课题1 ：化工生产过程中的基本问题
一、教学目标
知识与技能：
1. 以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。
2. 知道生产硫酸的主要原理、原料、流程和意义。
过程与方法：
1. 了解从理论研究成果到现实生产的过程。
2. 学会将所学的知识应用于实际的方法。
情感态度与价值观：
1. 树立合理利用自然资源、节约能源的观点。
2. 培养既会独立思考，又能与人合作的能力。
二、教学重点
化工生产过程中的基本问题；工业制硫酸的生产原理；平衡移动原理及其对化工生产中条件控制的意义和作用
三、教学难点
化工生产过程中的基本问题；工业制硫酸的生产原理
四、教学方法
讨论探究 多媒体
五、课时安排
2课时
六、教学过程
课程引入]一个生产工艺的实现，涉及许多问题。如化学反应原理、原料选择、能源消耗、设备结构、工艺流程、环境保护以及综合经济效益等等。本节课我们就以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。
投影]硫酸可以用来制化肥，如磷肥、氮肥等。可以在金属加工和金属制品电镀以前，除去金属表面的氧化物膜，可以制取许多有实用价值的硫酸盐，如硫酸铜、硫酸亚铁等，还可用于精炼石油，制造炸药、农药、染料等，实验室中常用作干燥剂。
设疑]硫酸有那么多用途，工业上是如何生产的呢？请同学们根据所学过的硫及其氧化物知识，讨论生产硫酸的原理。
学生讨论并归纳]生产H2SO4 的主要化学过程可以分为SO2 的生成和SO2转化为SO3两个阶段。
提问]如果以硫磺为原料制硫酸，你能试着用方程式表示制硫酸的反应原理吗？
交流讨论并归纳板书]
一.依据化学反应原理确定生产过程：
1. 以硫为原料制备SO2
S(s)+O2 (g)﹦ SO2 (g) (放热反应)
2. 利用催化氧化反应将SO2氧化成SO3
2SO2 (g)+O2 (g)2SO3 (g) （放热反应）
3. 三氧化硫转化为硫酸
SO3(g)+H2O(l)=H2SO4 (l) （放热反应）
按照上述反应原理，工业制硫酸主要分为造气、催化氧化和吸收三个阶段。
贮存室
98%硫酸
98%硫酸
发烟
硫酸
SO3
SO2
造气
（制SO2）
净化
干燥
空气
催化反应室，400-500℃，常压，催化剂
吸收塔
稀释室
水
讲述]知道了生产硫酸的原理，那我们就一起学习生产中原料的选择。
板书]二.生产中的原料选择
设疑]为什么不主张用黄铁矿作为原料，而要选择硫磺？
讨论归纳]由于生产过程中产生的废弃物太多，处理成本高，所以选择硫磺、空气和水作为生产硫酸的原料。
投影]硫酸生产的主要设备
讲述]在实验室化学反应是在一定条件下进行的，所用仪器比较简单，自动化程度不高，而在我们的工业生产中需要根据实际情况来选择合适的反应条件。现在同学们根据反应原理，阅读教材P6-7思考与交流，然后归纳该生产过程的适宜条件。
阅读讨论] 1．从表1-1和表1-2可以看出，温度越低、压强越大，越有利于SO2的生成，但压强的影响不是很大。2．思路：低温时有利于SO2的转化，但考虑催化剂活性，温度不能太低。高压有利于SO2的转化，但试验表明增大压强，SO2的转化率提高并不大，而且考虑设备、成本和能源消耗问题，压强不应很高，可以考虑常压。而反应过程中二氧化硫转化为三氧化硫需要氧气，所以应该有充足的空气（对此问题学生可能会有不同的回答，教师可引导学生讨论，最后给出实际结果）
讲述板书]三.生产中反应条件的控制
硫酸生产中的适宜条件：
(1)低温(400~500℃)
(2)常压
(3)适当过量的空气
设疑]当一个化学反应完成后，我们还应该注意什么问题？
学生]要注意保护环境，处理反应中产生的废弃物。
讲述]很好，现在我们一起来处理该反应产生的三废。首先是尾气处理，应该怎么吸收反应所产生的二氧化硫？
分析并板书]四.生产中的三废处理：
1.尾气吸收：
ＳＯ２
Ｃa（ＯＨ）２
ＣaＳＯ３
Ｈ２ＳＯ４
ＳＯ２（重新利用）
2.污水处理：用石灰浆(Ca(OH)2或石灰石粉中和酸性废液。Ca(OH)2+ H2SO4=CaSO4+2H2O。生成的硫酸钙可制建材用的石膏板。
3.废渣处理：分离后循环利用,剩下的作铺路用的沥青或用于制砖。
讲述]我们应该注意的是还可以充分利用反应中产生的能量。硫酸生产过程中的三个化学反应都是放热反应，可以充分利用这些反应放出的热能(工厂里把它们叫做“废热”)以降低生产成本。在实际的化工厂生产过程中我们还应该充分考虑其他各方面的因素，如厂址选择、交通、人力等因素。
七、课堂小结
1. 工业上接触法制硫酸概括为“五个三” :
三种原料:
三个反应:
三个生产过程:
三个主要设备:
硫酸工业生产的三个适宜条件:
2. 硫酸生产中的废气及废液的处理方法：
八、课后作业：
教材P21
课外拓展：
一.酸雨
（1） 酸雨的定义
一般认为,酸雨是由于燃烧高硫煤排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后,造成局部地区大气中的二氧化硫富集,在水凝结过程中,溶解于水形成亚硫酸,然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的的氧化作用生成硫酸,随雨水降下形成酸雨.酸雨的pH值一般少于5.6.
（2） 酸雨的危害
对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长.破坏土壤、植被、森林.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍.
（3） 酸雨的治理
二氧化硫污染大气的罪魁——煤，平均含硫量约为2.5%-3%。为治理煤燃烧时造成的二氧化硫污染，一种办法是事先从煤中除去硫。但是只有一部分煤中的硫主要以黄铁矿（FeS2）的形态存在；这样的煤以脱硫工艺处理后其含硫量可降低到约为1%。大部分的煤中还含有较多的有机硫化合物，这样的煤以脱硫平均只能除去原含硫量的约40%。
二．硫酸厂选址的因素
（1）化工厂选址的因素
一般来说，现代化工生产要求有较大的生产规模。化工厂厂址选择是很复杂的问题，涉及原料、水源、能源、土地供应、交通运输、环境保护和市场需求等诸多因素，应对这些因素综合考虑，权衡利弊，才能作出合理的选择。
化工厂厂址选择一般应考虑下列因素：①是否有市场需求；②是否接近原料供应地；③土地供应是否充足；④水源是否充足；⑤能源是否充足且廉价；⑥交通运输是否方便；⑦能否达到环境保护要求。
上述这些因素必须在遵循科学原则的基础上，着重考虑综合经济效益，即要求最大限度地提高劳动生产率，降低成本，保护生态环境。
（2）硫酸厂选址的因素
由于硫酸是腐蚀性液体，不便贮存和运输，因此要求把硫酸厂建在靠近硫酸消费中心的地区，工厂规模的大小，主要由硫酸用量的多少决定；硫酸厂厂址应远离水源和河流的上游，以免工厂的污水污染水源；也不要设置在城镇和居民区盛行风向的上风地带，以免工厂排放的大量烟尘和有害气体污染城镇的水源和大气等。
三.废热利用
硫酸工业三个生产阶段的反应都是放热反应，应当充分利用放出的热量，减少能耗。
第一阶段黄铁矿燃烧放出大量的热，通常在沸腾炉处设废热锅炉，产生的过热蒸汽可用于发电，产生的电能再供应硫酸生产使用（如矿石粉碎、运输，气流、液流等动力用电）。
第二阶段二氧化硫氧化放热可用于预热原料气，生产设备叫热交换器，原料气又将三氧化硫降温，再送入吸收塔。
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