结晶标准教案.docx

教 案
教师姓名

学校名称
新疆化工学校
专业
化工专业
授课题目
化工单元操作----结晶
课时

班级

教室

地点及日期

教案内容
1、以教学计划与职业实践为出发点阐述您选择此题目的因素
通过公司调研及人才需求分析，化工公司中，结晶过程操作、结晶方法、原理、结晶条件的选择及相应设备的操作与维护是一名操作人员必须掌握的一项基本能力。本单元教学既是就化工生产过程中结晶过程及其方法和设备进行讲解，以及相应应设备的操作维护，力求学生对化工生产中的结晶过程有一个基本的结识。

2、最终的情况（分析学员的基础知识以及学习积极性和学习能力）
学员为初中或高中毕业的中职学生，已通过了一至两年基础课的学习，具有一定的物理和化学基础知识，具有一定自主学习的能力。

3、制定目的（从专业上，方法上，社会层面上及个人发展层面上的能力来思考）
在学习过程中，应着重培养学生以下能力
（1）专业能力：
能弄清楚什么是结晶过程
常见的结晶方法和结晶原理
对结晶设备有基本的结识
（2）方法能力：
在教师的引导下能运用现有条件进行自主学习，自主操作，
（3）社会能力：
开拓思维，联系生活，互相合作
4、教学成果考核：
教师根据学生小组及个人在讨论中的表现掌握学生对知识的理解限度进行评价。
5、教学计划表
课程的教学计划表见附件
6、参考文献
7、附件

目录

任务一 结晶的基本结识【2学时】
任务二 结识结晶的形成过程 【4学时】
任务三 结识常用的结晶设备【2学时】

任务一 结晶的基本结识 教学计划表（一）
日期

学时
2学时
专业
化工工艺专业

教学目的
弄清楚结晶在化工生产中是做什么的
结晶过程针对的重要是什么性质的混合物
难点
区分什么样的物料可以用结晶操作进行分离

准备
黑板
仪器（投影，幻灯等）
座次
复印件
书籍
练习册
笔记本电脑
√
班级

教室

教学题目
什么是结晶？
√
√

教学的特殊前提(上次的作业等)
固体和晶体的概念

√

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
10min
导入
提出问题：同学们知道我们吃的食盐是从哪里来的吗？引导学生进行思考，给出思考结果
听讲、提问
讲授
投影、笔记本
20min
学生作业展示
观测、协助、讲评、解释
说明海水是怎么变成食盐晶体的？
学生展示
投影、笔记本
30min
教师讲解
讲评学生对导入问题的回答，给出对的的方法并进行讲解。
听讲、提问
讲授
投影、笔记本
20min
教师总结
归纳总结：说明结晶的定义及原理、合用范围和在化工生产中的地位
听讲、提问
讲授
投影、笔记本
10min
布置作业
讲授
听讲、提问
讲授
投影、笔记本

板 书
一、问题讨论：食盐从哪里来的？说出你能想到的方法并尽也许解释说明
（将学生的答案在黑板列出）
二、晶体，结晶、溶解度的概念
结晶：结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或融熔物中析出的过程。它是获得纯净固态物质的一种基本操作。
晶体：晶体是内部结构的质点元素（原子、离子或分子）作三维有序规则排列的固态物质，具有规则的几何外形。
溶解度：在一定温度下，某固态物质在100g溶剂中达成饱和状态时所溶解的质量，叫做这种物质在这种溶剂中的溶解度。（知识回顾并举例说明）
三、晶体和非晶体的区别。
1.晶体:有固定的熔点和凝固点。
非晶体：没有固定的熔点和凝固点。
2.晶体有规则的几何外形，
非晶体没有规则的几何外形。（举例）
有机玻璃
聚乙烯
食盐晶体
金刚石

四、结晶的原理及合用范围
原理：运用固体物质溶解性不同，以及溶解度受温度变化影响的不同，使一种物质先结晶而达成分离的目的
范围：分离几种可溶性固体的混合物
（举例说明哪些混合物采用结晶操作进行分离）
五、结晶重要在哪些生产工业中?
1、化肥工业（如尿素，硝酸铵，氯化钾的生产）
2、医药行业(青霉素，链霉素的生产)
3、轻工行业（如盐，味精，糖的生产）
4、高新技术领域（蛋白质的制造，超细粉的生产，超纯物质的净化）

工作任务/引导性问题
1、请举例说明生活中的结晶例子？
2、是不是所有混合物都能通过结晶的方法来分离？
3、晶体和非晶体如何区别？
4、结晶这一单元操作在化工生产中有哪些应用？

新的作业
① 对下面的物质进行晶体和非晶体的分类：
沥青 、 冰 、 松香、 聚乙烯、 金刚、石 、
紫水晶 、明矾 、硫酸铜、 有机玻璃
② 结晶过程是如何形成的？
③ 为什么我们看到的原食盐晶体有些颗粒大，有些颗粒小？
对本次课的说明
本次内容注意说明
媒体来源
1、要尽量设法调动学生参与讨论

2、举例说明时要解释清楚，避免单纯举例，例子要浅显，贴近平常

3、讲解定义时尽量要通过图片让学生们结识晶体并能和非晶体的区别开来。

4、结晶在生产中的应用要进行举例说明

任务二 结识结晶的形成过程 教学计划表（二）
日期

学时
4学时
专业
化工工艺专业

教学目的
结识结晶的方法，了解混合物性质不同采用的结晶发不同。
结识结晶的形成过程
结识结晶操作的影响因素
难点
结晶操作的影响因素

准备
铅笔
笔记本
投影仪

√
班级

教室

教学题目
结晶的方法、形成过程及影响因素
√
√

教学的特殊前提(上次的作业等)
学生对结晶过程有简朴的结识

√

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min

导入
食盐是用了什么方法获得晶体？

听讲、提问
讲授
投影 笔记本
15min
布置任务、分组
答疑、辅导、协助
听讲、提问、讨论
讨论
笔、纸
60min

教师讲解
晶体的获得的几种方法，结晶形成的具体过程，结晶操作过程中的影响因素。
听讲、提问
讲授、现场结识
投影 笔记本、实训装置
20min
总结讨论
对话、讨论、点评、总结
各组叙述结晶的方法,晶体的形成过程进行讨论、互相评价，补充
对话、讨论

板书
一．结晶生成过程
晶核
单个晶体
晶体成长
3
2
1
溶液中的溶质溶质

1.为什么会溶质会成为晶体从溶液中析出成为单个晶体？
a先看图

不稳区

介稳区

稳定区

说明：
稳定区：无晶体析出
介稳区：不自发析出晶体，外因素诱发（晶种粒加入），会析出晶体并长大。
不稳区：自发析出大量细小晶体。
B观测总结
稳定区、介稳区、稳定区三个区由过饱和曲线和溶解度曲线分开。
C 提出问题：什么是饱和和不饱和？
2.饱和溶液和不饱和溶液
概念：在一定温度下，一定量的溶剂不能再溶解某种溶质的溶液，叫饱和溶液；还能继续溶解某种溶质的溶液叫做不饱和溶液。
图示：

实验A
实验B
常温下

说明：①实验A中，硝酸钾是溶质，水是溶剂，由于溶质加入量较少，故所得溶液中无固体剩余，该溶液为饱和溶液。
②实验B中，食盐是溶质，水是溶剂，由于溶质加入量较多，
故所得溶液容器底部有固体剩余，溶质没有完全被溶剂溶解，该溶液为不饱和溶液。
③饱和溶液和不饱和溶液是可以互相转化的。
对于大多数溶液来说：
降温，减少溶剂，加溶质
升温或增长溶剂
饱和溶液
不饱和溶液

对于少数溶液来说，例如石灰溶液：

升温，减少溶剂，加溶质
降温或增长溶剂
饱和石灰水
不饱和石灰水

注意：溶液不是达成饱和后，立即会有晶体析出，操作温度也许要降到更低才干成为过饱和溶液后才有晶体析。所以，在上图过饱和曲线以上部分的不稳定区会自发的析出晶体。
3结晶的形成
⑴ 小实验：
【用品】烧杯、表面皿、铁架台、酒精灯、石棉网、漏斗、量筒、玻璃棒、镊子、滤纸、细线、硫酸铜晶体(CuSO4·5H2O)。
【操作】 1、制取小晶体 在盛100mL水的烧杯里，加入研细的硫酸铜粉末10g，同时加1mL稀硫酸（防止硫酸铜水解），加热，使晶体完全溶解。继续加热到80—90℃，趁热过滤，滤液流入一洗净并用热水加温过的烧杯里，加盖静置。经几小时或一夜，将会发现杯底有若干颗小晶体生成.
2、小晶体的长大 拣取一颗晶形比较完整的晶体，用细线系住，悬挂在
盛饱和硫酸铜溶液的烧杯里，并加盖静置。天天再往烧杯里加入少量微热的饱和硫酸铜溶液，小晶体会逐渐长大，成为一块大晶体。

硫酸铜粉末
硫酸铜大晶体
静止
硫酸铜小晶体

晶核的形成阶段
晶体成长阶段
晶体的生成过程

溶质的扩散过程。过剩溶质ni黏附晶核表面。
表面反映过程。晶体表面分子/离子嵌入晶格中，呈有规则的结构，晶体增大并放热。
a情况.饱和溶液达成不稳区自发形成
晶核
b 情况.过饱和溶液在介稳区受到搅拌尘埃、辐射外因诱发“二次成核。”
⑵实验小结

⑶注意：
A、过饱和度越大成核速率越大，但生产中不希望产生过量的晶核， 故晶核形成时，过饱和度规定低。
B、晶体的成长速率重要为扩散过程控制，故晶体的成长速率随溶液
的过饱和度增大而增大。
溶解度随温度升高变化不大的盐类
溶剂部分汽化使溶液达成饱和
蒸发结晶
常使用于中档溶解度的盐类
溶液在真空状态下绝热蒸发
真空结晶
热敏性物质的生产
将蒸发、结晶、干燥、分离等操作融为一体

喷雾结晶
大多数盐类
将某种盐类加入溶液中，使原有的溶解度减小而导致过饱和
盐析结晶
纯度规定较高的产品
升华后气态物质冷凝得固体
升华结晶
溶解度随温度减少而显著减小的盐类
减少溶液温度使溶液达成饱和
冷却结晶
结论：由上面硫酸铜晶体的制备我们知道采用的是溶剂蒸发的方法得到明矾晶体颗粒，与食盐的制备采用的是同一种方法，那么所有的溶液都可以采用蒸发结晶来制得晶体吗？下面我们来讲述对于不同溶液性质进行制备晶体的方法。

二、根据溶液性质选择结晶方法
小实验说明：a配制一杯70℃的硫酸铜饱和溶液。
b用滴管吸取一滴硫酸铜饱和溶液，滴在凹穴玻片上。
C凹穴玻片上可以看见蓝色的硫酸铜晶体。
1.真空结晶：使热溶液在真空状态下绝热蒸发，除去一部分溶剂，使部分热量以汽化热的形式被带走，减少溶液温度，事实上是同时合用蒸发和冷却的方法使溶液达成过饱和。常使用于中档溶解度的盐类，例如硫酸铵，氯化钾。
2.喷雾结晶：将蒸发、结晶、干燥、分离等操作融为一体。合用于热敏性物质的生产。
3．盐析结晶：将某种盐类加入溶液中，使原有的溶解度减小而导致过饱和。例如联合制碱生产中加入氯化钠使氯化铵析出。
4.升华结晶：将升华之后的气态物质冷凝得到结晶的固体产品。合用于含量规定较高的产品，例如碘，萘，氯化铁，水杨酸的生产。]

工作任务/引导性问题
1、生活中我们会碰见很甜的糖水，说明浓度很大，那这种浓度很大
的糖水一定是饱和溶液吗？
2、哪些物质的结晶可以采用蒸发溶剂、哪些又可以采用冷却热饱和
溶液的方法。

新的作业
① 对下面的物质进行晶体和非晶体的分类：
沥青 、 冰 、 松香、 聚乙烯、 金刚、石 、
紫水晶 、明矾 、硫酸铜、 有机玻璃
② 结晶过程是如何形成的？
③ 为什么我们看到的原食盐晶体有些颗粒大，有些颗粒小？

任务三 结识常用的结晶设备 教学计划表（三）
日期

学时
2学时
专业
化工工艺专业

学目的
根据结晶方法选择结晶设备
了解结晶操作过程的影响因素
了解结晶操作的控制因素
难点
结晶过程中重要的控制对象和控制因素

准备
铅笔
笔记本
投影仪
实训装置现场
√
班级

教室

教学题目
常用的结晶设备及操作因素的影响
√
√

教学的特殊前提(上次的作业等)
学生对结晶设备有简朴的结识

√

时间
行动阶段
教师活动
学员活动
方法
媒体
5min

导入
化工厂中的结晶操作是如何完毕的？有哪些设备可以完毕结晶操作？
听讲、提问
讲授
投影 笔记本
5min
布置任务、分组
答疑、辅导、协助
听讲、提问、讨论
讨论
笔、纸
70min

教师讲解
根据结晶方法选择结晶设备，各设备的组成，设备操作的影响因素和控制因素。
听讲、提问
讲授、现场结识
投影 笔记本、实训装置
20min
总结讨论
对话、讨论、点评、总结
各组叙述流程 , 就各设备和仪表的作用和原理提出问题讨论、互相评价，补充
对话、讨论

板书
一、常用的结晶设备
由结晶方法将常用的结晶器分为四大类：冷却型结晶器、蒸发型结晶器、真空结晶器，盐析结晶器 。

二、结晶操作的影响因素
结晶操作的影响因素重要考虑晶核的形成速率和晶体成长的速率。
重要影响因素如下
1.过饱和度的影响。
过饱和度增大，晶核晶核的形成速率和晶体成长的速率都增大。应将过饱和度控制在介稳区内。
2．搅拌的影响
思考（搅拌的目的，有两点）
搅拌时注意：① 选择合适搅拌器，减少壁上晶体沉积。
② 适当的搅拌强度，减少过饱和度而减少大量晶核析出。
3.冷却/蒸发速度的影响
洁净操作过程冷却速度不宜太快。
4.杂质的影响
杂质不同导致的影响效果和途径不同，应尽量去除杂质，保证品质。
5.晶种的影响。
加入作用：控制晶核数量，得到大而均匀的结晶产品。
加入注意：加入时间、溶液温度、搅动形式。
三、结晶过程控制因素
1. 控制过饱和度
2. 控制温度
3. 控制压力
4. 控制晶浆固液比
5. 缓慢控制，平稳运营

工作任务/引导性问题
1、各个结晶操作设备有何不同？
2、在结晶过程中重要有那些参数影响操作过程稳定？

新的作业
1.常用的结晶设备有哪些类型，各有哪些优缺陷？
1、试想选一结晶操作设备，针对该设备，应当如何操作，试着做出操作方案
2、假如操作中碰到问题，应当如何解决，能做出解决方案吗