измельчают, мелкие спекают.
2.Обогащают воздух кислородом, горение в «кипящем слое».
3. Используют принцип противотока.
3. Теплообмен, т.к. температура выше 800 C.
4. Толстые стены печи обшиты сталью.
5.Механизация, автоматизация всех процессов производства.
II ЭТАП
1.Происходит очистка газа от пыли:
“Циклон” – от крупных частиц пыли, «Электрофильтр» – от мелких частиц пыли, так как нельзя загрязнять катализатор.
3. Осушают газ в сушильной башне.
4. Нагревают газ до t=400 С в теплообменнике, понижают температуру от 600 С до 400С.
5. Катализатор V2O5 на керамике.
6.Противоточное движение.
7.Теплообмен.
III ЭТАП
1. Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига).
2.Отводят продукты реакции.
3.Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум (раствор SO3 в H2SO4)
Отдел реализации и сбыта готовой продукции Серная кислота имеет разнообразное применение. В таблице найдите соответствие между свойствами серной кислоты и областями ее применения.
Ответ. 1-г; 2-в; 3-а; 4-б; 5-е; 6-д; 7-ж.
- карточки даны на каждую парту (работа в парах)- самоконтроль ( учащиеся меняются рабочими тетрадями в парах и оценивают работу).
Карточка № 3.
Свойства серной кислоты |
Области применения |
Реакция обмена с солями (1). Реакция обмена с оксидами и гидроксидами (2). Взаимодействие раствора с металлами (3). Водоотнимающие свойства (4). Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами (5). Реакция неполного обмена с фосфатом кальция (6). Нейтрализация раствором аммиака (7) Ответ: |
Получение водорода в аппарате Киппа (а). Высушивание веществ (б). Очистка поверхности металлов от ржавчины (в). Получение кислот (г). Получение простого суперфосфата (д). Травление чистых металлов (е). Получение |
Запись домашнего задания – в дневник – выучить этапы производства серной кислоты
( пересказ текста),
Отметки учащимся за урок – ставит сосед по парте по согласованию с учителем.
-значение нашего урока: учеба+ наука= работа. Вопрос к учащимся: какие профессии необходимы для производства серной кислоты?
У |
Ч |
Ё |
Б |
А |
|
Н |
А |
У |
К |
А |
|
Р |
А |
Б |
О |
Т |
А |
Вывод по уроку: разгадать ребус (рефлексия по уроку) – на слайде.
Учитель: Серная кислота относится к продуктам
основного химического производства.
Нет кислоты ,которая была бы нужнее
и применялась бы чаще, чем серная,
за что она получила название « хлеб
химической промышленности».
Итог по уроку:
Учитель:
Едва ли найдется другое, искусственно добываемое вещество, столь часто применяемое в технике, как серная кислота. Где нет заводов для ее добывания - немыслимо выгодное производство многих других веществ, имеющих важное технические значение. Д.И. Менделеев Учитель: Спасибо за урок. Доброго дня.
Приложение № 2 . Информационный маршрут по теме «Производство серной кислоты контактным способом» Серную кислоту в промышленности производят двумя способами: контактным и нитрозным. Контактный способ производства серной кислоты Серную кислоту контактным способом производят в больших количествах на сернокислотных заводах. В настоящее время основным методом производства серной кислоты является контактный, т.к. этот метод имеет преимущества перед другими: - получение продукта в виде чистой концентрированной кислоты, приемлемой для всех потребителей; - уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу с выхлопными газами
I. Сырьё, используемое для производства серной кислоты. Основное сырьё сера - S серный колчедан (пирит) - FeS2 сульфиды цветных металлов - Cu2S, ZnS, PbS сероводород – H2S Вспомогательный материал катализатор - оксид ванадия – V2O5
II. Подготовка сырья. Разберём производство серной кислоты из пирита FeS2. 1) Измельчение пирита. Перед использованием большие куски пирита измельчают в дробильных машинах. Вы знаете, что при измельчении вещества скорость реакции увеличивается, т.к. увеличивается площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ. 2) Очистка пирита. 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 пустую породу удаляют.
III. Основные химические процессы: 4FeS2 + 11O2 t = 800°C→ 2Fe2O3 + 8SO2 + Q или сжигание серы S + O2 t °C→ SO2 2SO2 + O2 400-500°С,V2O5,p↔2SO3 + Q SO3 + H2O → H2SO4 + Q
IV. Технологические принципы: - принцип непрерывности; - принцип комплексного использования сырья, использование отходов другого производства; - принцип безотходного производства; - принцип теплообмена; - принцип противотока (“кипящий слой”); - принцип автоматизации и механизации производственных процессов.
V. Технологические процессы: Принцип непрерывности: обжиг пирита в печи →поступление оксида серы (IV) и кислорода в очистительную систему →в контактный аппарат →подача оксида серы (VI) в поглотительную башню.
VI. Охрана окружающей среды: 1) герметичность трубопроводов и аппаратуры 2) газоочистительные фильтры
VII. Химизм производства: ПЕРВАЯ СТАДИЯ - обжиг пирита в печи для обжига в "кипящем слое". Для получения серной кислоты используют, в основном, флотационный колчедан - отход производства при обогащении медных руд, содержащих смеси сернистых соединений меди и железа. Процесс обогащения этих руд происходит на Норильской и Талнахской обогатительных фабриках, которые и являются основными поставщиками сырья. Это сырье является более выгодным, т.к. серный колчедан добывают, в основном, на Урале, и, естественно, доставка его может быть очень дорогостоящей. Возможно использование серы, которая также образуется при обогащении руд цветных металлов, добываемых на рудниках. Поставщиками серы являются также ТОФ и НОФ. (обогатительные фабрики).
Уравнение реакции первой стадии 4FeS2 + 11O2 t = 800°C→ 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. В “кипящем слое” не слеживаются даже самые мелкие частицы пирита. Поэтому процесс обжига происходит очень быстро. Если раньше для обжига пирита требовалось 5-6 часов, то теперь - всего несколько секунд. Притом, в “кипящем слое” можно поддерживать температуру 800°С. 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). Для удаления мелких частиц смесь направляем в электрофильтры, где идет очищение под действием тока высокого напряжения ~ 60000 В (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. Для увеличения поверхности соприкосновения газа и жидкости башню заполняют керамическими кольцами. 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 – каталитическое окисление SO2 в SO3 кислородом в контактном аппарате. Уравнение реакции этой стадии: 2SO2 + O2 400-500°С,V2O5,p ↔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). Из уравнения следует, что реакция обратимая, а, значит, на этой стадии необходимо поддерживать такие условия, чтобы равновесие смещалось в сторону выхода SO3, иначе нарушится весь процесс. Т.к. реакция идет с уменьшением объема (3V↔2V), то необходимо повышенное давление. Повышают давление до 7-12 атмосфер. Реакция экзотермическая, поэтому, учитывая принцип Ле-Шателье, при высокой температуре этот процесс вести нельзя, т.к. равновесие сдвинется влево. Начинается реакция при температуре = 420 градусов, но благодаря многослойности катализатора (5 слоев), мы можем ее повышать до 550 градусов, что значительно ускоряет процесс. Катализатор используют ванадиевый (V2O5). Он дешевый, долго служит (5-6 лет), т.к. наиболее устойчив к действию ядовитых примесей. Кроме того, он способствует сдвигу равновесия вправо. Смесь (SO2 и O2) нагревается в теплообменнике и движется по трубам, между которыми в противоположном направлении проходит холодная смесь, которую надо нагреть. В результате происходит теплообмен: исходные вещества нагреваются, а продукты реакции охлаждаются до нужных температур. ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO3 серной кислотой 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 → H2SO4·nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю. |
Ссылка на литературные источники:
1.https://infourok.ru/konspekt-uroka-po-himii-na-temu-proizvodstvo-sernoy-kisloti-700494.html
2.https://nsportal.ru/shkola/khimiya/library/2013/12/09/proizvodstvo-sernoy-kislot
3. https://www.metod-kopilka.ru/urok-po-himii-po-teme-proizvodstvo-sernoy-kisloti-66813.html
4 https://doc4web.ru/himiya/konspekt-uroka-po-himii-proizvodstvo-sernoy-kisloti-kontaktnim-s.html
5.https://multiurok.ru/files/konspiekt-uroka-s-priezientatsiiei-proizvodstvo-si.html
Скачано с www.znanio.ru
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.