| Головна » Хімія |
Мета: узагальнити знання учнів про контактний спосіб виробництва, основні наукові принципи, вибір каталізатора, продовжувати формування природоохоронних навичок, прищеплювати любов до професії хіміка – лаборанта. Тип уроку: урок – узагальнення та систематизації знань. Форма: рольова гра “Прес - конференція”. Обладнання: таблиці, схеми, малюнки, діапозитиви, виставка літератури. Хід уроку: І. Організація класу. ІІ. Вступне слово вчителя. По масштабах виробництва і різноманітністю областей використання сульфатної кислоти займає одне з провідних місць серед продуктів хімічної промисловості. Сульфатна кислота застосовується для виробництва мінеральних добрив, пластмас, барвників, штучних волокон, миючих засобів. В нафтовій і нафтохімічній промисловості – для очищення нафти та одержання парафінів. В кольоровій металургії – для одержання цинку, міді, нікелю та ін. В чорній металургії – для травлення металів; в целюлозно – паперовій, харчовій та легкій промисловості – для одержання крохмалю, потоки, відбілювання тканин та інше. Сьогодні прес – конференція присвячена проблемам виробництва сульфатної кислоти, історії його розвитку, технології виробництва, сировині, а також проблемам охорони навколишнього середовища від забруднення викидами сірчано – кислотного виробництва. На конференцію запрошені директор заводу, головний інженер, технолог, інженер по техніці безпеки, інженер постачзбуту та еколог. /Всіх представляють/. На прес – конференції присутні також численні кореспонденти вітчизняних і зарубіжних газет і журналів, а також представники різних телекомпаній. З історією розвитку сірчанокислого виробництва нас ознайомить директор заводу. Директор заводу. Сульфатна кислота відома дуже давно. Перша згадка про сульфатну кислоту належить арабському алхіміку Джабір Ібн Хайяну, який жив у VІІІ – ІХ ст. У 1572 р. він також описав метод одержання сульфатної кислоти: “Пережени фунт кіпрського купоросу, півтора фунта селітри, чверть фунта квасців і одержиш воду(кислоту). Ця вода дуже добре розчиняє метали”. У ХVІ ст. сульфатну кислоту одержували сухою перегонкою залізного купоросу, з тих пір концентровану сульфатну кислоту стали називати “купоросним маслом”. Перший сірчанокислотний завод був побудований в Англії в 1740 році. Сульфатну кислоту там одержували спалюванням суміші сірки і селітри в металічних посудинах. Одержували кислоту низької концентрації (до50 – 60 %). Пізніше для уловлювання газів, які виділяються при виробництві, почали використовувати свинцеві камери. Цей спосіб виробництва сульфатної кислоти стали називати “камерним способом”. Істотним недоліком цього способу був великий викид оксидів сульфуру та нітрогену, що приводило як до забруднення навколишнього середовища, так і до подорожчання виробництва. Головний інженер. Французький вчений Ж. Л. Гей – Люссак та англійський Дж. Гловер запропонували для уловлювання оксидів нітрогену із вихлопних газів ставити спеціальні башні з насадками. Цей спосіб виробництва стали називати “башенним” або “нітрозним”. Його недоліки: одержання кислоти низької концентрації (75%), забруднення кислоти оксидами нітрогену і сульфуру, викиди в атмосферу оксидів сульфуру. Нові галузі хімічної промисловості вимагали використання концентрованої сульфатної кислоти (більше 90 –95%). Тому вчені – хіміки поряд з удосконаленням башенного способу вели дослідження по вдосконаленню другого способу одержання кислоти “контактного”. Цей спосіб появився у 1831 році, коли англійський хімік П. Філіпс запропонував окисляти диоксид сірки безпосередньо киснем повітря при пропусканні газової суміші через розжарений платиновий каталізатор. Таким чином, основними методами одержання сульфатної кислоти являються башенний (нітрозний ) і контактний. У минулому столітті перевага надавалася першому методу. Але, починаючи з 30–х років нинішнього століття, після появи дешевого і стійкого до отрут ванадієвого каталізатора, все більшого розвитку і поширення набуває контактний спосіб виробництва сульфатної кислоти. Ведучий конференції. Що служить сировиною для виробництва сульфатної кислоти? Інженер постачзбуту. Основними видами сировини для виробництва сульфатної кислоти являються залізний колчедан (пірит), елементна сірка(природна або газова), відхідні гази чорної та кольорової металургії, сірководень. Сірку одержують з відходів виробництва при збагаченні мідних руд, які містять сірчисті сполуки заліза і міді. При випалюванні руд кольорових металів, утворюються гази, які містять приблизно 50 % оксиду сульфуру. Ці гази і використовуються для виробництва сульфатної кислоти, зменшуючи тим самим шкідливі викиди в атмосферу.(таблиця 1) Залізний колчедан, або пірит, FeS2 Сірка Сульфіди кольорових металів: Cu2S,S,ZnS,PbS. Сировина Гіпс CaSO4*2H2O Сірководень H2S
Ведучий конференції. Яка ж технологія сірчанокислотного виробництва? Технолог. Основними технологічними процесами одержання кислоти контактним способом з любої сировини є:
одержання оксиду сульфуру(ІV); Добування оксиду сульфуру(IV).(таблиця 2). На багатьох сірчанокислих заводах оксид сульфуру(IV) добувають випалюванням сірчаного колчедану(піриту). 4FeS 2+11O2 2Fe3O2+8SO2 Вчені розв’язали питання про ступінь подрібнення піриту. Відомо, що для підвищення швидкості випалювання пірит треба подрібнити по можливості дрібніше. Однак спікання дрібних частинок перешкоджає доступу кисню. Вчені дійшли висновку, що застосовуючи принцип протитечії, тобто подаючи в піч тонко подрібнений пірит знизу, можна відрегулювати подачу повітря так, щоб частинки піриту розпушувалися й перебували в русі. Такий шар дрібних частинок назвали киплячим, оскільки він нагадує киплячу рідину, крізь яку проривається пара. Частинки піриту можуть бути дуже дрібними: у киплячому шарі вони не залежуються і добре змішуються з повітрям. Тому процес випалювання відбувається дуже швидко. Якщо раніше для випарювання піриту треба було 5 – 6 годин, то при випалюванні в киплячому шарі треба лише кілька секунд. Робота таких печей повністю механізована: у піч безперервно стрічковим транспортером подається подрібнений пірит, а компресорами вдувається повітря. Утворений оксид сульфуру (ІV) автоматично відводиться для дальшої переробки. Заданий технологічний режим (температура, подача повітря і подрібненого піриту) регулюється автоматично. Окислення оксиду сульфуру(IV) в оксид сульфуру(VI). Після ретельного очищення оксид сульфуру (ІV) і повітря надходять у контактний апарат, де під впливом каталізатора відбувається окислення: 2SO2+O2 2SO3+Q Щоб почалася реакція, газову суміш треба попередньо нагріти, оскільки в процесі очищення вона охолоджується. Тому перед контактним апаратом встановлюють теплообмінник. У контактному апараті є полиці, на яких розміщено шарами каталізатор – оксид ванадію. Завдяки каталізатору окислення оксиду сульфуру (ІV) відбувається при нижчій температурі і рівновага хімічної реакції зміщується вправо. Добування сульфатної кислоти гідратацією оксиду сульфуру(VI). Охолоджений у теплообміннику оксид сульфуру (VI) направляють у вбирну башту. Оксид сульфуру (VI)вбирається концентрованою сульфатною кислотою і реагує з водою, що міститься в ній|: SO3+H2O=H2SO4+Q Утворюється безводна сульфатна кислота, при розчиненні в якій оксиду сульфуру (VI) утворюється олеум. Процес виробництва сульфатної кислоти безперервний: випалювання піриту в печі, поступання оксиду сульфуру (ІV) і повітря в очисну систему, а потім у контактний апарат, подача оксиду сульфуру (VI) у вбирну башту. Інженер по техніці безпеки та охорони праці. На сірчанокислотних заводах треба суворо дотримуватися правил техніки безпеки праці. Щоб не допускати отруєння газами, кожний працівник має протигаз. У заводських приміщеннях систематично контролюємо вміст газів у повітрі. Вміст оксиду сульфуру (ІV) не повинен перевищувати 0,02 мг/л, а сірководню 10 мг/м3. При можливих отруєннях потерпілого виносять на свіже повітря і дають випити розчину питної соди. У приміщеннях цехів особливо небезпечний сірчанокислотний туман, який утворюється при взаємодії оксиду сульфуру (VІ) з парою води: не можна допускати перевищення вмісту сірчанокислого туману більше 1 мг/ м3. У приміщеннях, де працюють з сульфатною кислотою і в яких може утворюватися сірчанокислотний туман, працівники повинні бути у спецодязі, гумових чоботях, гумових рукавичках і в захисних окулярах. Якщо кислота потрапляє на тіло, її треба відразу змити великою кількістю води. Обробити місце 5 % -ним розчином соди і змастити вазеліном. Ведучий. Які заходи по охороні навколишнього середовища здійснюються на заводі? Еколог. Охороні навколишнього середовища приділяється велика увага. Запобігти забрудненню атмосфери вдається завдяки герметизації апаратури, застосуванню газоочисних установок. /Розповідає про досліди вивчення впливу на живі організми/. Ведучий. Слово надається журналістам. /Журналісти називають себе, ставлять запитання. А представники заводу відповідають/. Примірні питання для журналістів: 1.Яким чином здійснюється транспортування кислоти? 2.Чому для вбирання оксиду сульфуру (VІ) не можна використовувати воду? 3.Які основні наукові принципи виробництва? 4.В яких навчальних закладах відбувається підготовка спеціалістів сірчанокислого виробництва? 4. Підсумки. Ведучий. Закінчилася прес-конференція, присвячена сірчанокислотному виробництву. Дякуючи конференції ми змогли не тільки ознайомитися з історією виробництва, його технологією, а й зрозуміти проблеми, що стоять перед виробничниками та побачити перспективи розвитку виробництва сульфатної кислоти. Домашнє завдання: Повторити тему “Оксиген і Сульфур”, підготуватися до контрольної роботи.
Довідковий матеріал до уроку Сульфатна кислота - малотранспортабельний продукт. А оскільки її головний споживач – суперфосфатне виробництво, то й виробництво сульфатної кислоти зосереджене переважно у центрах переробки фосфатів – у Сумах, Костянтинівці, Вінниці, Одесі, Горлівці (“Стирол”), Дніпродзержинську (“Азот”), коксохімічних заводах Донбасу та Придніпров’я. Сировиною для виготовлення сірки може бути будь – яка речовина, що її містить: природна сірка, сірчані колчедани, сірчистий газ, що міститься у супутних газах. В Україні є великі запаси сірки у Львівській області, на базі яких створені гірничо - хімічні підприємства у Роздолі та Яворові. У Костянтинівці сульфатну кислоту виготовляють із оксидів Сульфуру – побічних продуктів при виплавці цинку.
Методичні рекомендації до проведення рольової гри “Прес – конференція ” 1.Гра розрахована на 45 хвилин. 2.Учитель разом з учнями визначає коло питань, що стосуються обраної теми. 3.Учитель разом із дітьми розподіляє ролі учасників гри: представники громадськості, кореспонденти газет, незалежні експерти. 4.Визначається термін підготовки: 5-7 днів. 5. Кількість учасників гри визначає учитель. 6.Необхідно обов’язково підготувати і використати спеціальну атрибутику конференції (акредиційні картки, мікрофон, фотокамери, тощо). 7.Учні – гравці добирають матеріали з науково – популярної літератури. 8.Учні заздалегідь обговорюють з учителем особливості своєї ролі у грі, а також питання, які будуть предметом гри. 9. Важливо, щоб був наявний елемент імпровізації, що базується на конкретних фактах та знаннях. 10. У період підготовки учитель пропонує кожному учаснику гри певний обсяг матеріалів, документів тощо, які стануть основою його самостійної подальшої підготовки. 11.Учитель проводить індивідуальні та групові консультації. 12.Заздалегідь подається інформація про час та місце проведення гри. 13. Перед початком гри вступне слово надається вчителеві, як незалежному експерту, який характеризує загальний стан проблем, що виноситься на гру. 14.Гра відбувається у стандартній формі прес – конференції: представники заводу розташовуються за столом на сцені, де розміщені також мікрофони та матеріали. Решта учасників – кореспонденти та учні розташовуються у залі і почергово задають питання і дискутують. 15.По завершенні конференції вчитель підводить підсумки (аналіз виступів учасників та їхня оцінка).
Приклади задач з виробничим змістом Задача 1. У скільки разів збільшується швидкість реакції окислення SO2 в SO3 при підвищенні температури від 450 до 6000. якщо температурний коефіцієнт реакції дорівнює 2? Задача 2. Який об’єм повітря потрібний для випалення 1т залізного колчедану, що містить 90% дисульфуру заліза, якщо фактично повітря витрачається в 1,5 рази більше від теоретично обчисленої кількості? Задача 3. На одному заводі колона синтезу виробляє за добу приблизно 1500т амоніаку. Скільки водню вступає в реакцію, коли утворюється така кількість амоніаку? Задача 4. Скільки 55% - ної нітратної кислоти утвориться з 1т амоніаку, якщо вихід продукту окиснення в контактному апараті досягає 98%, а вихід кислоти у вбирних колонах становить 94%? Задача 5. Скільки амоніаку потрібно для добування 5т 60% нітратної кислоти, якщо втрати амоніаку на виробництві становлять 2,8%? Задача 6. Скільки безводної сульфатної кислоти можна добути з 800т залізного колчедану, який містить 45% сірки? Задача 7. У контактний апарат надходить суміш, яка містить 7% оксиду сульфуру(ІV), 10,5 % кисню та 82,5% азоту. У скільки разів вміст кисню в цій суміші перевищує теоретично потрібну кількість його для окиснення оксиду сульфуру(ІV)? Задача 8. Амоніачно – повітряна суміш, що надходить у контактний апарат, містить 1,8 моль кисню на кожний моль амоніаку. У скільки разів це більше від тієї кількості кисню, яка потрібна для окиснення амоніаку до оксиду нітрогену(ІІ)? Задача 9. На мідеплавних заводах у відхідні гази потрапляє 7,5т оксиду сульфуру на кожну тону видобутої міді. Яку кількість сульфатної кислоти можна виробити з такої кількості оксиду сульфуру(ІV) теоретично? Задача 10. Як зміниться швидкість прямої і зворотної реакції при сталій температурі, якщо концентрацію реагуючих речовин SO2,O2 i SO3 подвоїти?
Схожі навчальні матеріали: | ||||||
| Всього коментарів: 0 | |