Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych 311[31].Z5.03

Transkrypt

1 MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Aleksandra Tomczak Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych 311[31].Z5.03 Poradnik dla nauczyciela Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006

2 Recenzenci: mgr inż. Halina Bielecka dr Jacek Górski Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Małgorzata Urbanowicz Konsultacja: dr inż. Bożena Zając Korekta: Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[31].Z5.03 Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych zawartej w modułowym programie nauczania dla zawodu technik technologii chemicznej Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom

3 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Przykładowe scenariusze zajęć 7 5. Ćwiczenia Surowce do produkcji kwasu ortofosforowego(v), nawozów fosforowych i wieloskładnikowych Ćwiczenia Produkcja kwasu ortofosforowego(v) Ćwiczenia Produkcja nawozów fosforowych Ćwiczenia Produkcja nawozów wieloskładnikowych Ćwiczenia Ewaluacja osiągnięć ucznia Literatura 33 2

4 1. WPROWADZENIE Przekazujemy Państwu Poradnik dla nauczyciela, który będzie pomocny w prowadzeniu zajęć dydaktycznych w szkole kształcącej w zawodzie technik technologii chemicznej W poradniku zamieszczono: wymagania wstępne, wykaz umiejętności, jakie uczeń opanuje podczas zajęć, przykładowe scenariusze zajęć, propozycje ćwiczeń, które mają na celu ukształtowanie umiejętności praktycznych uczniów, wykaz literatury, z jakiej uczniowie mogą korzystać podczas nauki. Wskazane jest, aby zajęcia dydaktyczne były prowadzone różnymi metodami ze szczególnym uwzględnieniem: tekstu przewodniego, metody projektów, ćwiczeń praktycznych. Formy organizacyjne pracy uczniów mogą być zróżnicowane, począwszy od samodzielnej pracy uczniów do pracy zespołowej. W celu przeprowadzenia sprawdzianu wiadomości i umiejętności ucznia, nauczyciel może posłużyć się zamieszczonym w rozdziale 6 zestawem zadań testowych i sprawdzianem praktycznym. W rozdziale 6 podano również: plan testu, propozycje norm wymagań, instrukcję dla nauczyciela, instrukcję dla ucznia, kartę odpowiedzi, zestaw zadań testowych. 3

5 311[31].Z5 Technologia wytwarzania półproduktów i produktów nieorganicznych 311[31].Z5.01 Wytwarzanie siarki odzyskiwanej z siarkowodoru 311[31].Z5.04 Wytwarzanie amoniaku, kwasu azotowego(v) i nawozów azotowych 311[31].Z5.05 Wytwarzanie sody kalcynowanej 311[31].Z5.06 Wytwarzanie chloru i wodorotlenku sodu metodą elektrolizy przeponowej 311[31].Z5.02 Wytwarzanie kwasu siarkowego(vi) z siarki 311[31].Z5.03 Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych Schemat układu jednostek modułowych 4

6 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej, uczeń powinien umieć: korzystać z różnych źródeł informacji, czytać schematy procesów technologicznych, konstruować schematy ideowe procesów technologicznych z zastosowaniem typowych oznaczeń, charakteryzować budowę i zasadę działania aparatów i urządzeń do ekstrakcji i absorpcji, stosować technikę komputerową w sporządzaniu schematów ideowych, zorganizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami bhp i ergonomii, stosować nomenklaturę chemiczną związków nieorganicznych, definiować podstawowe zasady technologiczne, porównywać właściwości chemiczne kwasów, zasad i soli, pisać równania reakcji chemicznych, wykonywać obliczenia związane ze stężeniem roztworu, wykonywać proste obliczenia oparte na równaniach reakcji, posługiwać się podstawowym sprzętem laboratoryjnym, stosować typowe metody analityczne w procesach badawczych. 5

7 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji jednostki modułowej, uczeń powinien umieć: rozróżnić minerały fosforowe i nawozy fosforowe, określić różnorodność surowców stosowanych w produkcji nawozów NPK, zinterpretować chemizm procesu produkcji kwasu fosforowego(v) i superfosfatów, porównać wytwarzanie superfosfatu prostego i skoncentrowanego uwzględniając zastosowany substrat kwasowy oraz zawartość fosforu w produkcie, posłużyć się schematami ideowymi produkcji kwasu fosforowego(v) metodą ekstrakcyjną i superfosfatów, obliczyć zapotrzebowanie surowców w procesie technologicznym produkcji kwasu fosforowego(v), przewidzieć zagrożenia eksploatacyjne aparatów i urządzeń wytwórni kwasu fosforowego(v) i superfosfatów, określić skład chemiczny odpadów powstających w procesie produkcji kwasu fosforowego(v), obliczyć ilość produktów ubocznych z procesu produkcji superfosfatów, scharakteryzować problemy ochrony środowiska występujące podczas produkcji kwasu fosforowego(v), nawozów fosforowych oraz wieloskładnikowych, opracować schemat ideowy powiązań wytwórni kwasu siarkowego(vi), fosforowego(v), diwodoroortofosforanu(v) amonu oraz amoniaku i mocznika w produkcji nawozów wieloskładnikowych typu NPK, zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. oraz ochrony środowiska obowiązujące na stanowiskach pracy. 6

8 4. PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ Scenariusz zajęć 1 Osoba prowadząca. Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31] Moduł: Technologia wytwarzania półproduktów i produktów nieorganicznych 311[31].Z5. Jednostka modułowa: Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych 311[31].Z5.03 Temat: Identyfikacja nawozu fosforowego na podstawie zawartości fosforu w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie. Cel ogólny: kształtowanie umiejętności identyfikacji nawozów fosforowych na podstawie zawartości fosforu w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi: zaplanować sprzęt i odczynniki do wykonania oznaczenia, przygotować stanowisko pracy zgodnie z zasadami ergonomii i bhp, dobrać odpowiedni sprzęt i odczynniki do wykonania oznaczenia, zaplanować kolejne czynności konieczne do wykonania badań, stosować zasady bhp obowiązujące przy wykonywaniu miareczkowania alkacymetrycznego, przeprowadzić oznaczenie według instrukcji, obliczyć zawartość fosforu w badanej próbce, zidentyfikować próbkę nawozu, sporządzić sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia. Metody nauczania uczenia się: ćwiczenie praktyczne, metoda tekstu przewodniego. Formy organizacyjne pracy uczniów: indywidualna. Czas: 180 minut. Środki dydaktyczne: instrukcja wykonania oznaczenia, odczynniki: wodorotlenek sodu NaOH cz.d.a roztwór o cnaoh = 0,1mol dm-3 i o cnaoh = 0,5mol dm-3, chlorek wapnia CaCl2 cz.d.a roztwór 30% (m/m), oranż metylowy, wskaźnik roztwór 0,1% (m/m), fenoloftaleina, wskaźnik roztwór 1% (m/m), sprzęt: waga analityczna, mieszadło magnetyczne, moździerz, sito o oczkach 0,5 mm, kolba miarowa o pojemności 250 cm3, cylinder miarowy o pojemności 250 cm3, 7

9 zlewka o pojemności 400 cm3-2 szt., lejek i sączki, szkiełko zegarkowe, pipeta, kolba stożkowa o pojemności 500 cm3, biureta, przybory do sporządzenia sprawozdania, papier formatu A4, literatura z rozdziału 7 (poradnik dla nauczyciela). Przebieg zajęć: 1. Sprawy organizacyjne. 2. Nawiązanie do tematu, omówienie celów zajęć. 3. Zorganizowanie stanowiska pracy do wykonania ćwiczenia i wydanie arkusza z tekstem przewodnim. 4. Przeprowadzenie oznaczenia. 5. Uporządkowanie stanowisk pracy. 6. Przekazanie informacji o pracy domowej. Tekst przewodni do ćwiczenia Zadanie dla ucznia Oznacz w badanej próbce nawozu fosforowego zawartość fosforu, obecnego w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie metodą miareczkową, według instrukcji. Na podstawie otrzymanych wyników określ jaki to nawóz. Instrukcja wykonania oznaczenia [5] Ekstrakcja związków fosforu wodą Próbkę badanego nawozu utrzeć w moździerzu i przesiać przez sito o średnicy oczek 0,5 mm. Odważyć na wadze analitycznej około 5 g rozdrobnionej próbki, przenieść do zlewki o pojemności 400 cm 3, dodać 200 cm 3 wody destylowanej i po przykryciu szkiełkiem zegarkowym mieszać mieszadłem magnetycznym w ciągu 30 min. Zawartość zlewki przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 250 cm 3, uzupełnić wodą destylowaną do kreski, a po opadnięciu osadu, roztwór przesączyć przez suchy sączek do suchej zlewki. Wykonanie oznaczenia Odmierzyć pipetą 50 cm 3 roztworu ekstrakcyjnego do kolby stożkowej o pojemności 500 cm 3. Próbkę rozcieńczyć 150 cm 3 wody destylowanej, dodać 3 krople oranżu metylowego i miareczkować roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu c NaOH = 0,1 mol dm -3 do zmiany zabarwienia z czerwonej na żółtą. Następnie do mieszaniny po pierwszym miareczkowaniu dodać 50 cm 3 roztworu chlorku wapnia, kilka kropli fenoloftaleiny, oziębić do temperatury 14 o C i miareczkować roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu c NaOH = 0,5 mol dm -3 do wyraźnego malinowego zabarwienia. Obliczanie zawartości wolnego kwasu ortofosforowego(v) Zawartość wolnego kwasu ortofosforowego(v) (x 1 ) w przeliczeniu na P 2 O 5, obliczyć w procentach według wzoru: 8

10 x V 0, = m p gdzie: V 1 - objętość roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu C NaOH =0,1 mol dm -3, zużyta na miareczkowanie wobec oranżu metylowego [cm 3 ], 0, ilość P 2 O 5 odpowiadająca 1 cm 3 roztworu NaOH o stężeniu C NaOH =0,1 mol dm -3 [g cm -3 ], m p masa badanej próbki, odważonej do ekstrakcji [g]. Łączną zawartość H 3 PO 4 i Ca(H 2 PO 4 ) 2 (x 2 ) w przeliczeniu na P 2 O 5 obliczyć w procentach masowych według wzoru: V2 0, x 2 = m p gdzie: V 2 - objętość roztworu sodu o stężeniu C NaOH =0,5 mol dm -3, zużyta na miareczkowanie wobec fenoloftaleiny [cm 3 ], 0, masa P 2 O 5 odpowiadająca 1 cm 3 roztworu NaOH o stężeniu C NaOH =0,5 mol dm -3 [g cm -3 ], m p - masa badanej próbki, odważonej do ekstrakcji [g]. Faza I Informacje Odpowiedz na pytania: 1. Na czym polega analiza miareczkowa? 2. Jaka jest rola wskaźnika podczas miareczkowania alkacymetrycznego? 3. Jak na podstawie oznaczenia zawartości fosforu dokonać identyfikacji nawozu? Faza II Planowanie 1. Zapoznaj się z instrukcją wykonania ćwiczenia. 2. Dobierz sprzęt i odczynniki do wykonania oznaczenia. 3. Zaplanuj kolejność czynności wykonywanych podczas oznaczenia. 4. Ustal zasady bezpiecznej pracy podczas wykonywania zadania. 5. Ustal formę sprawozdania z wykonanego ćwiczenia. Faza III Ustalenia 1. Omów z nauczycielem wszystkie punkty z fazy planowania. 2. Odnieś się do uwag i propozycji nauczyciela. 3. Ustal wspólnie z nauczycielem kryteria oceniania zadania. Faza IV Realizacja 1. Przygotuj stanowisko pracy. 2. Przeprowadź oznaczenie ściśle według instrukcji, zwracając uwagę na dokładność wykonania oznaczenia. 3. Oblicz zawartość fosforu w badanej próbce, według wzorów zamieszczonych w instrukcji. 4. Dokonaj identyfikacji nawozu. 5. Sprzątnij swoje stanowisko pracy, umyj używany sprzęt i zabezpiecz odczynniki. 6. Sporządź sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia. 9

11 Faza V Sprawdzenie poprawności wykonania ćwiczenia 1. Czy oznaczenie zostało wykonane zgodnie z przyjętymi uzgodnieniami? 2. Czy prawidłowo została dokonana identyfikacja nawozu na podstawie oznaczenia zawartości fosforu, obecnego w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie metodą miareczkową? Faza VI Analiza Uczniowie wraz z nauczycielem wskazują, które etapy ćwiczenia sprawiły im najwięcej trudności. Nauczyciel podsumowuje całe ćwiczenie, wskazuje jakie nowe, ważne umiejętności zostały ukształtowane, jakie wystąpiły nieprawidłowości i jak ich unikać w przyszłości. Zakończenie zajęć Praca domowa Odszukaj w literaturze informacje na temat innych metod stosowanych do identyfikacji nawozów wieloskładnikowych. Opracuj instrukcję wybranej metody oznaczenia. Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach: anonimowe ankiety ewaluacyjne dotyczące sposobu prowadzenia zajęć, trudności podczas realizowania zadania i zdobytych umiejętności. 10

12 Scenariusz zajęć 2 Osoba prowadząca. Modułowy program nauczania: Technik technologii chemicznej 311[31] Moduł: Technologia wytwarzania półproduktów i produktów nieorganicznych 311[31].Z5. Jednostka modułowa: Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych311[31].z5.03 Temat: Zaprojektuj schemat ideowy wytwarzania stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego(v), uwzględniając jego powiązania z wytwórniami kwasu siarkowego(vi) i amoniaku. Cel ogólny: kształtowanie umiejętności opracowywania schematów ideowych wybranych procesów chemicznych. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń potrafi: rozróżniać substraty i produkty w procesie wytwarzania nawozów stałych wieloskładnikowych typu NPK, stosować typowe oznaczenia na schematach ideowych, opracować schemat ideowy procesu wytworzenia nawozów stałych wieloskładnikowych typu NPK. Metody nauczania uczenia się: ćwiczenie praktyczne, metoda tekstu przewodniego. Formy organizacyjne pracy uczniów: grupowa, jednolita. Czas: 45 min. Środki dydaktyczne: poradnik dla ucznia do jednostki modułowej Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych 311[31].Z5.03, schematy ideowe różnych procesów technologicznych, literatura z punktu 6 Poradnika dla ucznia. Przebieg zajęć: 1. Sprawy organizacyjne. 2. Nawiązanie do tematu, omówienie celów zajęć. 3. Podział grupy na zespoły 3-osobowe. Zorganizowanie stanowiska pracy do wykonania ćwiczenia i wydanie arkusza z tekstem przewodnim. 4. Wybranie liderów zespołów. 5. Praca w grupach. 6. Prezentacja prac na forum klasy. 7. Liderzy grup wspólnie z nauczycielem dokonują oceny zaprezentowanych schematów. 8. Przekazanie informacji o pracy domowej. Tekst przewodni do ćwiczenia Temat: Zaprojektuj schemat ideowy wytwarzania stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego(v), uwzględniając jego powiązania z wytwórniami kwasu siarkowego(vi) i amoniaku. 11

13 Faza I Informacje Na podstawie informacji zawartych w poradniku dla ucznia do jednostki modułowej Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych 311[31].Z5.03 postaraj się odpowiedzieć na następujące pytania: 1. Z jakich surowców wytwarza się stałe nawozy wieloskładnikowe typu NPK? 2. Jakie są produkty procesu wytwarzania wieloskładnikowych nawozów typu NPK? 3. Jakie produkty uboczne powstają w tym procesie? 4. Jakie odpady odprowadzane są z procesu? 5. W jaki sposób zagospodarowuje się produkty uboczne i odpadowe z procesu? Faza II Planowanie Zaplanuj kolejne kroki potrzebne do narysowania schematu ideowego wytwarzania stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego (V). Faza III Ustalenia Przedstaw swój plan nauczycielowi. W razie potrzeby dokonajcie wspólnej weryfikacji przedstawionego planu. Ustalcie kryteria oceny pracy. Faza IV Realizacja Wykonaj zaplanowane zadanie zwracając szczególną uwagę na: 1. Umieszczenie na schemacie surowców i produktów z procesu wytwarzania stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego(v). 2. Umieszczenie na schemacie produktów ubocznych i odpadowych. 3. Powiązania procesu wytwarzania stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego(v) z wytwórniami kwasu siarkowego(vi) i amoniaku. 4. Odpowiednie rozplanowanie schematu na kartce. 5. Staranność wykonanej pracy. Faza V Sprawdzenie poprawności wykonania ćwiczenia Sprawdź czy wykonany przez Ciebie schemat odpowiada schematowi wzorcowemu, który możesz otrzymać od nauczyciela. Faza VI Analiza Odpowiedź na następujące pytania: 1. Co było dla Ciebie najtrudniejsze w fazie planowania i realizacji? 2. Co zrobiłbyś inaczej, gdybyś zaczął wszystko jeszcze raz od początku? Zakończenie zajęć Praca domowa Porównaj dwie inne metody produkcji nawozów wieloskładnikowych na podstawie schematów ideowych odszukanych w literaturze. Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach: anonimowe ankiety ewaluacyjne dotyczące sposobu prowadzenia zajęć, trudności podczas realizowania zadania i zdobytych umiejętności. 12

14 5. ĆWICZENIA 5.1. Surowce do produkcji kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforanowych i wieloskładnikowych Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zbadaj wpływ rodzaju rozpuszczalnika tj. wody, stężonego kwasu: solnego-35%, azotowego(v)-55% i siarkowego(vi)-98% ) na rozpuszczalność fosforytu. Rozpuszczalność oznacz w temperaturze pokojowej. Próby rozpuszczalności wykonaj w kolbkach stożkowych o pojemności 25cm 3. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia a także sposób zaprezentowania wyników. Powinien zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Ćwiczenie należy wykonywać pod degestorium! Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) zaplanować stanowisko pracy z uwzględnieniem przepisów bhp, 2) utrzeć próbkę badanego minerału w moździerzu, 3) przesiać roztartą próbkę przez sito o średnicy oczek 0,2 mm, 4) odważyć na wadze technicznej cztery próbki po 0,1g fosforytu, 5) do kolbek stożkowych odmierzyć po 5 cm 3 każdego z rozpuszczalników, 6) wsypać kolejno odważone próbki rozdrobnionego minerału do kolbek z rozpuszczalnikiem, 7) dokładnie wymieszać, 8) odstawić i obserwować jakie zaszły zmiany w poszczególnych kolbkach, 9) zapisać wnioski. Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenie laboratoryjne Środki dydaktyczne: instrukcja wykonania oznaczenia (zamieszczona w Poradniku dla ucznia), sprzęt: moździerz, sito o oczkach 0,2 mm, kolbki stożkowe o pojemności 25 cm3-4 szt., pipety miarowe o pojemności 10 cm3-4 szt., waga techniczna, odczynniki: 13

15 HCl 35%, HNO3 55%, H2SO4 98%, Karty charakterystyki substancji niebezpiecznej i preparatu niebezpiecznego: kwas siarkowy(vi) 98%, kwas solny 35%, kwas azotowy(v) 55%. Ćwiczenie 2 Oblicz, ile fosforu w przeliczeniu na P 2 O 5 zawierał fosforyt jeżeli otrzymano 350 kg kwasu ortofosforowego(v) o stężeniu 25% w procesie technologicznym prowadzonym metodą ekstrakcyjną dwuwodzianową i zużyto 300 kg surowca. Wydajność procesu wynosiła 95%. Proces przebiegał zgodnie z równaniem: Ca 10 F 2 (PO 4 ) H 2 SO H 2 O 6H 3 PO CaSO 4 2H 2 O + 2HF, a udział P 2 O 5 w Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6 określa równanie: Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6 3P 2 O 5 + CaF 2 + 9CaO. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia a także sposób zaprezentowania wyników ćwiczenia. Powinien zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) dokonać molowej interpretacji równania reakcji chemicznej, 2) wykonać niezbędne obliczenia, 3) porównać otrzymane wyniki z danymi zawartymi w materiale nauczania (4.1.), 4) dokonać oceny poprawności wykonanych obliczeń. Zalecane metody nauczania-uczenia się: pokaz z objaśnieniem, ćwiczenia praktyczne Środki dydaktyczne: kalkulator, układ okresowy pierwiastków, charakterystyka fosforytów (materiał nauczania ), przybory do pisania. 14

16 5.2. Produkcja kwasu ortofosforowego(v) Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zaprojektuj schemat ideowy wytwarzania kwasu ortofosforowego(v) przez spalanie fosforu metodą dwustopniową na podstawie zamieszczonego opisu technologicznego. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia a także sposób zaprezentowania wyników pracy. Powinien również zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) zapoznać się z przykładowym schematem ideowy (materiał nauczania punkt schemat ideowy produkcji kwasu fosforowego(v) metodą ekstrakcyjną), 2) zapoznać się z opisem procesu technologicznego produkcji kwasu ortofosforowego(v) przez spalanie fosforu metodą dwustopniową, 3) ustalić surowce, produkty i etapy procesu technologicznego, 4) narysować schemat ideowy stosując typowe oznaczenia przy projektowaniu schematów ideowych (w razie trudności skorzystać z pomocy nauczyciela), 5) zaprezentować wykonane ćwiczenie, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Zalecane metody nauczania uczenia się: pokaz z objaśnieniem, ćwiczenie praktyczne Środki dydaktyczne: komputer z oprogramowaniem umożliwiającym przygotowanie schematu lub kartka formatu A4, ołówek, gumka, przybory kreślarskie, opis procesu technologicznego. Produkcja kwasu ortofosforowego(v) przez spalanie fosforu metodą dwustopniową. Ćwiczenie 2 Oceń szkodliwość kwasu siarkowego(vi) stosowanego w produkcji kwasu ortofosforowego(v) metodą ekstrakcyjną dwuwodzianową. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia. Powinien omówić zasady prezentacji wyników pracy oraz przypomnieć zasady bezpieczeństwa i ergonomii obowiązujące podczas pracy 15

17 Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) zapoznać się z kartą charakterystyki substancji niebezpiecznej i preparatu niebezpiecznego kwas siarkowy(vi) 98% i 56%, 2) zapoznać się z materiałem nauczania punkt , 3) przewidzieć zagrożenia wynikające ze stosowania stężonego kwasu siarkowego(vi) w procesie technologicznym, dla: pracownika, aparatury i urządzeń, środowiska. 4) zaproponować: środki ochrony osobistej dla pracownika, materiały z jakich powinna być wykonana aparatura, sposób postępowania z odpadami zawierającymi kwas siarkowy(vi). 5) zaprezentować wykonane ćwiczenie, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Zalecane metody nauczania uczenia się: ćwiczenia praktyczne Środki dydaktyczne: karta charakterystyki substancji niebezpiecznej i preparatu niebezpiecznego kwas siarkowy(vi) (98%) i 56%, opis procesu technologicznego produkcji kwasu ortofosforowego(v) metodą ekstrakcyjn kartka formatu A4. 16

18 5.3. Produkcja nawozów fosforowych Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wykonaj oznaczanie zawartości fosforu, obecnego w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie, w superfosfacie metodą miareczkową. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia oraz omówić sposób wykonania sprawozdania. Powinien również zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) przypomnieć sobie regulamin pracowni chemicznej, zasady BHP obowiązujące przy wykonywaniu oznaczeń chemicznych, 2) zapoznać się z instrukcją wykonania ćwiczenia zamieszczoną w poradniku dla ucznia, 3) przygotować stanowisko pracy zgodnie z zasadami bhp i ergonomii, 4) dobrać odpowiedni sprzęt i odczynniki do wykonania oznaczenia, 5) przeprowadzić oznaczenie ściśle według instrukcji, zwracając uwagę na dokładność wykonania oznaczenia, 6) przeprowadzić obliczenia zawartości fosforu w badanej próbce, według wzorów zamieszczonych w instrukcji, 7) porównać wyniki swoich obliczeń z informacją podaną przez producenta badanego nawozu, 8) sprzątnąć swoje stanowisko pracy, umyć używany sprzęt i zabezpieczyć odczynniki, 9) sporządzić sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, nie zapominając o podaniu wniosków Zalecane metody nauczania-uczenia się: ćwiczenia praktyczne laboratoryjne. Środki dydaktyczne: instrukcja wykonania oznaczenia (zamieszczona w Poradniku dla ucznia), odczynniki: wodorotlenek sodu NaOH cz.d.a roztwór o c NaOH =0,1 mol dm -3 i o c NaOH = 0,5 mol dm -3, chlorek wapnia CaCl 2 cz.d.a roztwór 30% (m/m), oranż metylowy, wskażnik roztwór 0,1 % (m/m), fenoloftaleina, wskaźnik roztwór 1% (m/m), sprzęt: waga analityczna, mieszadło magnetyczne, moździerz, sito o oczkach 0,5 mm, kolba miarowa o pojemności 250 cm3, 17

19 cylinder miarowy o pojemności 250 cm3, zlewka o pojemności 400 cm3-2 szt., lejek, sączki, szkiełko zegarkowe, pipeta, kolba stożkowa o pojemności 500 cm3, biureta, środki ochrony osobistej. Ćwiczenie 2 Oblicz masę odpadowego fluorowodoru wydzielającego się przy produkcji 1 tony superfosfatu prostego w procesie rozkładu fosforytów kwasem siarkowym(vi). Przyjmij, że surowiec fosforytowy zawiera 70% apatytów fluorowych, a rozkład zachodzi z wydajnością równą 80 %. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia. Powinien omówić sposób zaprezentowania wyników pracy. Powinien również zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) zapoznać się z przykładowym zużyciem surowców w zakładzie produkującym superfosfat prosty (materiał nauczania i dodatkowe informacje podane przez nauczyciela), 2) korzystając z przykładowych danych zużycia surowców, obliczyć masę apatytów fluorowych zawartą w 1 tonie surowca fosforytowego, 3) napisać równania reakcji rozkładu fosforytów w procesie produkcji superfosfatu prostego, 4) obliczyć stechiometryczną (teoretyczną) masę wydzielającego się w procesie fluorowodoru, uwzględniając zarówno reakcje apatytów fluorowych z kwasem siarkowym (VI), jak i z wytworzonym w procesie kwasem ortofosforowym (V), 5) obliczyć rzeczywistą masę wydzielonego fluorowodoru, uwzględniając wydajność zachodzącego procesu, 6) sprawdzić poprawność wykonanych obliczeń. Zalecane metody nauczania uczenia się: ćwiczenie praktyczne obliczeniowe. Środki dydaktyczne: układ okresowy pierwiastków, tabele zużycia surowców w wytwórniach superfosfatów, kalkulator, literatura z rozdziału 6 Poradnika dla ucznia. 18

20 5.4. Produkcja nawozów wieloskładnikowych Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zaprojektuj schemat ideowy wytwarzania stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego(v), uwzględniając jego powiązania z wytwórniami kwasu siarkowego(vi) i amoniaku. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia oraz sposób zaprezentowania wyników pracy. Powinien również zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) zapoznać się z przykładowym schematem ideowym (materiał nauczania punkt schemat ideowy wytwarzania nawozów typu NPK na bazie częściowo rozłożonego fosforytu), 2) zapoznać się z opisem procesu technologicznego produkcji stałych nawozów wieloskładnikowych typu NPK na bazie kwasu ortofosforowego(v) (materiał nauczania punkt wytwarzanie granulowanych kompleksowych nawozów NPK z kwasu ortofosforowego(v) oraz produkty uboczne i odpady z produkcji nawozów wieloskładnikowych), 3) ustalić surowce, produkty i etapy procesu technologicznego, 4) narysować schemat ideowy, pamiętając o zastosowaniu typowych oznaczeń, 5) zaprezentować wykonane ćwiczenie, 6) dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia. Zalecane metody nauczania uczenia się: metoda tekstu przewodniego Środki dydaktyczne: komputer z oprogramowaniem umożliwiającym przygotowanie schematu lub kartka formatu A4, ołówek, gumka, przybory kreślarskie opis procesu technologicznego. Ćwiczenie 2 Porównaj rozpuszczalności różnych superfosfatów i nawozów NPK w wodzie. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres i technikę wykonania ćwiczenia. Omówić sposób zaprezentowania ćwiczenia. Zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. 19

21 Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien: 1) przypomnieć sobie regulamin pracowni chemicznej, zasady BHP obowiązujące przy wykonywaniu oznaczeń chemicznych, 2) zapoznać z instrukcją wykonania ćwiczenia zamieszczoną w poradniku dla ucznia, 3) przygotować stanowisko pracy zgodnie z zasadami ergonomii, 4) dobrać odpowiedni sprzęt i odczynniki do wykonania oznaczenia, 5) przeprowadzić oznaczenie ściśle według instrukcji, zwracając uwagę na dokładność wykonania oznaczenia, 6) przeprowadzić obliczenia rozpuszczalności badanych próbek, według wzoru zamieszczonych w instrukcji, 7) porównaj wyniki przeprowadzonych obliczeń, 8) sprzątnąć swoje stanowisko pracy, umyć używany sprzęt i zabezpieczyć odczynniki, sporządzić sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia, nie zapominając o podaniu wniosków. Zalecane metody nauczania uczenia się: ćwiczenia praktyczne laboratoryjne. Środki dydaktyczne: instrukcja wykonania oznaczenia (zamieszczona w Poradniku dla ucznia), sprzęt: waga analityczna, mieszadło magnetyczne, moździerz, sito o oczkach 0,2 mm, kolby miarowe o pojemności 100 cm3-3 szt., zlewki o pojemności 150 cm3 3 szt., lejek, sączki, parownica 3 szt., środki ochrony osobistej. 20

22 6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego Test dwustopniowy do jednostki modułowej Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których: zadania 1, 3, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 14, 16, 17, 18, 19 są z poziomu podstawowego, zadania 2, 4, 6, 12, 13, 15, 20 są z poziomu ponadpodstawowego. Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak uczeń otrzymuje 0 punktów. Proponuje się następujące normy wymagań uczeń otrzyma następujące oceny szkolne: dopuszczający za rozwiązanie co najmniej 10 zadań z poziomu podstawowego, dostateczny za rozwiązanie co najmniej 13 zadań z poziomu podstawowego, dobry za rozwiązanie co najmniej 17 zadań, w tym co najmniej 4 z poziomu ponadpodstawowego, bardzo dobry za rozwiązanie co najmniej 19 zadań, w tym co najmniej 6 z poziomu ponadpodstawowego. Klucz odpowiedzi: 1. c, 2. a, 3. d, 4.b, 5.b, 6.a, 7.c, 8.d, 9.b, 10.d, 11.b, 12.c, 13.b, 14.d, 15.a, 16.a, 17.c, 18.b, 19.c, 20.d, Plan testu Nr zad Cel operacyjny (mierzone osiągnięcia ucznia) Scharakteryzować właściwości surowców Zinterpretować chemizm procesu produkcji kwasu fosforowego(v) Wyjaśnić rolę surowców w procesie technologicznym Dobierać materiał konstrukcyjny aparatury ze względu na agresywność Czytać informacje zawarte na schemacie ideowym produkcji kwasu fosforowego(v) Obliczać zapotrzebowanie surowców w procesie technologicznym produkcji Kategoria celu Poziom wymagań Poprawna odpowiedź A P c B PP a B P d B PP b B P b C PP a 21

23 kwasu fosforowego(v) 7 8 Określać skład chemiczny odpadów powstających w procesie produkcji kwasu fosforowego(v) Scharakteryzować problemy ochrony środowiska występujące podczas produkcji kwasu fosforowego(v) 9 Rozróżniać minerały fosforowe 10 Wskazać zasady bhp obowiązujące na stanowisku pracy 11 Rozróżniać nawozy fosforowe B P c B P d A P b C P d B P b Wskazywać różnice w procesach wytwarzanie superfosfatu prostego i skoncentrowanego uwzględniając substrat kwasowy Obliczać ilość produktów ubocznych z wytwórni superfosfatu Scharakteryzować problemy ochrony środowiska występujące podczas produkcji superfosfatów Zinterpretować chemizm procesu produkcji superfosfatów Dobierać surowce do produkcji superfosfatu Dobierać surowce stosowane przy produkcji nawozów NPK Określić różnorodność surowców stosowanych przy produkcji nawozów Scharakteryzować problemy ochrony środowiska występujące podczas produkcji nawozów NPK Posłużyć się schematem ideowym powiązań wytwórni H 2 SO 4, H 3 PO 4 MAP, oraz NH 3 w produkcji nawozów wieloskładnikowych typu NPK, C PP c C PP b B P d B PP a B P a B P c B P b B P c C PP d 22

24 Przebieg testowania INSTRUKCJA DLA NAUCZYCIELA 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co najmniej jednotygodniowym. 1. Omów cel stosowania pomiaru dydaktycznego. 2. Zapoznaj uczniów z rodzajem zadań podanych w zestawie oraz z zasadami punktowania. 3. Omów z uczniami sposób udzielania odpowiedzi (karta odpowiedzi). 4. Zapewnij uczniom możliwość samodzielnej pracy. 5. Rozdaj uczniom zestawy zadań testowych i karty odpowiedzi, podaj czas przeznaczony na udzielanie odpowiedzi. 6. Postaraj się stworzyć odpowiednią atmosferę podczas przeprowadzania pomiaru dydaktycznego (rozładuj niepokój, zachęć do sprawdzenia swoich możliwości). 7. Kilka minut przed zakończeniem sprawdzianu przypomnij uczniom o zbliżającym się czasie zakończenia udzielania odpowiedzi. 8. Zbierz karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych. 9. Sprawdź wyniki i wpisz do arkusza zbiorczego. 10. Przeprowadź analizę uzyskanych wyników sprawdzianu i wybierz te zadania, które sprawiły uczniom największe trudności. 11. Ustal przyczyny trudności uczniów w opanowaniu wiadomości i umiejętności. 12. Opracuj wnioski do dalszego postępowania, mającego na celu uniknięcie niepowodzeń dydaktycznych niskie wyniki przeprowadzonego sprawdzianu. INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań. 4. Test zawiera 20 zadań wielokrotnego wyboru o różnym stopniu trudności. W każdym zadaniu tylko jedna odpowiedź jest prawidłowa 5. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową. 6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. 8. Na rozwiązanie testu masz 40 min. Materiały dla ucznia: instrukcja, zestaw zadań testowych, karta odpowiedzi. Powodzenia 23

25 ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Apatyt posiada strukturę krystalograficzną: a) trygonalną, b) tetragonalną, c) heksagonalną, d) jednoskośną. 2. Podstawowymi surowcami do produkcji kwasu ortofosforowego(v) metodą ekstrakcyjną dwuwodzianową są: a) fosforyt i kwas siarkowy(vi), b) fosforyt i kwas azotowy(v), c) apatyt i kwas solny, d) aragonit i kwas siarkowy(vi). 3. Gaz ziemny w procesach technologicznych nie jest wykorzystywany jako: a) surowiec energetyczny, b) źródło wodoru, c) surowiec do produkcji nawozów, d) źródło tlenu. 4. Aparatura do produkcji ekstrakcyjnego kwasu ortofosforowego(v) powinna być wykonana ze: a) stali węglowej, b) stali kwasoodpornej, c) polietylenu, d) polichlorku winylu. 5. Na podstawie zamieszczonego schematu ideowego produkcji kwasu fosforowego(v) określ, na jakich etapach powstają gazy fluorowe: a) filtracji i ekstrakcji, b) ekstrakcji i zatężania, c) absorpcji i ekstrakcji, d) filtracji i zatężania. H 2O Schemat ideowy produkcji kwasu fosforowego(v) [7] 24

26 6. Ile kg wody i 96% H 2 SO 4, należy odważyć, aby przygotować 1,44 tony kwasu siarkowy(vi) 56% potrzebnego do produkcji kwasu fosforowego(v): woda [kg] kwas siarkowy(vi) 96% [kg] a) b) 0,6 0,84 c) d) Głównym składnikiem fosfogipsu jest: e) Ca 3 (PO 4 ) 2, f) CaF 2, g) CaSO 4 2H 2 O, h) CaHPO Bezpośrednio do kanalizacji mogą być odprowadzone ścieki z: a) węzła filtracji, b) węzła ekstrakcji, c) węzła zatężania, d) z chłodzenia. 9. Do minerałów fosforowych należą: a) fluoryt i kalcyt,, b) apatyt i fosforyt, c) piryt i apatyt, d) fluoryt i aragonit. 10. Oznaczając rozpuszczalność minerału fosforanowego w stężonym kwasie solnym 35%, pracować należy: a) w rękawicach ochronnych i okularach ochronnych, b) pod degestorium w fartuchu ochronnym, c) w fartuchu ochronnym, w rękawicach ochronnych i w maseczce, d) w rękawicach gumowych, okularach typu gogle, fartuchu ochronnym. 11. Superfosfat pojedynczy zawiera w swoim składzie jako składniki podstawowe a) wodoroortofosforan(v) wapnia i siarczan(vi) wapnia, b) diwodoroortofosforan(v) wapnia i siarczan(vi) wapnia, c) diwodoroortofosforan(v) wapnia i ortofosforan(v) wapnia, d) wodoroortofosforan(v) wapnia i ortofosforan(v) wapnia. 12. Jaka jest zasadnicza różnica w produkcji superfosfatu prostego i skoncentrowanego? a) inny rodzaj substratów fosforowych, b) inna kolejność prowadzenia procesów technologicznych, c) inny substrat kwasowy, d) inne surowce pomocnicze. 25

27 13. Oblicz ile tetrafluorku krzemu wydzieli się w reakcji 120 kg fluorowodoru z krzemionką, jeżeli z 80 kg fluorowodoru powstaje 60 kg tetrafluorku krzemu. 4HF + SiO 2 SiF 4 + 2H 2 O a) 70 kg, b) 90 kg, c) 100 kg, d) 150 kg. 14. Który z wymienionych produktów ubocznych wytwarzania superfosfatów ma zastosowanie gospodarcze? a) tetrafluorek krzemu, b) kwas heksafluorokrzemowy, c) fluorowodór, d) kwas fluorowodorowy. 15. Które z poniższych równań reakcji chemicznych przedstawia powstawanie superfosfatów z apatytów? a) Ca 5 (PO 4 ) 3 F + 7H 3 PO 4 5Ca(H 2 PO 4 ) 2 H 2 O + HF b) CaCO 3 + H 2 SO 4 CaSO 4 + CO 2 + H 2 O c) MgCO 3 + H 2 SO 4 MgSO 4 + CO 2 + H 2 O d) CaCO 3 + 2H 3 PO 4 Ca(H 2 PO 4 ) 2 H 2 O + CO Ustal jakie surowce wprowadzane są do procesu technologicznego przedstawionego na załączonym poniżej schemacie. a) fosforyty, kwas ortofosforowy(v), kwas siarkowy(vi), b) fosforyty, kwas siarkowy(vi), amoniak, c) fosforyty, kwas ortofosforowy(v), amoniak, d) kwas ortofosforowy(v), kwas siarkowy(vi), sól potasowa. surowce reakcja granulacja suszenie podziarno kruszenie klasyfikacja produkt Schemat produkcji superfosfatu wzbogaconego [5] 17. Który z podanych związków nie jest bezpośrednio wykorzystywany w produkcji nawozów NPK? a) kwas siarkowy(vi), b) chlorek potasu, c) kwas azotowy(v), d) amoniak. 26

28 18. Który z wymienionych surowców dodawany jest do nawozów wieloskładnikowych NPK jak mikroelement? a) H 3 PO 4, b) Na 2 B 4 O 7 5H 2 O, c) NH 4 H 2 PO 4, d) CaCO W jaki sposób zagospodarowywane są pyły z procesu produkcji nawozów wieloskładnikowych? a) odprowadzane są przez komin do atmosfery, b) wykorzystywane są do produkcji kwasu fluorowodorowego, c) zawracane są do procesu produkcji, d) po wydzieleniu w urządzeniach odpylających odprowadzane są na wysypisko odpadów. 20. Na podstawie schematu zależności powiązań surowców, półproduktów i produktów przemysłu nawozowego określ, w jakich wytwórniach używa się amoniaku jako surowca. a) wytwórnia kwasu ortofosforowego(v), wytwórnia SSP, b) wytwórnia MAP, wytwórnia TSP, c) wytwórnia amoniaku, wytwórnia MAP, d) wytwórnia MAP, wytwórnia siarczanu amonu. biomasa woda wytwórnia amoniaku nawozy pojedyncze mieszalnia nawozów nawóz NPK powietrze gaz ziemny węgiel nafta sól potasowa NH 3 wytwórnia nawozów kompleksowych NPK nawozy kompleksowe NPK odzysk fluoru gaz rafineryjny wytwórnia MAP i DAP nawozy NP siarka powietrze fosforyty fosforyty fosforyty odzysk fluoru H 3PO 4 wytwórnia kwasu ortofosforowego (V) H 2SO 4 wytwórnia kwasu siarkowego (VI) wytwórnia SSP techniczny kwas ortofosforowy H 2SiF 6 wytwórnia TSP odzysk fluoru superfosfat potrójny związki fluoru techniczny kwas siarkowy (VI) wytwórnia siarczanu (VI) amonu Schemat powiązań surowców, półproduktów, produktów przemysłu nawozowego [5] NH 3 nawóz AS superfosfat pojedynczy 27

29 KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko... Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych Zakreśl poprawną odpowiedź. Nr Odpowiedź zadania 1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10 a b c d 11 a b c d 12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15 a b c d 16 a b c d 17 a b c d 18 a b c d 19 a b c d 20 a b c d Razem Punktacja 28

30 Test praktyczny Proponowany test sumujący jest przeznaczony do przeprowadzenia po zakończonym procesie kształcenia w module Wytwarzanie kwasu fosforowego(v) oraz nawozów fosforowych i wieloskładnikowych. Test pozwala na ocenę umiejętności uczniów w zakresie posługiwania się schematem ideowym produkcji kwasu fosforowego(v), interpretowanie chemizmu tego procesu, obliczania zapotrzebowania surowców, charakteryzowania problemów ochrony środowiska występujących podczas. Test ma charakter sprawdzający tzn. ukierunkowany jest na porównanie wyników z założonymi w programie celami kształcenia. Proponuje się następujące normy wymagań: Uczeń może maksymalnie otrzymać 20 punktów. Aby otrzymać ocenę dopuszczającą uczeń powinien uzyskać 10 punktów, aby otrzymać ocenę dostateczną powinien uzyskać punktów, na ocenę dobrą powinien uzyskać punktów, a ocenę bardzo dobrą powinien uzyskać punktów wykonując wszystkie zadania. KARTA ODPOWIEDZI Lp. Zadania Prawidłowa odpowiedź Ocenianie 1 Napisz równanie reakcji zachodzącej podczas procesu i dokonaj molowej interpretacji równania 2 Oblicz ilość 96% kwasu siarkowego(vi) potrzebnego do wyprodukowania kwasu fosforowego(v) z 1 tony surowca fosforanowego - Dokonanie molowej interpretacji równania Ca 10 F 2 (PO 4 ) H 2 SO H 2 O 6H 3 PO CaSO 4 2H 2 O + 2HF - Obliczenie mas molowych: Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6, H 2 SO 4, P 2 O 5 - Dokonanie molowej interpretacji równania udział P 2 O 5 w Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6 - Obliczenie udziału P 2 O 5 w Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6 - Obliczenie ilości czystego składnika w 1 tonie surowca fosforanowego - Obliczenie masy 100% kwasu siarkowego(vi) potrzebnego do przeprowadzenia Właściwa interpretacja równania 1:10:20 = 6:10: g/mol, 98 g/mol, 142 g/mol 1:3:1:9 426 kg P 2 O kg P 2 O kg H 2 SO 4 Liczba punktów za czynność Łącznie

31 Lp. Zadania Prawidłowa odpowiedź Ocenianie 3 Oblicz objętość wody potrzebnej do rozcieńczenia kwasu procesu - Obliczenie masy 96% H 2 SO 4 - Odczytanie gęstości 96% H 2 SO 4 - Obliczenie objętości 96% H 2 SO 4 - Obliczenie objętości 96% H 2 SO 4 z uwzględnieniem nadmiaru kwasu - Obliczenie masy wody - Obliczenie objętości wody 958 kg H 2 SO 4 1,84 g/cm 3 0,520 m 3 H 2 SO 4 96% 0,572 m 3 H 2 SO 4 96% 648 m 3 wody 648 kg wody Liczba punktów za czynność Łącznie 2 4 Określ, jakie produkty uboczne powstaną podczas procesu produkcji kwasu fosforowego(v) 5 Opisz, w jaki sposób można wykorzystać wyżej wymienione odpady, zachowując zasady ochrony środowiska (wymień po dwa sposoby) - Fosfogips - 15% H 2 SiF 6 - Rolnictwo, budownictwo - Półprodukt do otrzymywania Na 2 SiF 6, otrzymywanie handlowego 20% H 2 SiF 6 Właściwa interpretacja schematu Każda właściwa odpowiedź INSTRUKCJA DLA NAUCZYCIELA 1) Czas trwania testu 45 minut. 2) Należy przygotować indywidualne stanowisko pracy dla każdego ucznia. 3) Zapewnić dostęp do literatury potrzebnej do wykonania zadania (Kalendarza Chemicznego, Poradnika fizykochemicznego oraz schematu ideowego produkcji kwasu fosforowego(v)). 4) Omówić z uczniami przebieg testu praktycznego. 5) Podczas przeprowadzenia testu nauczyciel pełni rolę obserwatora. 30

32 INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uważnie treść zadania. 2. Podczas rozwiązywania zadania możesz korzystać z Kalendarza Chemicznego (lub Poradnika fizykochemicznego) oraz schematu ideowego produkcji kwasu fosforowego(v). 3. Wykonując obliczenia przyjmij, że główny składnik surowca fosforowego z kwasem siarkowym(vi) reaguje wg równania: Ca 10 F 2 (PO 4 ) H 2 SO H 2 O 6H 3 PO CaSO 4 2H 2 O + 2HF, a udział P 2 O 5 w Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6 określa równanie: Ca 10 F 2 (PO 4 ) 6 3P 2 O 5 + CaF 2 + 9CaO 4. Zanim przystąpisz do wykonania zadania zaplanuj pracę. Pomoże Ci w tym KARTA PRACY. 5. Odpowiedzi wpisuj w wyznaczonych miejscach KARTY PRACY. 6. Po zakończeniu zadania oddaj nauczycielowi KARTĘ PRACY. 7. Na wykonanie zadania masz 45 min. powodzenia Zadanie Korzystając ze schematu ideowego produkcji kwasu fosforowego(v): oblicz objętość 96% H 2 SO 4 i wody jaką należy użyć do wyprodukowania kwasu fosforowego(v) z 1 tony surowca fosforowego zawierającego 40% P 2 O 5 stosując 10% nadmiar kwasu siarkowego(vi), określ jakie produkty uboczne powstaną podczas tego procesu, opisz w jaki sposób można wykorzystać wyżej wymienione odpady, zachowując zasady ochrony środowiska. 31

33 KARTA PRACY Imię i nazwisko Klasa Data Ilość punktów Ocena Lp. Zadania Odpowiedzi 1 Napisz równanie reakcji zachodzącej podczas procesu i dokonaj molowej interpretacji równania Maksymalna liczba punktów 1 2 Oblicz ilość 96% kwasu siarkowego(vi) potrzebnego do wyprodukowania kwasu fosforowego(v) z 1tony surowca fosforanowego 11 3 Oblicz objętość wody potrzebnej do rozcieńczenia kwasu 2 4 Określ jakie produkty uboczne powstaną podczas procesu kwasu fosforowego(v) 5 Opisz w jaki sposób można wykorzystać wyżej wymienione odpady, zachowując zasady ochrony środowiska (wymień po dwa sposoby)

34 7. LITERATURA 1. Bolewski A., Manecki A.: Mineralogia szczegółowa. PAE, Warszawa Bortel E., Koneczny H.: Zarys technologii chemicznej. PWN, Warszawa Encyklopedia pwn.pl-seria multimedialna. pwn.pl Klepaczko-Filipiak B., Łoin J.: Pracownia chemiczna. Analiza techniczna. WSiP, Warszawa Najlepsze Dostępne Techniki (BAT). Wytyczne dla Branży Chemicznej w Polsce. Przemysł Wielkotonażowych Chemikaliów Nieorganicznych, Amoniaku, Kwasów i Nawozów Sztucznych. Wersja II. Ministerstwo Środowiska, Warszawa Minczewski J., Marczenko Z.: Chemia analityczna. Analiza ilościowa. WSiP, Warszawa Molenda J.: Technologia chemiczna. WSiP, Warszawa Słownik chemiczny. Wiedza Powszechna, Warszawa Sylwestrzak H.: Apatyt i inne fosforany. PIG, Warszawa Ustawa z dnia r. o nawozach i nawożeniu Dz.U. nr 89 poz. 991 z późn. zm. 33