项目12:硫化氢废气的处理与利用——应用化学反应原理核心视角解决工业实际问题
任务一:硫化氢废气处理的方案设计
任务二:硫化氢分解制氢的流程设计
任务三:硫碘循环硫化氢分解制氢的条件控制
项目意图:再硫化氢废气畜栏里及利用过程中,体验利用类价二维思想设计物质转化路线的过程,培养变化观念,再工业流程设计过程中,应用热力学金和动力学分析模型,综合应用多种视角解决真实复杂的问题,培养证据推理。
项目学习目标:
1.通过硫化氢废气处理的实验方案设计的学习,学会从物质的类别通性及氧化还原性两个维度设计物质的转化路线,培养有序思维的能力。2.通过硫化氢分解制氢的工业流程设计的学习,培养分析不同工业条件下转化的优缺点,结合热力学和动力学的分析模型进一步优化转化方案的能力。3.通过硫碘循环硫化氢分解制氢的条件控制的学习,培养根据数据分析推理,选择合理反应条件的能力。
项目12 没有做太多的思考,今天掩卷沉思。项目式教学设计到底遵循什么呢?
我从内心深深感觉到,项目在设计活动的时候一定是基于真实情境,基于像科学家一样思考,找到这个活动设计的原型。
例如任务一:天然气中二氧化碳和硫化氢协同去除的方案设计。首先要考虑的是去除这两种物质的反应。所以可以设计去除的原理。从类维和价维的角度去考虑,在探索的过程中,设计活动:根据所学的知识,设计去除天然气中这两种物质,而且在老师的提醒下,从物质类别的角度考虑。用氢氧化钠或者氢氧化钙去反应这两种物质,消耗的碱太大。耗资大,且不可再生,不符合绿色化学。
于是设计第二个活动:从价维角度去考虑去除方案。
二氧化碳的化合价C是+4,可以作为氧化剂,硫化氢的S为-2,可以作为还原剂,写出该反应的化学方程式。考虑反应的条件和生成物的用途。例如二氧化碳和硫化氢反应生成CO、S和H2O,CO可以作为燃料,生产醋酸等其他化工产品。而s可以作为生产橡胶硫化物、杀虫剂和硫酸等。
接下来要考虑的就是CO2+H2S=CO+S+H2O,反应的机理。从2CO(g)+O2((g)=2CO2(g),H=-586kj/mol
H2S(g)+O2(g)=2S(g)+2H2O(g),H=-530kj/mol.从热力学角度分析CO2+H2S=CO+S+H2O能否自发进行?理论学习的问题就是H-TS.这也是情境教学法的一种形式,遇到了问题就去学习知识。这时候学习知识就是主动的学习了。这也是项目式教学的魅力所在。
通过热力学分析,结合盖斯定律,H-TS>0,这个反应不能自发进行,为了让反应能够进行,可以考虑电解的方法。于是就出现了活动3的设计;设计电解装置。
交流研讨:写出CO2(g)+H2S(g)=CO(g)+S(s)+H2O(l)的电极反应式。
利用氧化还原反应的电子得失判断两电极的反应物和产物。阳极是H2S-2e-=2H++S,阴极是CO2+2H+2e-=CO+H2O
根据构成电解装置的要素设计电解装置。
当开始设计电解装置的时候,三个要素要考虑:直流电源、电极材料,电解质溶液。
如果对电解方面的知识不够了解,我们就可以继续用任务驱动发学习。
下面要考虑的如何优化这种电解模型。
设计第一个活动:CO2和H2S在电极上放电。要考虑的是如何确保在电极上放电而不溢出呢?
选择石墨电极。因为石墨具有很好的吸附性和电学性能。解决了电极的问题,在电解模型中,继续优化,考虑到CO2和H2S吸附率高,反应慢的问题,研讨如何加快CO2的反应速率。这个可以从影响化学反应速率的外在因素上考虑。细小问题考虑结束后,还可以考虑从能量转化的角度优化电解装置。从能量的角度可以考虑到直流电源换成光伏迪纳赤,进一步从源头上实现绿色化学。
走到这里忽然感觉项目式教学不是太难,一个项目,通过若干个活动设计,完成每一个活动,在完成的过程中,每一个活动都是围绕这个项目进行的,活动可以大,可以小,但是在活动中一定有探究合作,思考等品质呈现。
同时要意识到既然是一个项目,就要有产品出现,这个产品可以以任何形式呈现。