Урок на тему "Производство серной кислоты" (9 класс)

Конспект урока   «Производство серной кислоты»

1. Тема урока:  Производство серной кислоты.

2. Возраст  обучающихся:  9  класс

3. Название предмета: химия УМК О.С. Габриелян

4. Авторы:  учитель химии  Добина Т.В.

5. Вид урока:  частично-поисковый, объяснительно-иллюстрационный

6. Тип урока:

 По дидактической  цели –  формирование  и систематизация  новых  знаний.

7. Методы  и педагогические технологии:  

- Личностно-ориентированное обучение, групповое обучение

- ИКТ  технологии

- Технология проблемного обучения

- Деловая игра

8. Цель урока: активизация образовательной деятельности в области химии.

 Задачи:

1)профориентация, выбор профессии или ориентация на профессию, раскрытие перспектив развития производства серной кислоты;

2) подчеркнуть роль науки в совершенствовании химической промышленности;

3) обеспечение самостоятельности и активности учащихся;

4) обобщение знаний учащихся о научных принципах производства в свете требований современной технологии;

5)  внедрение нестандартных элементов структуры урока (деловая игра) для оживления учебной деятельности .

9. Планируемые результаты:

Личностные	Метапредметные	Предметные
Развитие мотивов учебной деятельности, формирование личностного смысла учения, выбор профессии	Регулятивные: определение цели учебной деятельности; осуществление рефлексии своей деятельности; удержание учебной задачи; контроль, оценка своих результатов, понимание причины своего неуспеха. Познавательные: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели; анализ объектов с целью выделения признаков (существенных, несущественных); классификации объектов; построение логической цепи рассуждений, доказательство, преобразование информации из одной формы в другую. Коммуникативные: умение с достаточной полнотой выражать мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации, оценивать речь сверстников, составление индивидуального устного высказывания, аргументация своей точки зрения, оценка суждений и своей точки зрения.	В познавательной сфере: 1.      Изучить производство серной кислоты. 2.      Изучить экологические аспекты производства В ценностно-ориентационной сфере: профессиональная направленность обучения и пути ее реализации.

10. Оборудование:  ПК – по числу работающих групп,  проектор,  раздаточный дидактический материал, таблицы «Производство серной кислоты»

Технологическая карта урока

Дидактическая структура урока	Деятельность учителя. Задания.	Деятельность учеников	УУД
1. Актуализация знаний	Учитель предлагает учащимся вспомнить все, что им известно о кислотах из предшествовавшего обучения и повседневной жизни. (Беседа) Учитель предлагает учащимся открыть папку «Производство серной кислоты»	Выполняют задания устно. Все ответы комментируются.	Регулятивные: определение цели учебной деятельности. Познавательные: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели; анализ объектов с целью выделения признаков классификации объектов. Коммуникативные: умение с достаточной полнотой выражать мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации, оценивать речь сверстников, составление индивидуального устного высказывания, аргументация своей точки зрения, оценка суждений и своей точки зрения.
2. Сообщение нового материала	Вступительное слово: едва ли найдется другое вещество, более широко применяемое в технике, как H2SO4. Где нет заводов для ее производства, немыслимо выгодное производство многих других веществ. Серная кислота известна с древности(слайд 1).    Серная кислота стала первой сильной минеральной кислотой, которую алхимики научились получать и использовать(слайд 2) 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.) (слайд 3) 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 FeSO4 , поэтому и сейчас  один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно  серная кислота не производится из купороса. (слайд 4)   Термины «купоросная кислота», «купоросное масло», «серное масло», «купоросный спирт» встречаются в России уже в XVII в. Так называли концентрированную серную кислоту H2S04, 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. (слайд 5)         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. (слайд 6,7)    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). 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. Сегодня мы отправимся на завод по производству серной кислоты контактным способом. Нам необходимо разделиться на четыре группы. Первая группа  работает сегодня в  отделе главного технолога; вторая группа работает с экологическим надзором, третья группа работает в  центральной заводской лаборатории, а четвертая группа познакомится с работой отдела реализации и сбыта готовой продукции.   Каждой группе предлагаются   вопросы для обсуждения и дискуссии, а также дидактический материал в электронном виде (приложение1) (приложение2) Работа в рабочих группах 15 мин. Технологический отдел Выделить все аппараты по производству H2SO4. Выделить научные принципы вашего производства. Экологический надзор Какие экологические проблемы возникают при производстве серной кислоты. Как Вы решаете экологическую проблему на вашем производстве Техника безопасности при работе с серной кислотой. Центральная заводская лаборатория Химизм каждой стадии производства серной кислоты. Отдел реализации и сбыта готовой продукции Охарактеризуйте продукт вашего производства. Перечислите смежные организации, с которыми Вы работаете. Основные потребители Вашей продукции. Дискуссия 10  мин. Слово предоставляется представителям технологического отдела - Слово предоставляется представителям химической лаборатории  Слово предоставляется экологическому надзору. Как вы решаете экологическую проблему на вашем производстве? Как соблюдается техника безопасности при работе с серной кислотой. Давайте рассмотрим схему иллюстрирующую области применения серной кислоты. Слово предоставляется представителю отдела реализации и сбыта готовой продукции.	Слушают, дополняют, записывают информацию со слайдов Класс делится на 4 рабочие группы,:  1.      Технологический отдел; 2.      Экологический надзор; 3. Центральная заводская лаборатория; 4. Отдел реализации и сбыта готовой продукции Открывают дидактический материал. Получают  вопросы для обсуждения и дискуссии. Работа в рабочих группах 15 мин. 1 технолог: среди минеральных кислот, производимых химической промышленностью, серная кислота по объему производства и потребления занимает первое место. Объясняется это и тем, что она самая дешевая из всех кислот, а также ее свойствами. Серная кислота не дымит, в концентрированном виде не разрушает черные металлы, в то же время является одной из самых сильных кислот, в широком диапазоне температур (от –40.-20 до 260-336,5 ºС) находится в жидком состоянии. 2 технолог: (работает с таблицами на доске)  Основные стадии получения серной кислоты происходят в следующих аппаратах: 1.                  Обжиг сырья - пирита с получением печного газа SO2 –в печи для обжига в кипящем слое; 2.                  Очистка печного газа в циклоне и электрофильтре; 3.                  Осушение печного газа в сушильной башне с помощью концентрированной серной кислоты; 4.                  Окисление SO2 в SO3 – в контактном аппарате на ванадиевом катализаторе; 5.                  Теплообмен в теплообменнике 6.                   Поглощение SO3 – в поглотительной башне 98% серной кислотой 2 технолог: научные принципы нашего производства: 1.      Принцип кипящего слоя при обжиге сырья; 2.      Принцип противотока веществ в сушильной башне и поглотительной; 3.      Принцип теплообмена; 4.      Использование катализатора Известно сотни веществ, ускоряющих окисление SO2 до SO3, три лучших из них в порядке уменьшения активности: платина, пятиокись ваннадия и окись железа. При этом платина отличается дороговизной и легко отравляется примесями, содержащимися в газе SO2, особенно мышьяком. Окись 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.   3 технолог: В производстве H2SO4 соблюдены основные направления развития химической промышленности: 1.Технология малоотходная – переход сырья в целевой продукт достигает 99,9 %. 2.Энергосберегающее, так как процесс обеспечивает сам свое энергосбережение благодаря теплообменнику 3.Рациональное использование сырья и энергии, масштабность и дешевизна. 1 лаборант 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   4FeS2 + 11O2 =2Fe2O3 + 8SO2 + Q   Серный колчедан широко распространен в природе, среднее содержание серы в руде колеблется от 40 до 50%, кроме того, руда содержит примеси соединений кобальта, никеля, мышьяка, селена, меди, кремнезем, карбонаты кальция и натрия, оксид алюминия, серебро, золото. ВТОРАЯ СТАДИЯ - окисление SO2 в SO3 кислородом.  Протекает в контактном аппарате.   2SO2 + O2= 2SO3 + Q обратимая   ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO3 серной кислотой.   Протекает в поглотительной башне 2 лаборант Предлагаю дать характеристику первой реакции -гетерогенная, экзотермическая, окислительно – восстановительная, некаталитическая, необратимая Предлагаю для второй реакции рассмотреть условия смещения химического равновесия вправо -конц. исходных веществ увеличить, а продуктов снижать -температуру снижать -давление увеличивать Предлагаю подробнее остановиться на третьей стадии производства При реакции SO3 с водой выделяется огромное количество теплоты и серная кислота начинает закипать с образованием "туманов" SO3 + H2O = H2SO4 + Q Поэтому SO3 смешивается с H2SO4, образуя раствор SO3 в 98% H2SO4 - олеум 1 эколог Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических  производств, содержащих оксиды серы, и выпадать в виде  кислотных дождей.  Кислотные осадки во многих районах мира настолько повысили кислотность озер, что жизнь их обитателей оказалась под угрозой. Борьба с этим явлением до сих пор сводилась к внесению в воду извести. Однако ее применение имеет целый ряд недостатков.  Известь – вещество едкое, может вызвать ожоги у рабочих, занимающихся ее внесением, у рыб и растений, а также гибель микроорганизмов; растворение извести и ее нейтрализация приводит к местному разогреву воды, что вызывает кислородное обеднение воды; существенно повышается жесткость воды. В этой ситуации помогает принцип противотока (увеличивается площадь поверхности реагирующих веществ и скорость реакции).  Кроме самих соединений серы экологические проблемы могут вызывать и соединения, находящиеся в составе серосодержащих руд. Например, селен, который входит в состав серосодержащих руд и выделяется в атмосферу при обжиге пирита. Селен может заменять серу в аминокислотах (метионине, цистеине, цистине) и включаться в обмен веществ. Избыток селена в растениях (до 5•10–6 %) вызывает облысение овец и болезни их копыт, выпадение перьев у птиц, нарушение координации движений у животных. Необходимо совершенствование технологического оборудования, в частности различных фильтров и поглотителей. Большое значение имеет профилактический ремонт оборудования, а также установка современных автоматических систем управления производством. Другой отход производства – пиритный огарок. Огромные его количества занимают значительные территории пахотных земель, сильно запыляют атмосферу. Выход в безотходных технологиях. Оксид железа (3) должен поступать на металургические комбинаты В мире около 80% серной кислоты производится из серы, а не из пирита FeS2. Это позволяет избежать металлизации атмосферы. 2 эколог При работе на нашем производстве четко соблюдается техника безопасности. Серная кислота и олеум — очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко —  ларингит,  трахеит,   бронхит и т. д.  Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II. 1 специалист Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны. Существенная ее часть используется как полупродукт в различных отраслях химической промышленности, прежде всего для получения минеральных удобрений, а также солей, кислот, взрывчатых веществ. Серная кислота применяется и при производстве красителей, химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т. д. 2 специалист  На слайде схема: Области применения H2SO4.          в производстве минеральных удобрений;          как электролит в свинцовых аккумуляторах;          для получения различных минеральных кислот и солей;          в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;          в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;          в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве  пищевой добавки E513  (эмульгатор 3 специалист - Мировое производство серной кислоты ок. 160 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.	Регулятивные: осуществление рефлексии своей деятельности; удержание учебной задачи; контроль, оценка своих результатов, понимание причины своего неуспеха. Познавательные: анализ объектов с целью выделения признаков, классификации объектов; подведение под понятия, выведение следствий; преобразование информации из одной формы в другую. Коммуникативные: умение с достаточной полнотой выражать мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации, оценивать речь сверстников, составление индивидуального устного высказывания, аргументация своей точки зрения, оценка суждений и своей точки зрения.
3. Закрепление изученного материала	Разным отделам предлагаются разные задания (приложение3)	Выполняют задания в группах по приложению 3	Регулятивные: осуществление рефлексии своей деятельности; удержание учебной задачи; контроль, оценка своих результатов, понимание причины своего неуспеха. Познавательные: анализ объектов с целью выделения признаков, классификации объектов; установление причинно-следственных связей; построение логической цепи рассуждений, доказательство. Коммуникативные: умение с достаточной полнотой выражать мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации, оценивать речь сверстников, составление индивидуального устного высказывания, аргументация своей точки зрения, оценка суждений и своей точки зрения.
4. Рефлексия учебной деятельности на уроке	Оценивается проделанная работа. Сообщаются правильные ответы  Учитель предлагает учащимся скачать папку «Производство серной кислоты» на съемные носители	-учащиеся сравнивают записи, исправляют ошибки, задают вопросы. Ученики, оценив достигнутый уровень, могут определить сами дальнейшие движения к цели.	Регулятивные: осуществление рефлексии своей деятельности; оценка своих результатов, понимание причины своего неуспеха. Познавательные: построение логической цепи рассуждений. Коммуникативные: умение с достаточной полнотой выражать мысли в соответствии с задачами и условиями коммуникации, оценивать речь сверстников, составление индивидуального устного высказывания, аргументация своей точки зрения, оценка суждений и своей точки зрения.

Домашнее задание (приложение4):

Репродуктивный  уровень, отметка «3»

§  В трех пробирках без этикеток находятся: разбавленная серная кислота, концентрированная серная кислота и соляная кислота. При помощи каких реакций можно различить эти кислоты?

§  Вычислить массу сульфата бария, образующегося при взаимодействии 68,8 г серной кислоты с хлоридом бария.

Продвинутый  уровень, отметка «4»

§  Осуществить превращения по схемам:

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → K₂SO₄ → BaSO₄

§  К раствору, содержащему 15 г хлорида бария, добавили раствор, содержащий 15 г серной кислоты. Найти массу осадка.

§  Составить уравнения практически осуществимых реакций

Cu + H₂SO₄ (разб.) →

Cu + H₂SO₄ (конц.) →

Cu + HCl →

Zn + H₂SO₄ (разб.) →

BaCl₂ + H₂SO₄ (разб.) →

Ba(NO₃)₂ + HCl →

NaOH + H₂SO₄ (разб.) →

MgO + H₂SO₄ (разб.) →

H₂SO₄  + CO₂ →

Творческий  уровень, отметка «5»

§  К 100 г 15%-ного раствора хлорида бария добавили 100 г 15%-ного раствора серной кислоты. Найти массу осадка.

Стадии	Производство серной кислоты контактным способом Процессы
1.Обжиг пирита, Получение оксида серы (II). Очистка печного газа.	4FeS2 +11O2= 2Fe2O3 +8SO2 +Q Серный колчедан широко распространен в природе, среднее содержание серы в руде колеблется от 40 до 50%, кроме того, руда содержит примеси соединений кобальта, никеля, мышьяка, селена, меди, кремнезем, карбонаты кальция и натрия, оксид алюминия, серебро, золото. 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 8000С. Пирит раскаляется до красна и находится в "подвешенном состоянии" из-за продуваемого снизу воздуха. Похоже это всё на кипящую жидкость раскалённо-красного цвета. 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 Fe2O3 (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.
	Очистка печного газа
	Из печи выходит печной газ, состав которого: SO2, O2, 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) и в электрофильтрах (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(принцип противотока). На выходе из сушильной башни печной газ уже не содержит ни частичек огарка, ни паров воды. Печной газ теперь представляет собой смесь оксида серы SO2 и кислорода О2.
2. Окисление SO2 в SO3кислородом.	В промышленности применяют два метода окисления SO2 в производстве серной кислоты: контактный — с использованием твердых катализаторов (контактов), и нитрозный (башенный) —с оксидами азота.  Первая башенная система появилась в Германии в 1907 г. Получаемая при нитрозном методе серная кислота – не особенно чистая и не концентрированная, поэтому область ее применения ограничена. В таких производствах, как получение взрывчатых веществ, или в органическом синтезе, нужна более концентрированная и более чистая кислота, получаемая другим методом – контактным. Контактный способ вытесняет нитрозный. Уравнение реакции этой стадии:  2SO2 + O2 2SO3 + Q Протекает в контактном аппарате. Сложность второй стадии заключается в том, что процесс окисления одного оксида в другой является обратимым. Поэтому необходимо выбрать оптимальные условия протекания прямой реакции (получения SO3): а) температура: Прямая реакция является экзотермической +Q, согласно правилам по смещению химического равновесия, для того, чтобы сместить равновесие реакции в сторону экзотермической реакции, температуру в системе необходимо понижать. Но, с другой стороны, при низких температурах, скорость реакции существенно падает. Экспериментальным путём химики-технологи установили, что оптимальной температурой для протекания прямой реакции с максимальным образованием SO3 является температура 400-5000С. Это достаточно низкая температура в химических производствах. Для того, чтобы увеличить скорость реакции при столь низкой температуре в реакцию вводят катализатор. Экспериментальным путём установили, что наилучшим катализатором для этого процесса является оксид ванадия(V) V2O5. б) давление: Прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов: слева 3V газов (2V SO2 и 1V O2), а справа - 2V SO3. Раз прямая реакция протекает с уменьшением объёмов газов, то, согласно правилам смещения химического равновесия давление в системе нужно повышать. Поэтому этот процесс проводят при повышенном давлении. Прежде чем смесь SO2 и O2 попадёт в контактный аппарат, её необходимо нагреть до температуры 400-500°С. Нагрев смеси начинается в теплообменнике, который установлен перед контактным аппаратом. Смесь проходит между трубками теплообменника и нагревается от этих трубок. Внутри трубок проходит горячий SO3 из контактного аппарата. Попадая в контактный аппарат смесь SO2 и О2продолжает нагреваться до нужной температуры, проходя между трубками в контактном аппарате. Температура 400-5000С в контактном аппарате поддерживается за счёт выделения теплоты в реакции превращения SO2 в SO3. Как только смесь оксида серы и кислорода достигнет слоёв катализатора, начинается процесс окисления SO2 в SO3(принцип теплообмена) Образовавшийся оксид серы SO3 выходит из контактного аппарата и через теплообменник попадает в поглотительную башню.
3. Получение H2SO4 Техника безопасности, экологические проблемы Применение серной кислоты	Протекает в поглотительной башне. А почему оксид серы SO3 не поглощают водой? Ведь можно было бы оксид серы растворить в воде: SO3 + H2O H2SO4. 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: H2SO4·nSO3. Уравнение реакции этого процесса nSO3 + H2SO4 H2SO4·nSO3 Образовавшийся олеум сливают в металлические резервуары и отправляют на склад. Затем олеумом заполняют цистерны, формируют железнодорожные составы и отправляют потребителю. При работе  производстве четко соблюдается техника безопасности Серная кислота и олеум — очень едкие вещества. Они поражают кожу, слизистые оболочки, дыхательные пути (вызывают химические ожоги). При вдыхании паров этих веществ они вызывают затруднение дыхания, кашель, нередко —  ларингит,  трахеит,   бронхит и т. д.  Предельно допустимая концентрация аэрозоля серной кислоты в воздухе рабочей зоны 1,0 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,3 мг/м³ (максимальная разовая) и 0,1 мг/м³ (среднесуточная). Поражающая концентрация паров серной кислоты 0,008 мг/л (экспозиция 60 мин), смертельная 0,18 мг/л (60 мин). Класс опасности II. Аэрозоль серной кислоты может образовываться в атмосфере в результате выбросов химических и металлургических производств, содержащих оксиды S, и выпадать в виде  кислотных дождей.  Кислотные осадки во многих районах мира настолько повысили кислотность озер, что жизнь их обитателей оказалась под угрозой. Борьба с этим явлением до сих пор сводилась к внесению в воду извести. Однако ее применение имеет целый ряд недостатков. Известь – вещество едкое, может вызвать ожоги у рабочих, занимающихся ее внесением, у рыб и растений, а также гибель микроорганизмов; растворение извести и ее нейтрализация приводит к местному разогреву воды, что вызывает кислородное обеднение воды; существенно повышается жесткость воды.  Кроме самих соединений серы экологические проблемы могут вызывать и соединения, находящиеся в составе серосодержащих руд. Например, селен, который входит в состав серосодержащих руд и выделяется в атмосферу при обжиге пирита. Селен может заменять серу в аминокислотах (метионине, цистеине, цистине) и включаться в обмен веществ. Избыток селена в растениях (до 5•10–6 %) вызывает облысение овец и болезни их копыт, выпадение перьев у птиц, нарушение координации движений у животных.  Другой отход производства – пиритный огарок. Огромные его количества занимают значительные территории пахотных земель, сильно запыляют атмосферу, создавая тем самым угрозу для здоровья людей. Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны. Существенная ее часть используется как полупродукт в различных отраслях химической промышленности, прежде всего для получения минеральных удобрений, а также солей, кислот, взрывчатых веществ. Серная кислота применяется и при производстве красителей, химических волокон, в металлургической, текстильной, пищевой промышленности и т. д.  Области применения H2SO4. §  в производстве минеральных удобрений; §  как электролит в свинцовых аккумуляторах; §  для получения различных минеральных кислот и солей; §  в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ; §  в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности; §  в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве  пищевой добавки E513  (эмульгатор); §  в промышленном органическом синтезе в реакциях: §   дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров); §   гидратации  ; §   сульфирования ( синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей); §    Для восстановления смол в фильтрах на производстве дистилированной воды.  Мировое производство серной кислоты ок. 160 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.

                                                                        Приложение2

Производство серной кислоты контактным способом (аппараты)

Сырьем для производства служит пирит –
железный (серный) колчедан

Серный колчедан подается                       

                                                           измельченным

Реакция гетерогенна –

Должны мы помнить непременно!

В печи для обжига пирит

В потоках воздуха «кипит»

Сернистый газ со взвесью пыли

Был назван просто – «печной газ»,

И для очистки от пылинок

В «Циклон» направлен в тот же час.

Там крутит-вертит центрифуга,

И пыль, под тяжестью своей,
На дно «Циклона» оседает - в реакции нет места ей!

А газ, пройдя электрофильтр, от пыли «тонко» отделясь,

Проходит снизу в осушитель - там с кислотой вступает в связь.

Та, словно дождик поливает газ, проходя в противоток,

И влагу жадно отнимает, а газ  по кольцам -наутёк!

Затем, пройдя теплообменник (для оптимальности опять),

В контактный аппарат проходит -там ждёт V₂O₅

Здесь принцип есть  теплообмена:

Газ SO₃, нагретый газ,

Своё тепло для подогрева сухому SO₂ отдаст

Сам, охладившись, в поглотитель проходит снизу,

Вверх спешит.

Пока по кольцам он проходит, бывает кислотой полит…

Известно: SO₃ с водою должны стать серной кислотою!

SO₃ + H₂O = H₂SO₄

 Но так в промышленном масштабе не получают никогда!

Такое может ведь случиться - вода вмиг в пар вся превратится,

Такая будет экзотерма, что прямо скажем мы: беда!

И найден выход был простой - газ поглощают кислотой

Процесс опять гетерогенный, противотока принцип взят,

Газ, кислотою поглощенный – есть олеум.

Отправлен в склад!

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

              4FeS₂ + 11O₂ =2Fe₂O₃ + 8SO₂ + Q

  ВТОРАЯ СТАДИЯ - окисление SO₂ в SO₃ кислородом.

        Протекает в контактном аппарате. 

                                     2SO₂ + O₂ 2SO₃ + Q

  ТРЕТЬЯ СТАДИЯ - поглощение SO₃ серной кислотой.

              Протекает в поглотительной башне

                                                                                 Приложение 3

Закрепление пройденного материала

 Отдел главного технолога

вам необходимо составить по предложенной схеме уравнения реакций.

 Отметьте реакции обмена, разложения, соединения; реакции,

происходящие с изменением и без изменения степеней окисления

 элементов в веществе. FeS2 -   SO2-   SO3 -  (р-р) -  CuSO4.

Центральная заводская лаборатория Задача: Сколько тонн H2SO4 можно получить из 2,4 т. пирита.

Отдел реализации и сбыта готовой продукции Серная кислота имеет разнообразное применение. В таблице найдите соответствие между свойствами серной кислоты и областями ее применения.

Ответ. 1-г; 2-в; 3-а; 4-б; 5-е; 6-д; 7-ж.

Свойства серной кислоты	Области применения
Реакция обмена с солями (1). Реакция обмена с оксидами и гидроксидами (2). Взаимодействие раствора с металлами (3). Водоотнимающие свойства (4). Взаимодействие концентрированной серной кислоты с металлами (5). Реакция неполного обмена с фосфатом кальция (6). Нейтрализация раствором аммиака (7)	Получение водорода в аппарате Киппа (а). Высушивание веществ (б). Очистка поверхности металлов от ржавчины (в). Получение кислот (г). Получение простого суперфосфата (д). Травление чистых металлов (е). Получение сульфата аммония (ж)

Экологический надзор Расположите виды серосодержащего сырья в ряд по убыванию процентного содержания в них серы: цинковая обманка (ZnS), халькопирит (CuFeS2), серный колчедан (FeS2).

Ответ. FeS2, CuFeS2, ZnS.

                                                                            Приложение 4

Домашнее задание:

Репродуктивный  уровень, отметка «3»

§  В трех пробирках без этикеток находятся: разбавленная серная кислота, концентрированная серная кислота и соляная кислота. При помощи каких реакций можно различить эти кислоты?

§  Вычислить массу сульфата бария, образующегося при взаимодействии 68,8 г серной кислоты с хлоридом бария.

Продвинутый  уровень, отметка «4»

§  Осуществить превращения по схемам:

S → SO₂ → SO₃ → H₂SO₄ → K₂SO₄ → BaSO₄

§  К раствору, содержащему 15 г хлорида бария, добавили раствор, содержащий 15 г серной кислоты. Найти массу осадка.

§  Составить уравнения практически осуществимых реакций

Cu + H₂SO₄ (разб.) →

Cu + H₂SO₄ (конц.) →

Cu + HCl →

Zn + H₂SO₄ (разб.) →

BaCl₂ + H₂SO₄ (разб.) →

Ba(NO₃)₂ + HCl →

NaOH + H₂SO₄ (разб.) →

MgO + H₂SO₄ (разб.) →

H₂SO₄  + CO₂ →

Творческий  уровень, отметка «5»

§  К 100 г 15%-ного раствора хлорида бария добавили 100 г 15%-ного раствора серной кислоты. Найти массу осадка.

• 1 слайд

  Производство серной кислоты
  

• 2 слайд

  Примерно в 800 году н.э. арабские алхимики научились получать серную кислоту.
  История открытия и получения серной кислоты.
  
  

• 3 слайд

  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.
  
  

• 4 слайд

  Еще в XIII веке серную кислоту получали в незначительных количествах термическим разложением железного купороса FeSO4 , поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называется купоросным маслом, хотя уже давно серная кислота не производится из купороса.
  
  

• 5 слайд

  
  Термины «купоросная кислота», «купоросное масло», «серное масло», «купоросный спирт» встречаются в России уже в XVII в. Так называли концентрированную серную кислоту H2S04, 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.
  

• 6 слайд

  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.
  

• 7 слайд

  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.