Получение серной кислоты

Цель урока:

Обучающая: Ознакомление с основными закономерностями химических реакций при проведении производственных процессов; формирование умений применять знания по основным закономерностям химических реакций для практического ведения процесса в промышленных условиях; рассмотреть общую схему производства серной кислоты контактным способом;

Развивающая: развивать логическое мышление при изучении взаимосвязи условий проведения реакций и устройства аппарата; развивать самостоятельность при выполнении практических занятий.

Воспитывающая: воспитание внимательности, ответственности при подготовке к ответу за себя и своего товарища; формирование активных жизненых позиций: чувство эмоциальной организации и навыков самому добывать знания.

Тип урока: комбинированный

Технология обучения: технология индивидуализации обучения (А.С. Границкая, В.Д. Шадриков); элементы уровневого обучения и развития критического мышления; элементы проблемного обучения; элементы развивающего обучения с направленностью на развитие творческих качеств личности (И.П. Волков, И.П. Иванов).

Межпредметная связь:

Оборудование: интерактивная доска; дидактический материал (разноцветные кружки с вопросами, слайд); детали для проектирования аппарата «печь для обжига в кипящем слое»; общая схема процесса получения серной кислоты; раздаточный материал - таблица для закрепления пройденного материала.

Ход урока

I. Организационный момент (Приветствие, подготовка рабочего места 1 мин). Здравствуйте ребята! Сегодня я проведу с вами урок по технологии неорганических веществ. 

II. Проверка пройденного материала (6 мин). (выполнение действий состоящих в извлечении из памяти ранее усвоенного материала, из кратковременной или долговременной памяти).

Вступительное слово преподавателя. Ребята вы с уроков химии знакомы с молекулярной формулой серной кислоты,строением, свойствами, применением  серной кислоты. Давайте вспомним. Я вам предлагаю кружки с вопросами. Выбирайте кружки по желанию. Дети выходят к доске выбирают кружочки с вопросами и отвечает.

Вопросы для повторения.

1. Химические свойства серной кислоты?
2. Физические свойства серной кислоты?
3. Применение серной кислоты?
4. Структурная формула серной кислоты?
5. Сырье в производстве серной кислоты?

Ребята отвечая на вопросы в кружочках делаем вывод, что мы хорошо изучили свойства, строение, применение, сырье для серной кислоты. (ключевые слова из ответов по пройденному материалу учащиеся записывают в графу «Что я знаю?»).

1. Изучение нового материала (25 мин). Сегодня на уроке я ознакомлю вас с технологией получения серной кислоты в химической промышленности. Запишите тему урока: «Производство серной кислоты» (на интерактивной доске показан план урока.).

1. Способы получения серной кислоты.
2. Стадии получения серной кислоты на производстве.
3. Взаимосвязь между химической реакцией и конструкцией аппарата (на примере 1-ой основной стадии производства серной кислоты)?
4. Описание общей схемы получения серной кислоты контактным способом.

Учитель. Владеязнаниями о исходных компонентах в производстве серной кислоты (сырье), выбирают способ получения серной кислоты. В зависимости от того, как осуществляется процесс окисления SО₂ в SО_3, различают два основных метода получения серной кислоты.

1. В контактном методе получения серной кислоты процесс окисления SО₂ в SО₃ проводят на твердых катализаторах.

При проведении процесса по нитрозному (башенному) методу в качестве переносчика кислорода используют оксиды азота.

Окисление диоксида серы осуществляется в жидкой фазе и конечным продуктом является серная кислота:

SО₂ + N₂О₃= SО₃ + 2NО

В настоящее время в промышленности в основном применяют контактный метод получения серной кислоты, позволяющий использовать аппараты с большей интенсивностью. И то, что мы с вами вместе разобрали это и естьспособы получения серной кислоты(учащиеся записывают краткий конспект).

2. Процесс получения серной кислоты – это комплекс определенных химических реакций и физических процессов.  Химические реакции протекают  в соответствующих аппаратах,  устройство аппаратов зависит от условий проведения данных процессов. Процесс получения серной кислоты на производстве состоит из следующих основных стадий: 1) обжиг серосодержащего сырья (пирита); 2) окисление сернистого ангидрида в серный ангидрид; 3) абсорбция серного ангидрида. Рассмотрим основные стадии получения серной кислоты:

1) обжиг пирита протекает при высоких температурах 800-1000°C.

4FeS_2 (т)+ 11O_2(г)= 2Fe₂ O₃  + 8SO₂  +Q

окисление SО₂ в SО₃ происходит на поверхности твердых катализаторов. В производстве серной кислоты применяют контактные массы на основе оксида ванадияV₂ O_5, марок БАВ  - барий, алюминий, ванадий; и СВД – сульфато –ванадато – диатомовый (диатомит – осадочная горная порода, на 80% состоит из водного кремнезема или опала).

2) 2SО_2(г) +О_2(г)= 2SО₃

Триоксид серы переводят в серную кислоту на последней стадии процесса - абсорбции триоксида серы, которую упрощенно можно представить уравнением реакции:

 3) SО_3(г)+ Н₂О_(ж) = Н₂SО₄

Итак мы разобрали  с вами вместе второй вопрос, т.е. основные стадии получения серной кислоты (учащиеся записывают основное)

3. Обратите внимание на взаимосвязь условий проведения реакций и конструкцией аппарата. (данную связь проведем на примере 1- ой стадии производства – обжига пирита в печи с кипящем слоем).

Учащиеся дают характеристику 1-ой реакции, самостоятельно используя ранее приобретенные базовые знания:

• необратимая
• экзотермическая
• гетерогенная

Учитель. Используя знания основных закономерностей протекания данной химической реакции, спроектируем аппарат для обжига пирита «печь с кипящим слоем» (учитель задает наводящие вопросы, аппарат проектируется совместно с учащимися).

1. Какой прочности должен быть кожух аппарата с учетом данной температуры (параллельно задается вопрос о конструкционных материалов используемых при изготовлении аппаратов)?

На магнитную доску прикрепляю контур аппарата печи для обжига в «печи с кипящими слоем»

2. Выясняем выдержит листальной кожух аппарата 800°C, а то и более. Все понимают, что стенки аппарата надо дополнительно защитить огнеупорным кирпичом (на контур аппарат добавляю кирпичную вкладку).

3. По уравнению химической реакцииясно, что питрит вещество твердое и подаватьв аппаратего надо сверху. Задаю вопрос чем вручную лопатой? Учащиеся реагируюти говорят,что надо использовать конвейер, а я прикрепляю следующую деталь – транспортер с дозатором для подачи пирита в аппарат.

4. Разбираем как подать сырье – кислород? И почему аппарат называется с кипящим слоем?

5. Судя по той же химической реакции (1), в результате которой образуется тепло (т.к. реакция экзотермическая). Выясняем вопроснеобходимости отвода тепла(температуру при протекании процесса необходимо поддерживать не выше 1000°C, т.к. происходит спекание частиц): чем и как? (на контур аппарата прикреплется змеевик с подачей холодной воды). Параллельно выясняем, использованиебесплатно полученного водяного пара (отопление жилых помещений, зданий садика, школы, теплиц, оранжерии и.т.д.

6. Подходим к вопросу удаления из аппарата продуктов реакции: печного газа - SO₂ через верхнюю часть аппарата (проектирую на аппарате).

Твердого остатка Fe₂ O₃ огарок. Попутно отмечая, что он используется для производства цемента (проектируя патрубок на аппарат).

Итак ребята мы с вашей помощью рассмотрели третий вопрос,т.е. взаимосвязь между химической реакцией и конструкцией аппарата (на примере 1-ой основной стадии производства серной кислоты). Учащиеся записывают в конспект основную связь между химической реакцией и конструкцией аппарата.

Краткий конспект: На примере первой основной стадии получения серной кислоты видна взаимосвязь химической реакции и конструкцией аппарата «печь с кипящем слоем». Необратимая – значит, образуется остаток и необходимость его вывода из аппарата (огарок); экзотермическая – значит, процесс протекает с выделением тепла и необходимость отвода избыточного тепла (установка холодильника); гетерогенная – значит, подвод исходных компонентов осуществляется разными аппаратами (транспортером – дозатором, компрессором).

Далее переходим к общей схеме получения серной кислоты контактным способом. Попутно объясняя, почему способ называется контактным. При рассматривании общей технологической схемы производства серной кислоты контактным способом провожу связь между химическими реакциями (2,3) и аппаратами Вот мы вместе с вами рассмотрели общую схему получения серной кислоты контактным способом(учащиеся кратко записывают в конспект).

Краткий конспект: обжиговый газ из печи поступает в теплообменник нагревается до необходимый температуры, затем поступает в контактный аппарат, где происходит окисление SO₂в SО₃. Образовавшийся SО₃ поступает в абсорбционную колонну, где поглощается серной кислотой циркулируемой в цикле.

Из схемы видна неразрывная связь между теоретическими основами производства, оборудованием и технологической схемы получения серной кислоты.

IV. Закрепление новых знаний (5 мин).Общий вывод: итак мы с вами изучили способы получения серной кислоты, основные стадии получения серной кислоты, провели взаимосвязь между теорией и практикой, рассмотрели общую схему получения серной кислоты контактным способом. Вы теперь знаете, что без знания свойств, сырья, способов получения нельзя приступить к получению серной кислоты на химическом производстве.

Закрепление полученных знаний провожу с помощью продолжения заполнения таблицы в графе «Что я узнал?»:

V. Вывод (3 мин). Учитель. Итак ребята сегодня мы изучили тему получения серной кислоты на производстве. Рассмотрели способы производства, отметили основной способ производства серной кислоты, стадии получения серной кислоты, провели связь между химической реакцией и производственным процессом. В результате взаимосвязи основных закономерностей протекания химических реакций, т.е. используя теоретические знания, мы практически спроектировали аппарат. Но хочу вам сказать, что знания полученные на сегоднешнем уроке не ограничивают интереса к серной к кислоте. Согласитесь со мной, что еще много интересной информации по серной кислоте. Скажите мне что бы вы хотели узнать  еще о серной кислоте (учащиеся отвечают, ответы записываются в графу таблицы «Что бы я хотел узнать?». Учитель может предложить ориентировачные темы).

Сочетание мыслительной деятельности и наглядности дают индивидуальную возможность каждому ученику в использовании базовых теоретических знаний по химическим реакциям в условиях проектирования, а также способствует развитию творческой самодеятельности, формированию прочной связи между теорией и практикой, «конструирование» химических аппаратов становится интересным.

VI. Оценивание (2 мин). Приоценивании работ учитель отмечает активных учеников, подбадривает тех, кто менее активно работал на уроке, объясняя тем, например: Что это объясняется  новизной обстановки, что при следуещей встречи будут  вести себя активнее. Выставляет оценки.

VII. Домашнее задание (3 мин). Чтобы выполнение домашнего задания было для вас интересным, давайте создадим мини творческую группу. При разделении детей по группамдаю детям свободу выборас кем быть в группе и какую тему брать (творческие темы написаны на доске). Темы для творческой работы (объясняется вид выполнения творческих работ – в виде изложения материала на ватмане с иллюстрациями по теме; буклета; видеоролик; выполнения образца макета): 1.Техника безопасности в производстве серной кислоты. 2. Охрана окружающей среды в производстве серной кислоты. 3. Серная кислота в производстве минеральных удобрений. 4. Производство серной кислоты нитрозным способом. 5. Чем вызваны кислотные дожди в природе (в том числе сернокислотные). 6. История развития производства серной кислоты.

Сегодняшний урок закончен, хочу всех вас поблагодарить - спасибо. Мне было очень приятно  сегодня с вами поработать. До свидания!