4.1.2   硫酸的工业制备 浓硫酸的性质

教材分析

教材介绍了工业上生产硫酸的基本原理，重点介绍了浓硫酸的特性和应用。通过学习，学生不但学到了硫元素及其化合物的性质和应用等知识，还能认识到化学物质在造福人类、推动人类社会物质文明发展中所起的作用，使学生进一步学习了基本的化学实验技能，认识科学探究的意义，树立科学应用化学物质促进社会可持续发展示的科学发展观；培养学生的科学精神和社会责任。

教学目标

1、宏观辨识与微观探析：了解工业上制备硫酸的基本原理和浓硫酸的特性及应用。

2、变化观念与平衡思想：从微观结构区分浓硫酸和稀硫酸化学性质的不同，认识到量变到质变的变化。

3、证据推理与模型认知：通过实验证据推理，培养学生严谨的逻辑推理的思维模式。

4、科学探究与创新意识：引导学生在实验过程中对教材实验进行合理改进，科学探究和严谨推理。

5、科学精神与社会责任：认识科学探究的意义，树立科学应用化学物质促进社会可持续发展示的科学发展观；培养学生的科学精神和社会责任。

教学重难点

1、硫酸工业的基本原理

2、浓硫酸的特性

教学过程

引入新课：

硫酸是当令世界上最重要的化工产品之一，美誉为“化学工业之母”，工业上常用硫酸的年产量来衡量一个国家的化工生产能力。早在1000年以前，我国就用加热胆矾（CuSO₄·5H₂O）或绿矾（FeSO₄·7H₂O）的方法来制硫酸，如：《黄帝九鼎神丹经诀》——“炼石胆取精华法”。

PPT展示：（1）CuSO₄·5H₂O==CuO+SO₃↑+5H₂O    SO₃ + H₂O==H₂SO₄  

    （2）2FeSO₄·7H₂O ==Fe₂O₃+SO₂↑+SO₃↑+14 H₂O    SO₃+H₂O==H₂SO₄

引入：随着科技的发展，工艺的改进，目前工业制备硫酸主要采用接触法，原料为硫铁矿或硫黄。

板书：一、硫酸的工业制备

板书：1、三设备：沸腾炉、接触室、吸收塔。

2、三原料：硫铁矿或硫黄、 空气、98.3%的浓硫酸

3、三原理：

（1）沸腾炉：4FeS₂ + 11O₂ == 2Fe₂O₃ + 8SO₂  或S + O₂ == SO₂   二氧化硫的制取和净化阶段

  （2）接触室： 2SO₂ + O₂ ⇌2SO₃  二氧化硫转化三氧化硫阶段

  （3）吸收塔：SO₃ + H₂O == H₂SO₄  三氧硫的吸收和硫酸的生成阶段

PPT展示：工业制备硫酸装置图

学生活动：思考并回答下列问题：

（1）有哪些特殊的工艺要求？硫铁矿为什么要粉碎？

（2）从沸腾炉中出来的气体中含有哪些杂质，怎样处理？

（3）热交换器起什么作用？为什么控制温度在450℃？

      （4）为什么用98.3%的浓硫酸吸收而不用水吸收？

      （5）浓硫酸为什么要从上向下喷下？

      （6）会产生哪些废弃物？

讲解：工业生产得到的硫酸一般都是质量分数大于92%的浓硫酸，实际使用时可以根据需要稀释成不同浓度的硫酸。稀硫酸中H₂SO₄电离成H⁺和SO₄^2-，具有酸的通性。

思考：由于工业战略发展的需要，某地区打算建厂制备硫酸，项目负责人员正在考虑采用硫黄制酸还是硫铁矿制酸。如果你是负责人，你会收集哪些资料作为依据进行选择？

学生活动：阅读教材第94页内容。

PPT展示：

1、硫铁矿中FeS₂的质量分数一般为20%-50%，制酸工艺过程中所产生的矿渣和废气便生产装置变得较为复杂。而采用硫黄制酸法，工艺流程和设备相对简易。硫黄含杂质少，燃烧生成的气体含杂质少，可免去气体净化的过程，制备过程也不产生矿渣。因此，硫铁矿制酸投资几乎是同等规模硫黄制酸设备的两倍。但硫黄原料价格高于硫铁矿，具体选用何种硫酸制备工艺，应根据实际条件和要求进行决策。

2、化学工业制备的要求

（1）原料廉价且稳定，降低运输成本。

（2）从环保、成本等角度选择合适的化学反应，保证在反应中能充分接触。

（3）制备流程简单高效，能耗低，反应放出的热量质尽可能加以循环利用，生副产物较少。

（4）制备过程绿色，环保，不使用或生成对环境有害的物质。

过度：浓硫酸中离子的量很少，主要以H₂SO₄分子存在。所以，浓硫酸具有一些特殊的性质。

板书：二、浓硫的特性

实验1、向表面皿中加入少量胆矾，再加入约3mL浓硫酸，搅拌，观察实验现象。

多媒体播放视频：吸水性

实验现象：蓝色的胆矾（CuSO₄·5H₂O）变成白色（CuSO₄）

板书：1、吸水性---做干燥剂

实验2、取2g蔗糖，放入大试管中，加2-3滴水，再加入约3mL的浓硫酸，迅速搅拌，然后塞紧带玻璃导管的橡皮塞，将玻璃导管的另一端插入盛有品红溶液的试管中，观察实验现象。

多媒体播放视频：脱水性

实验现象：蔗糖由白变黑，慢慢膨胀，形成疏松的海绵状，同时有刺激性气味产生。

实验结论：浓硫酸具有脱水性

板书：2、脱水性:浓硫酸按照水的组成比，夺取某些有机物中的氢、氧元素形成水分子，可使蔗糖、纤维素等物质脱水，这叫脱水性。

C₁₂H₂₂O₁₁→12C + 11H₂O

实验3、将一小片铜片放入试管中，然后加入2mL浓硫酸，加热，观察实验现象。

多媒体播放视频：铜与浓硫酸反应

实验现象：铜逐渐溶解，溶液变蓝，有无色刺激性气体生成，该气体可以使品红溶液褪色，加热退色溶液，溶液红色回复。

实验结论：铜与浓硫酸在加热条件发生反应，生成硫酸铜、二氧化硫和水，浓硫酸表现强氧化性。

板书：3、强氧化性

  Cu + 2H₂SO₄ == CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

C + 2H₂SO₄（浓）== CO₂↑ + 2SO₂↑ +2H₂O

讲解:浓硫酸能与绝大多数金属发生反应，在加热时表现出更强的氧化性。在常温下，铁、铝等少数金属遇浓硫酸会发生钝化,铁、铝表面被浓硫酸氧化为致密的氧化膜，从而阻止了酸与内层金属的进一步反应，所以常温下可以用铁、铝制容器来盛装浓硫酸。浓硫酸还可以与一些非金属及某些化合物反应，浓硫酸在化学反应中常作氧化剂。

学以致用:指出下面两个反应的氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物 

Cu + 2H₂SO₄  == CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

C + 2H₂SO₄（浓）== CO₂↑ + 2SO₂↑ +2H₂O

思考：

1、能用浓硫酸干燥的气体有哪些？

2、浓硫酸不能干燥哪些气体？

学生讨论回答：

1、O₂、N₂、CO、CO₂、CH₄ 、 SO₂、HCl、Cl₂等

2、不能用来干燥：碱性气体（如氨气）；还原性气体（H₂S、HI、HBr）。

讲解：浓硫酸在生产、生活和科学研究中有着重要的应用 。

板书：三、浓硫酸的用途

知识拓展：常见的硫酸盐

PPT展示：硫酸钡、硫酸亚铁、芒硝、皓矾、明矾等

课堂小结：

1、硫酸制备

 2、硫酸的性质

教学反思

本节课重点学习了两个方面，一方面是硫酸的工业制备原理，一方面是浓硫酸的特性。以“黑面包”实验作为教学引入，无疑是成功地抓住了学生们的眼球。课堂伊始，当浓硫酸与蔗糖在烧杯中发生剧烈反应，蔗糖迅速变黑膨胀，宛如一块“黑面包”逐渐成型，学生们的惊叹声此起彼伏，课堂气氛瞬间被点燃到了极点。这一神奇的现象极大地激发了他们对硫酸性质探究的渴望。在后续的讲解中，学生们明显更具热情和专注度。借助实验，浓硫酸的脱水性、强氧化性等抽象概念变得直观易懂，他们能够积极思考并回应提问，对知识点的理解更加深入。然而，教学中也存在一些不足。由于实验现象过于震撼，部分学生的注意力过度集中在实验表象，在引导其深入思考化学原理时，个别学生反应稍慢。此外，在硫酸制备的工业流程讲解上，虽运用了图片和视频辅助，但仍有学生理解困难，这提示我在今后教学中应多引入实际生产案例，进一步简化复杂流程的讲解方式。