清泉州阳光实验学校示范教案一第一节 接触法制硫酸(第二课时)

清泉州阳光实验学校第二课时
［引言］上节课我们学习了工业制硫酸的反响原理并简单理解了其消费流程。

同时还认识了其中的一个消费设备——沸腾炉。

本节课我们就在此根底上来进一步认识工业消费硫酸的消费设备及工艺流程。

［板书］第一节接触法制硫酸(第二课时)
三、消费设备及工艺流程
［师］上节所学沸腾炉中的工艺我们可简单表示如下：
［板书］
［过渡］从沸腾炉出来的炉气经净化、枯燥后便进入硫酸消费的第二阶段，即氧化阶段。

下面，我们就来分析一下SO2转化为SO3的反响条件。

［讲解］根据化学反响原理，二氧化硫的氧化是在催化剂存在条件下进展的，目前工业消费上采用的是钒催化剂。

二氧化硫同氧气在钒催化剂外表上与其接触时发生反响，所以，工业上将这种消费硫酸的方法叫做接触法制硫酸。

二氧化硫发生催化氧化的热化学方程式为：
［提问］SO2的接触氧化在什么条件下反响可进步SO2的转化率？
［师］请大家根据所学知识进展答复
［生］SO2的氧化为一可逆反响。

根据勒夏特列原理，加压、降温有利于SO2转化率的进步。

［教师评价］答复得很好！
［问］对于工业消费来讲，假设原料转化率很高，但反响速率却很慢，这样的消费有无意义呢？
［学生摇头］没有！
［师］从我们刚刚的分析结论可知，SO2的氧化在低温下进展可有利于SO2转化率的进步，但这对反响的速率将有何影响呢？
［生］使化学反响速率减慢！
［想一想］应该怎样解决上述矛盾？
［教师提示：可联想工业制NH3的有关知识］
［生恍然大悟］找一个折中的方法，即既要使SO2的转化率不太低，又要使反响的速率不太慢。

［师］很好，下面是一组实验数据，请大家分析。

［投影］
同温度下SO2的平衡转化率
［原料气成分(体积分数)：SO27%，O211%，N282%；压强：0.1MPa］
［问］你们认为温度控制在什么范围比较适宜呢？说出理由。

［学生各抒己见］
［小结］由大家刚刚的发言并结合实际情况，可知温度在400℃～500℃的范围内比较适宜，这是因为：二氧化硫的转化率在此温度下已比较理想，且满足催化剂的活性温度(为
430℃～600℃)，同时化学反响的速率又不会太慢。

综合考虑以上因素，我们在实际消费中选定400℃～500℃作为操作温度。

［板书］反响条件：温度400℃～500℃
［师］下面是压强对SO2平衡转化率的影响。

请大家分组讨论，综合多种因素选择SO2接触氧化的适宜压强。

［投影］
压强对SO2平衡转化率的影响
(原料气成分同上表)
［学生分组讨论，并宣布讨论结果］
［小结］通过刚刚的讨论并结合以上数据可以看出，常压下400℃～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高。

加压虽然可以提衡转化率，但加压需要增加动力，经济上并不合算，一般工厂都采用常压法消费。

［板书］压强：常压
［讲解］硫酸工业消费的最正确工艺条件选定后，接下来要考虑的是反响器。

反响器是进展化学反响的场所，反响器的构造，操作方式都要尽可能地使反响能在工艺条件所规定的参数下进展。

二氧化硫氧化反响器如今多采用的是接触室。

我们来看一下接触室的构造。

［板书］接触室
［展示］接触法制硫酸接触室模型
［结合教具讲解］接触室采用了上下两层催化剂，中部安装热交换器的构造。

［板书］构造：上下两层催化剂
中部安装热交换器
［过渡］我们首先来认识一下热交换器。

［投影］一种热交换器示意图及介绍
热交换器是化学工业里广泛应用的热交换设备，它有多种形式。

在多数热交换器内部，装有许多平行的管道或者者蛇管，以扩大传热面，进步热交换效果。

一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外流动。

两种流体通过管壁进展热交换，热的流体得到冷却，冷的流体得到加热。

右图是一种常见的热交换
器。

一种热交换器示意图
［过渡］二氧化硫在接触室里是如何氧化成三氧化硫的呢？
［讲解］经过净化、枯燥的炉气，通过接触室中部的热交换器被预热到400℃～500℃,通过上层催化剂被第一次氧化，因为二氧化硫的催化氧化是放热反响，随着反响的进展，反响环境的温度会不断升高，这不利于三氧化硫的生成。

接触室中部安装的热交换器正是把反响生成的热传递给接触室里需要预热的炉气，同时降低反响后生成气体的温度，使之通过下层催化剂被第二次氧化。

这是进步可逆反响转化率的一种非常有效的方法。

［过渡］二氧化硫在接触室里经过催化氧化后得到的气体含三氧化硫一般不超过10%，其余为N2、O2及少量二氧化硫气体。

这时进入硫酸消费的第三阶段，即成酸阶段。

其反响的热化学方程式为：［板书］SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l);ΔH=－130.3kJ/mol
［过渡］从反响原理上看，硫酸是由三氧化硫跟水化合制得的。

事实上，工业上却是用9%的浓H2SO4来吸收SO3的，为什么要这样操作呢？请大家参阅课本。

［学生阅读课本］
［讲解］从理论上讲，三氧化硫转化为硫酸有二种途径：一种是三氧化硫被硫酸水溶液吸收，与水溶液中的水发生反响生成硫酸。

SO3(g)＋H2O(l)H2SO4(l),ΔH＜0,这是一个可逆放热反响。

在常温下，这一反响转化率极高，可以认为是不可逆的。

决定这一反响转化率的实际上是混合气体中三氧化硫被硫酸水溶液吸收的吸收率。

混合气中三氧化硫是气态，分子运动速率极快，有足够的吸收时机，使吸收率到达9%。

另一途径是硫酸与水蒸气发生反响生成包含杂质气体的酸雾。

由于三氧化硫与水的化合是放热反响，在消费条件下，反响器中有大量水蒸气。

而三氧化硫气体一旦形成酸雾，它很少有时机被液体捕捉，而是随不溶性气体一起排到大气。

根据消费目的，在工艺上促进第一种吸收途径，抑制第二种吸收途径。

因此，实际消费中，用9%的浓硫酸作为吸收剂吸收三氧化硫。

［板书］1.用9%的浓H2SO4作吸收剂。

［过渡］工业上为实现这一消费过程，采用的反响器是“吸收塔〞。

［板书］3.吸收塔
［过渡］我们来看一下吸收塔示意图
［投影］
［讲解］为增大SO3跟9%的浓硫酸的接触面积，强化吸收过程，在吸收塔中，安装大量耐酸瓷环，并采用了逆流的吸收方式，三氧化硫从塔底通入，9%的浓硫酸从塔顶喷下，硫酸吸收三氧化硫后，浓度增至9%，温度升高20℃～30℃。

然后从塔底排出，经冷却，稀释，即得成品。

［讨论］1.从吸收塔里排出的尾气有哪些成分，能直接排放到空气中吗？
2.尾气应如何处理？
［学生答复，教师总结］从吸收塔排出的气体主要有N2、O2，少量二氧化硫，假设直接排放到空气中，会造成严重的污染，同时也会造成原料的浪费。

因此应将上述气体再次通入接触室进展二次氧化，然后进一步吸收。

也可用NH3吸收SO2以消费亚硫酸铵，或者者用碱吸收后，再通过加酸消费高浓度二氧化硫和硫酸铵。

［板书］2.尾气回收利用。

［小结］本节我们学习了接触法制硫酸的消费设备及工艺流程，请××同学来描绘一下从原料到成品硫酸的消费过程。

［投影］
［学生答复］(教师结合投影纠错、补充)
［总结］从硫酸的工业消费来看，化学反响原理是化工消费的根底，消费过程是为实现化学反响效劳的，而消费设备是为实现消费过程效劳的。

这个逻辑关系是我们学习化工知识的根本思路。

在本节里，我们讨论了如何优化工艺条件，到达消费最正确状态，但这仅仅是复杂的工业消费中很少的一部分，要想进一步理解复杂的消费工艺，就需要我们如今刻苦学习，争取深造的时机。

●板书设计
第一节接触法制硫酸(第二课时)
四、消费设备及工艺流程
●教学说明
本节是学习化工消费知识的最后一部分，通过本节的学习，要使学生初步掌握学习化工知识的根本思路，即化学反响原理是化工消费的根底，消费过程为实现化学反响效劳，而设备为实现消费过程效劳。

同时本节课又是理论联络实际的典范。

为此，本节课设计突出了以下几点：
1.多启发，提出启发性问题，激发学生积极考虑，培养其思维才能。

2.多讨论，促进学生之间的交流与，充分发挥学生的主观能动性，使学生学习积极主动。

3.多分析，用学过知识分析实际问题，使学生感到有深度、有兴趣，同时复习稳固已学过的知识。