Производство серной кислоты

Приложение №6

Контактный способ производства серной кислоты.

С развитием производства серной кислоты начались работы по усовершенствованию технологии камерного процесса. В 1774 г. французский технолог Де ля Фолье для интенсификации реакции предложил вводить в камеры не воду, а водяной пар, что дало возможность вести процесс непрерывно. В 1810 г. этот способ был впервые практически реализован во Франции Д. Голькером и вскоре получил всеобщее признание. Серу стали сжигать в отдельной печи, а окислы азота получать разложением селитры серной кислотой Химические процессы, протекающие в производстве серной кислоты, исследовали Г. Дэви, II. Я. Берцелиус и многие другие ученые. Г. Дэви показал (1812 г.), что химическое взаимодействие между сернистым газом и окисью азота возможно только в присутствии воды и что в безводном состоянии эти газы не взаимодействуют. И. Я. Берцелиус полагал, что в камере образуется водная азотистая кислота, которая передает сернистой кислоте кислород и воду, в результате чего образуется серная кислота.

Появление и распространение процесса обжига колчеданов как исходного сырья для получения серной кислоты - важный этап в истории сернокислотного производства. Замена самородной серы колчеданами - сернистыми соединениями железа (пирит), меди, свинца, цинка, сурьмы и некоторыми другими - была вызвана резким повышением цен на сицилийскую серу, потребление и цены на которую с развитием сернокислотного и порохового производства неустанно росли.

Приложение №3

Серная кислота — исторические факты

Сообщение на тему :

«Получение серной кислоты алхимиками»

Серная кислота стала первой сильной минеральной кислотой, которую алхимики научились получать и использовать (открытие соляной кислоты древними греками было надолго забыто). Получение серной кислоты приписывается арабскому алхимику Джафар аль-Суфи (8 в.), Абу Джабиру (8 в.), Ар-Рази (10 в.) или даже Альберту Магнусу (13 в.); вполне вероятно, что каждый из них шел к открытию собственным путем. Но одно известно точно - первоначальный способ получения серной кислоты был основан на ее выделении из квасцов или «зеленого камня» (железного купороса) путем прокаливания.

Именно поэтому в Средние века серную кислоту называли купоросным или витриолевым маслом: 2[FeSO4 • 7O] -Fe2O3 + SO4 + SO2T + 13O.
Абу Джабир, описывая эту реакцию, упоминает о выделении неких «кислых газов» или «купоросного духа». Это была первая встреча ученых с парами сернистого ангидрида (SO2).
В 15 в. алхимики открыли, что серную кислоту можно получить, сжигая смесь серы и селитры или же из пирита (сульфида железа) - очень распространенного и дешевого минерала. Этим новым способом серную кислоту получали еще 300 лет, но в небольших количествах, поскольку стеклянная посуда, в которой проводились эти опасные опыты, была слишком нестойкой.

Цели: сформировать понятия о производстве серной кислоты; об истории открытия серной кислоты, закрепить основные первоначальные химические понятия производства серной кислоты.

Обобщить знания учащихся о научных принципах производства в свете требований современной технологии.

Подчеркнуть роль науки в совершенствовании химической промышленности, загрязнение атмосферы выбросами химических предприятий по производству серной кислоты.

Задачи:

- обучающие обеспечить в ходе урока понятия «купоросное масло», «нитрозный метод», «контактный метод» , области применения серной кислоты и решение экологических проблем возникающих при производстве серной кислоты..

- развивающие - развивать, умения сравнивать и обобщать, проводить наблюдения, делать выводы, формирование умений работать с информацией, развитие коммуникативных способностей.

-воспитательные - воспитывать интерес к знаниям, учению, воспитывать аккуратность, интерес к самостоятельному приобретению знаний, подготовка личности «информационного общества».

Тип урока – комбинированный – урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Формы работы учащихся: фронтальная беседа, информационная, учебное исследование под руководством учителя, индивидуальная самостоятельная работа.

Методы:

- Словесно-наглядно-практический;

- исследовательский.

Средства:

- предметные (лабораторное оборудование, реактивы);

- интеллектуальные (сравнение, обобщение, систематизация);

- практические (заполнение таблицы, выполнение лабораторных опытов).

Ожидаемый результат

По содержанию;

Характеризовать способы получения серной кислоты;

объяснять значение химических процессов с экологической точки зрения

По способу работы;

Самостоятельно применять знания по прогнозированию химизма производства серной кислоты.

Необходимое техническое оборудование: компьютер, подключенный к Интернет, проектор, экран, мультимедийный проектор. Презентация учителя к уроку «Производство серной кислоты», в программе Power Point; периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева;

Эпиграф « Мир сложен.

Он полон событий, сомнений,

и тайн бесконечных, и смелых догадок» .

План урока

1.Организационный

2.Проверка домашнего задания

3.Подготовка учащихся к сознательному усвоению знаний. Формулировка темы урока.

4.Усвоение новых знаний

5.Первичная проверка понимания учащимися нового учебного материала

6.Закрепление

7.Подведение итогов урока.

8.Информация учащимся о домашнем задании

По ходу урока проводится фронтальная работа с классом.

План урока

Конспект урока.

1.Организационный ( 2 мин.) Учитель проверяет готовность к уроку. Организация учащихся на усвоение новых знаний.

2.Проверка домашнего задания 5минут. 1.У доски решить задачу №4

Написать уравнения реакций взаимодействия серной кислоты с цинком, оксидом железа(ІІІ), оксидом кальция, гидроксидом кальция, гидроксидом натрия, хлоридом бария

Фронтальная работа с классом: Показывает карточки с формулами. Работают у доски.

Устно отвечают на вопросы фронтального опроса. Называют продукты реакции

3.Подготовка учащихся к сознательному усвоению знаний. Формулировка темы урока. Время выполнения задания 3 минуты

1.Вспомните, какие физические свойства характерны для серной кислоты.

2.Вспомните, какие химические свойства характерны для раствора серной кислоты.

3.Назовите области применения серной кислоты.

Приложение№1

4.Почему серную кислоту называют «хлебом промышленности»?

Вспоминают, отвечают на вопросы. Записывают тему урока.

Приложение№2

Вывод. Ни одна отрасль промышленности практически не может обойтись без серной кислоты, особенно широко серная кислота применяется в химической промышленности, поэтому ее часто справедливо называют «хлебом» химии или «хлебом промышленности».

 4.Усвоение новых знаний. 15минут

Вступительное слово учителя.

Вступительное слово учителя. Современное общество не может существовать без химических веществ. В частности, человек использует их для защиты своего здоровья, увеличения производства продуктов питания и облегчения повседневной жизни.

Серная кислота – важнейший продукт химической промышленности. Она находит применение в производстве минеральных удобрений, волокон, пластмасс, красителей, взрывчатых веществ, в металлургии, используется и как осушитель газов. Много серной кислоты идет на очистку нефтепродуктов от вредных примесей. Большое практическое применение имеют соли серной кислоты.

Выступления учащихся с информацией.

Серная кислота — исторические факты.

Выступления учащихся. Приложение№3

Дает задание: проанализировать информацию о результатах исследования исторических фактов производства серной кислоты в средние века.

Слушают сообщение, анализируют информацию, делают пометки в тетрадях. Обсуждают в парах, отвечают на вопросы

Вопросы в помощь: где и когда впервые стали использовать серную кислоту?

Каким способом получали серную кислоту на протяжении 300 лет?

Приложение№4

Вывод. Получать серную кислоту стали в средние века. Способ получения серной кислоты, существовавший до 18 века, был основан на разложении сульфатов при нагревании, а также нагреванием серы с селитрой.

Знакомство с понятиями.

Знакомство с понятиями.

«купоросная кислота», «купоросное масло», «серное масло», «купоросный спирт»

Знакомство с понятиями. Камерный способ производства серной кислоты.

Особенности

Нитрозного метода производства серной кислоты

Вывод. Приложение№5

Познакомиться с принципом контактного способа получения серной кислоты открыто в 1831 г. П. Филипсом (Англия).

Контактный способ производства серной кислоты.

Контактный способ. Приложение№6

5.Первичная проверка понимания учащимися нового учебного материала

5минут

Инструкция

Составьте схему промышленного способа получения серной кислоты контактным способом, пользуясь учебником и дополнительной литературой.

Приготовьте отчет.

6.Закрепление

10минут

1.Уравнение реакции первой стадии получения серной кислоты.

2.Уравнение реакции второй стадии получения серной кислоты.

3.Уравнение реакции третьей стадии получения серной кислоты

Какие экологические проблемы могут возникнуть при получении и использование серной кислоты?

Предложите способы решения этих проблем.

7.Подведение итогов урока.

3минут

1. Считаете ли вы, что цели урока вами достигнуты?
2. Как бы вы оценили результаты своей работы на уроке

5.Информация учащимся о домашнем задании

2минуты

1.§22 стр.104-106

2.Упр.4 стр.107

3.Упр.6 стр.107

4.Решить задачу №7

Производство серной кислоты

МОУ СОШ №2 СПИРОВО

учитель химии Денисова Н.В.

Цель:

- узнать способы получения и области применения серной кислоты.

Проверка Д.З

1.У доски решить задачу №4

2.Написать уравнения реакций взаимодействия серной кислоты с цинком, оксидом железа(ІІІ), оксидом кальция, гидроксидом кальция, гидроксидом натрия, хлоридом бария

Применение серной кислоты

История открытия и получения серной кислоты.

Примерно 800 году н.э .арабские алхимики научились получать серную кислоту.

Серная кислота стала первой сильной минеральной кислотой, которую алхимики научились получать и использовать Получение серной кислоты приписывается арабскому алхимику Джафар аль-Суфи (8 в.), Абу Джабиру (8 в.), Ар-Рази (10 в.) или даже Альберту Магнусу (13 в.); вполне вероятно, что каждый из них шел к открытию собственным путем. Но одно известно точно - первоначальный способ получения серной кислоты был основан на ее выделении из квасцов или «зеленого камня» (железного купороса) путем прокаливания.

Еще в XIII веке серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO 4 , поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом , хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.

Термины «купоросная кислота», «купоросное масло», «серное масло», «купоросный спирт» встречаются в России уже в XVII в. Так называли концентрированную серную кислоту H 2 S0 4 , которую получали нагреванием железного купороса в глиняных ретортах.

При Петре I серную кислоту в Россию привозили из-за границы. Но уже в 1798 г. купец Муромцев «выварил» 125 пудов (около двух тонн) «купоросной кислоты» нагреванием железного купороса. Позже в России серную кислоту стали получать другим способом, сжигая смесь селитры и серы во влажных камерах. Так производили серную кислоту до начала XX в. Первое современное промышленное производство серной кислоты контактным методом — окислением диоксида серы в триоксид в присутствии катализатора (губчатой платины Pt) — было создано в России на Тентелевском химическом заводе в Санкт Петербурге в 1903 г.

Первому промышленному способу получения серной кислоты, положенному в основу камерного процесса, предшествовали работы французских химиков Н. Лемери и Н. Лефевра, предложивших в 1666 г. (по другим данным - в 1690 г.) окислять серу, нагревая ее в смеси с селитрой Указанный путь получения серной кислоты был впервые реализован в заводском масштабе в Англии в 1740 г

В 1805 г. камерный способ производства серной кислоты был введен в России.

Наряду с камерным способом производства серной кислоты в конце XIX в. начал развиваться контактный процесс. Принцип контактного способа получения серной кислоты был открыт в 1831 г. П. Филипсом (Англия), внесшим предложение окислять сернистый ангидрид непосредственно кислородом воздуха при пропускании газовой смеси через накаленный платиновый катализатор.

Первый завод контактного производства серной кислоты был пущен в 1847 г. (Бельгия), но вскоре был закрыт связи с тем, что не удавалось точно установить причины отравления платинового катализатора, и не были установлены физико-химические факторы, влияющие на процесс.

Производство серной кислоты

Нитрозный метод

При реакции SO 3 с водой выделяется огромное количество теплоты и серная кислота начинает закипать с образованием «туманов»

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 + Q

Поэтому SO 3 смешивается с H 2 SO 4 , образуя раствор в 91% H 2 SO 4 –олеум.

Нитрозный метод (башенный)

Недостаток башенного метода состоит в том, что полученная серная кислота имеет концентрацию лишь 75% (при большей концентрации плохо идёт гидролиз нитрозиллерной кислоты). Концентрирование же серной кислоты упариванием представляет дополнительную трудность.

Преимущество этого метода в том, что примеси содержащиеся в SO 2 , не влияют на ход процесса, так что исходный SO 2 достаточно очистить от пыли, т.е. механических загрязнений. Естественно, башенная серная кислота бывает недостаточно чистой, что ограничивает её применение.

Контактный способ вытесняет нитрозный.

Ниже приведены реакции по производству серной кислоты из минерала пирита на катализаторе — оксиде ванадия (V).

1. 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

2. 2SO 2 +O 2 = 2SO 3

3. SO 3 + H 2 O=H 2 SO 4

Известно сотни веществ, ускоряющих окисление SO 2 до SO 3 , три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, пятиокись ванадия и оксид железа. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO 2 , особенно мышьяком. Оксид железа требует высоких температур для проявления каталитической активности (выше 625 гр. C). Таким образом, ванадиевый катализатор является наиболее рациональным, и только он применяется при производстве серной кислоты.

Производство серной кислоты из минерала пирита на катализаторе-оксиде ванадия (V).

Контактный способ производства серной кислоты.

1) Измельчение пирита.

2) Очистка пирита.

ПЕРВАЯ СТАДИЯ - обжиг пирита в печи для обжига в "кипящем слое".

t = 800°C

4FeS 2 + 11O 2 =2Fe 2 O 3 + 8SO 2 + Q

   ВТОРАЯ СТАДИЯ - окисление SO 2 в SO 3 кислородом .

Протекает в контактном аппарате. 

2SO 2 + O 2 2SO 3 + Q

ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO 3 серной кислотой.

               Протекает в поглотительной башне

Первичная проверка знаний

Перечислите

1.Основные стадии получения серной кислоты контактным способом из пирита.

2 . Охарактеризуйте процессы происходящие в каждой стадии .

Напишите

1.Уравнение реакции первой стадии получения серной кислоты.

2.Уравнение реакции второй стадии получения серной кислоты.

3.Уравнение реакции третьей стадии получения серной кислоты

Экологические проблемы

Какие экологические проблемы возникают при получении использовании серной кислоты?

Можно выделить целый ряд  экологических проблем , связанных с производством серной кислоты.

1.Связана с обжигом серного колчедана FeS 2  и других сульфидных руд. При обжиге, протекающем в «кипящем слое», получающийся оксид металла, например Fe 2 O 3 , выделяется в атмосферу.

2. При производстве серной кислоты в атмосферу попадает много оксида серы (IV): 2SO 2  + O 2  = 2SO 3

3. Для производства серной кислоты нередко используется сера, получаемая из сероводорода (это вещество является отходом ряда производств). Эта технологическая схема несовершенна - около 20% серы идет на образование оксида серы (IV), который выделяется в атмосферу.

4.Взаимодействуя с другими компонентами воздуха и атмосферной влагой, оксид серы (VI) образует мельчайшие частицы сульфатных солей. При выпадение осадков образуют «кислотные дожди», которые губят лесные массивы, нарушают жизнедеятельность водных экосистем, вызывают серьезные нарушения здоровья животных и человека, особенно их дыхательной системы.

Способы решения экологических проблем, связанных с производством серной кислоты:

1. Один из способов разрешения экологических проблем —  использование технологических схем , сводящих к минимуму загрязнение атмосферы:      1) непрерывность процесса;      2) циркуляционные процессы (непрореагировавшие вещества возвращаются в сферу реакции);      3) принцип противотока (увеличивается площадь поверхности реагирующих веществ и скорость реакции);      4) комплексное использование сырья, безотходная технология;      5) выбор оптимального сырья и режима его переработки.

2. Еще один важный путь — это  совершенствование технологического

оборудования , в частности различных фильтров и поглотителей

Будьте осторожны при работе с серной кислотой

Серная кислота и близкие к ней продукты - чрезвычайно токсичные вещества, которым присвоен класс опасности II. Их пары поражают дыхательные пути, кожу, слизистые оболочки, вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко – ларингит, трахеит, бронхит

Подведение итогов урока

1. Считаете ли вы, что цели урока вами достигнуты? 2. Как бы вы оценили результаты своей работы на уроке

Домашнее задание

1.§22 стр.104-106

2.Упр.4 стр.107

3.Упр.6 стр.107

4.Решить задачу №7

Спасибо за внимание

Список литературы: 1. Габриелян О.С. Учебник химии 9 класс. Москва «ВАКО» 2009г

2. Горковенко М.Ю. Поурочные разработки по химии. Москва «ВАКО» 2005г

3.Справочник школьника химия. Филологическое общество «СЛОВО».

4.Экзаменационные вопросы и ответы по химии 9 – 11. Издательство АСТпресс