2017年全国化学课程与教学论年会《工业生产类教学素材的化学教学设计策略与实践研究—.

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1、工业生产类教学素材的化学教学设计策略与实践研究——以硫酸工业为例吴伯鑫'黄燕宁*（首都师范大学教冇学院，北京）摘要工业生产与人们的生活息息相关，其过程中也包含着很多化学知识，本文以硫酸工业为例介绍将工业生产问题开发成教学设计的一般思路和过程。在开发工业类素材的过程中，通常分为学科本体知识分析、学情分析、教学目标制定、教学环节设计等，本位以硫酸工业的教学开发为例对这一策略进行介绍。除完成教学设计之外，进行了教学实践，并对学生进行了前后测和学生访谈，提供了实证研究资料。结杲显示，“硫酸工业教学”可以完成预计教学目标：学生可以直观发现自己所学习的知识是如何

2、应用到生产中的，拓宽视野，增加对于化学知识的认同感;学生通过分析化学知识如何指导生产过程来加深对于化学知识的理解，或根据知识自主设计条件，设计应用方法，强化知识内容，会对知识进行运用；学生通过对比理论知识与实际操作，学习实际过程中为何选取或不选取某一理论条件，进一步理解理论要求与实际过程的不同；在教学中可以提高学生的科学素养、技术素养、工程素养等，对学生的学科素养进行提升。黄燕宇•通汛作者首都师范大学yanningh@126.com目录1学科木体知识分析31.1焙烧反应的具体调控措施31.2转化系统的具体调控措施32学情分析53教学目标设计64教学过

3、程设计74.174.2教学设计示例（片段）一一以黄铁矿焙烧反应为例75实证研究部分95.1试题分析及赋分标准95.2学生反馈情况分析105.3、学生测查结论及教学改进136研究反思146.1教学设计特点146.2实证研究分析及反思141学科本体知识分析1.1焙烧反应的具体调控措施在实际生产过程中，焙烧反应在“沸腾炉”中进行，沸腾炉结构如右图所示，在黄铁矿在进入沸腾炉进行破碎、筛分处理，目的就是将黄铁矿处理成粒径小于3-4mm的矿渣，加大反应时与氧气的接触面积。另一方面，沸腾焙烧过程中需要不断鼓入空气，而在使得在焙烧过程屮黄铁矿处于不断地运动Z屮，这样

4、跑碑.儒分处理的■（15径小于3mm）:沸腾炉中，空气入口被设置在了沸腾炉的底端，这样设计的目的是在焙烧过程中可以通过控制空气气流将上部粒径和质量很小的黄铁矿渣吹起，进一步加大了矿石与空气接触的面积。这样的工艺在工业上成为“沸腾焙烧”，其FI的就是进一步加快反应速率。空7入口1.2转化系统的具体调控措施1.2.1催化剂的选择在二氧化硫的催化氧化过程中，催化剂的选择十分重要如今使用最广泛的饥催化剂，在各个方而都有着自己的优势，在催化过程中，帆催化剂在一定的起燃温度下开始工作，在催化过程中只需要控制温度不要过高，帆催化剂就可以正常工作。所以催化剂方面选择

5、锐催化剂，并且要求控制温度在起燃温度（400°C）和活性温度（650*0之间。1.2.2压强的选择由于增加体系压强同时有利于增人反应的速率和限度，所以在理论上转化过程川的压强可以越大越好。但是在实际生产过程平衡转化率与温度.压力的关系（％）屮，在进行二氧化硫的催化氧化过程温度/X绝对任"atm中不需耍进行加压，原因有两条，一15102550100方面如图所示，在一定温度下，反应40099.2099.6099.7099.87998899.90可在大气压下达到99%以上的转化45097.5098.2099.2099.5099.6099.70率，且压强对于

6、反应速率的影响没有50093.5096.5097.8098.6099.0099.30特别巨大；另一方面出于经济成本的55085.6089.5094.9096.7097.7098.30考虑，加压自身的成本和加压带來的60073.7085.8089.5093.3095.0096.40对于设备的要求会大大增加生产过程中的成本1.2.3温度的选择温度的选择是二氧化硫转化过程的重点问题，因为在转化调控过程中，温度对于反应速率和限度有反向的影响在催化剂活动温度范I韦IZ内，随着温度的升高反应速率加快，但反应限度降低，所以在实际生产过程中，将反应分为多个阶段进行,

7、首先在反应初始1-2个阶段进行高温反应，尽可能提高反应速率，之后在大部分二氧化硫完成转化之后，进行降温，在反应后期的1・2个阶段将重心转移到反应限度上，通过温度的改变实现对于速率和限度的双重调控。1.2.4“两转两吸”工艺在硫酸工业生产过程屮，在调控高温和低温之间往往会增加一步将高温转化的炉气进行吸收，经过吸收之后的气体再进行低温转化，这是因为增加一步吸收可以起到分离生成物，提高转化率的冃的，这种工艺被称为“两转两吸工艺”，使用“两转两吸”工艺可以将“一转一吸”的转化率从95%提高到99.5%。1.2.5转化塔操作模型在实际生产过程中的转化塔模型如下

8、图所示:厂600弋、宀］中间吸收塔］严、厂420。「、严（最终吸收塔Q行转也丿吨吸收SO3JJ〔J®收SQ_