Конспект по химии на тему «ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ» (11 класс)
Составила: учитель химии Марушенко Е.А.
«ПРОИЗВОДСТВО СЕРНОЙ КИСЛОТЫ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ»
Цель: Познакомить обучающихся с научными принципами производства серной кислоты контактным способом в свете требований современной технологии.
1. Образовательные задачи: Рассмотреть особенности производства серной кислоты;
закрепить знания о классификации химических реакций и определение научных принципов производства; продолжить формирование у учащихся ответственного отношения к выполнению заданий, развивать умения правильно обобщать данные и делать выводы.
2. Развивающие задачи:
— способствовать развитию у учащихся навыков по отношению к информации и
выполнению тестовых задании категории А и Б;
— содействовать развитию речи, мышления, познавательных умений;
— развитие познавательного интереса, развитие кругозора.
3. Воспитательные задачи :
— формировать добросовестное отношение к учебному труду, положительной мотивации к учению;
— способствовать воспитанию дисциплинированности, эстетического восприятия мира.
Оборудования : Доска, мел, п резентация (учителя) «Производство серной кислоты контактным способом», презентации учащихся (2 презентации «Транспортировка серной кислоты» и «Хранение серной кислоты» ), мультимедийная доска, ПК. Электронное приложение к учебнику УМК «Химия 11» Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, Москва «Просвещение» 2014 г.
Для учителя: 1) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия, базовый уровень. 11 класс- М.: «Просвещение», 2014 – 58 с.
Для ученика: 1) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия, базовый уровень. 11 класс- М.: «Просвещение», 2014 – 58 с.
1. Организационный момент
Здравствуйте, садитесь. Сегодня на уроке мы разберем новую тему, но для начала откройте дневники запишите домашнее задание §14, стр. 63 вопросы 9-11, стр. 63 зад.
Записывают домашнее задание.
2. Объяснение нового материала
Открыли тетради и записали тему урока (на доске).
Позвольте напомнить вам слова Д.И. Менделеева «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».
А сейчас поработаем с электронным учебником – серная кислота на Венере.
Немного истории . Слайд 3.Слайд 4.
Серная кислота известна очень давно. Первое упоминание о серной кислоте принадлежит арабскому алхимику Джабир Ибн Хайяну, живущему в VIII—IX вв. В его трактате «Итог совершенства магистерии» описывается методика получения серной кислоты: «Перегони фунт кипрского купороса, полтора фунта селитры, четверть фунта квасцов и получишь воду. Эта вода очень хорошо растворяет металлы».
Арабский алхимик Аджабир ибн Хайян получил «кислые газы» из «зеленого камня» (железного купороса).
IX век – персидский алхимик Ар-Рази получал серную кислоту прокаливанием смеси медного и железного купороса.
XIII век – европейский алхимик Альберт Магнус усовершенствовал способ получения кислоты.
XV век – алхимики уже как 300 лет получали серную кислоту из пирита FeS 2
Первый сернокислотный завод был построен в Англии в 1740-1746 г. Серную кислоту там получали сжиганием смеси серы и селитры в металлических сосудах с использованием свинцовых камер, так как было уже известно, что серная кислота не вступает в реакцию со свинцом. Образующиеся при этом газы направляли в специальные стеклянные сосуды, где происходило поглощение их водой с образованием серной кислоты. Получали кислоту низкой концентрации: (до 50-60%).
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.
Сегодня мы познакомимся с технологическими процессами производства серной кислоты.
Откройте учебник на странице 59, схема 5.
На Схеме видно, что сырьем для производства серной кислоты являются : (Слайд 5)
Cu 2 S, ZnS, PbS (цветные металлы),
FeS 2 (пирит) – содержание серы 54,3%.
А теперь откройте учебник на стр. 60, рис. 16. Сейчас мы рассмотрим процесс производства серной кислоты. (Слайд 6) (По рисунку ученики пытаются рассказать, а учитель исправляет, после включается анимация).
Познакомимся поближе с основными химическими реакциями, лежащими в основе производства серной кислоты.
В основе производства лежат три химические реакции:
1. Обжиг пирита или сжигание серы, в результате чего образуется сернистый газ (Слайд 7)
Попробуйте дать характеристику процессам.
Правильно! Переходим ко второй химической реакции.
2. Окисление диоксида серы до триоксида серы на катализаторе: (Слайд 8)
2SO 2 +О 2 2SO 3 +Q
Скажите для того чтобы произошло смещения равновесия в сторону образования S0 3 , что необходимо сделать?
Отвод продуктов из зоны реакции — важный технологический прием, основанный на том, что чем меньше концентрация вещества, тем выше скорость реакции, приводящей к его образованию.
А скажите катализатор влияет на смещение химического равновесия?
А что делает катализатор?
Верно. Подчеркиваю еще раз, что катализатор не влияет на смещение химического равновесия, так как он ускоряет как прямую, так и обратную реакцию.
3.Теперь переходим к третьей химической реакции. Поглощение триоксида серы с целью получения серной кислоты: (Слайд 9)
Сейчас мы рассмотрим научные способы производства коротко, по этапам, а что написано в учебнике прочитаете дома и на следующем уроке расскажите. (Слайд 10)
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.
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 V 2 O 5 на керамике.
1. Увеличивают площадь соприкосновения (керамические кольца Рашига).
2.Отводят продукты реакции.
3.Орошают 98% серной кислотой, образуется олеум (раствор SO 3 в H 2 SO 4 )
(Слайд 11) А сейчас мы рассмотрим «Транспортировка и хранение серной кислоты»
Транспортируют серную кислоту в железнодорожных и автоцистернах из кислотостойкой стали.
Хранят в герметически закрытых емкостях из полимера или нержавеющей стали, покрытой кислотоупорной плёнкой.
Ученики рассказывают презентации (2 презентации).
Слайд 12.Слайд 13.
Мы прослушали презентации, а сейчас рассмотрим производство и потребление серной кислоты в мире. Поработаем с круговыми диаграммами.
Смотрим на слайд. (Ученики и учитель анализируют диаграммы)
Охране окружающей среды в нашей стране уделяют огромное влияние. На сернокислотных заводах предотвратить загрязнение окружающей среды удаётся путём непрерывности технологического процесса; комплексным использованием сырья; совершенствованием технологического оборудования.
Источник
Конспект уркоа с ИКТ «Производство серной кислоты контактным способом» (11 класс)
Выбранный для просмотра документ Производство серной кислоты контактным способом.docx
Тема урока. Производство серной кислоты контактным способом
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.
Серная кислота применяется в разнообразных производствах химической промышленности:
минеральных удобрений, пластмасс, красителей, искусственных волокон, минеральных кислот, моющих средств;
в нефтяной и нефтехимической промышленности:
для очистки нефти, получения парафинов;
в цветной металлургии:
для получения цветных металлов — цинка, меди, никеля и др.
в черной металлургии:
для травления металлов;
в целлюлозно-бумажной, пищевой и легкой промышленности (для получения крахмала, патоки, отбеливания тканей) и т.д.
Производство серной кислоты
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.
серный колчедан (пирит) — FeS 2
сульфиды цветных металлов — Cu 2 S , ZnS , PbS
сероводород – H 2 S
катализатор — оксид ванадия – V 2 O 5
Разберём производство серной кислоты из пирита FeS 2 .
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:
— принцип комплексного использования сырья, использование отходов другого производства;
— принцип безотходного производства;
— принцип противотока (“кипящий слой”);
— принцип автоматизации и механизации производственных процессов.
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.
1) герметичность трубопроводов и аппаратуры
2) газоочистительные фильтры
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
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 Fe 2 O 3 (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: SO 2 , O 2 , 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 SO 2 и кислорода О 2 .
Уравнение реакции этой стадии:
Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO 3 ).
Из уравнения следует, что реакция обратимая, а, значит, на этой стадии необходимо поддерживать такие условия, чтобы равновесие смещалось в сторону выхода SO 3 , иначе нарушится весь процесс. Т.к. реакция идет с уменьшением объема (3 V ↔2 V ), 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 (V 2 O 5 ). Он дешевый, долго служит (5-6 лет), т.к. наиболее устойчив к действию ядовитых примесей. Кроме того, он способствует сдвигу равновесия вправо.
Смесь (SO 2 и O 2 ) 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 SO 3 серной кислотой в поглотительной башне.
А почему оксид серы SO 3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO 3 + H 2 O →H 2 SO 4 . 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: H 2 SO 4 ·nSO 3 .
Уравнение реакции этого процесса:
Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю.
Источник
