Интегрированный урок по математике и химии в 11-м классе на тему: "Нефть и продукты переработки нефти. Применение определенного интеграла"

Разделы: Математика, Химия


Задачи урока:

  • показать значение природных горючих источников энергии и сырья для химической промышленности;
  • ознакомить с составом и свойствами нефти;
  • продолжить формирование знаний учащихся о комплексном использовании сырья, о современной технологии, применяемой при синтезе полимеров, об охране окружающей среды;
  • продолжить формирование умений анализировать, вести дискуссию, развивать навыки общения. Формировать черты социально направленной личности учащихся;
  • обобщить и систематизировать знания по теме нахождение определенного интеграла при помощи прикладных задач;
  • развивать творческие способности при нахождении наиболее простого способа решения задач прикладного характера, развивать навыки работы с электронными таблицами Excel, развивать логическое мышление;
  • воспитывать учащихся как личность гражданственную, творчески мыслящую, инициативную, подготовленную к окружающей действительности, воспитывать бережное отношение к технике.

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний;

Метод урока: интерактивный диалог;

Форма проведения урока: классно-урочная, индивидуальная, парная, интегрированный урок химии и математики применением компьютера;

Оборудование и реактивы урока:

  • Windows-98, Microsoft Office 97 и выше,
  • Плакаты или слайды “Крекинг”, “Риформинг”, “Перегонка нефти”, опорные конспекты, коллекция “Нефть, нефтепродукты”, штатив, вода, колба, образцы бензина, йодная настойка;
  • Общая схема перегонки нефти (слайд), перегонка нефти на атмосферно-вакуумной установке (слайд), схема этиловой жидкости(слайд), слайд с окном электронных таблиц Excel – формула объема цистерны, графопроектор, флип-чарт, таблицы с формулами для вычисления объема бензина к задаче.

Ход урока

I. Постановка цели урока

Вступительное слово учителя. Сегодня мы проводим урок необычный совместно химию и математику.

Учитель химии: Сегодня на уроке мы закрепим тему нефть и продукты переработки нефти.

Учитель математики: сегодня на уроке мы обобщим знания по нахождению определенного интеграла при помощи задач прикладного характера. Рассчитаем формулы при помощи электронных таблиц Excel.

Урок мы проводим в необычной форме – урок-телемост.

Представляем участников сторон:

С одной стороны представители НИИ, которые будут отвечать на ваши вопросы это

- химик-технолог;

- химик-эксперт;

- химик-эколог;

- математик-конструктор;

- программист

С другой стороны заинтересованные лица, журналисты, предприниматели.

Итак, начинаем наш телемост.

II. Работа на закрепление

Ведущими выступают учителя химии и математики

У нас в студии возник вопрос, пожалуйста, представьтесь.

Журнал “Юный натуралист”. Подсчитано ли насколько еще хватит нам запасов природных источников углеводородов?

Химик-технолог. Подсчитано, специалисты считают, что запасов нефти хватит на 30 лет, газа на 50 лет, а вот запасы угля израсходуются через лет 300.

Эти виды сырья невозобновляемы, т.к. процессы их образования идут со скоростью, несопоставимой с уровнем добычи и использования в органическом синтезе и энергетике.

Ценное сырье – нефть, газ, уголь – необходимо сохранить для химической промышленности, сократить его использование в топливно-энергетическом комплексе. В настоящее время ученые ведут поиск путей использования энергии солнца, ветра и ядерного горючего с целью потной замены нефти и газа. К сожалению, 94% добываемой нефти пока служит топливом. Д.И. Менделеев мудро говорил: “Сжигать нефть – это то же, что топить печь ассигнациями”.

Спасибо.

Журнал “За рулем”. Скажите, пожалуйста, формулу нефти.

Химик-эксперт. Нефть – это сложная смесь в основном трех видов углеводородов: алканов, циклоалканов, ароматических углеводородов. В значительно меньших количествах в ней содержатся органические соединения, в состав которых входят кислород, азот, сера, примеси неорганических веществ. Всего нефть содержит сотни различных соединений. Состав нефти разных месторождений неодинаков.

Спасибо, за ответ.

Журнал “Юный натуралист”. Чем может грозить разлив нефти, при, допустим, ее транспортировке?

Химик-эколог. Разлив 10 литров нефти, позволяет покрыть пленкой толщиной в микрон 1 км2 водной поверхности не пропускающей воздух. Это приводит к загрязнению водоемов и наносит существенный ущерб:

  • нарушается обмен теплом, влагой и газами между водной средой и атмосферой, то есть биологическое равновесие водоема;
  • страдают обитатели морей и океанов;
  • гибнут птицы;
  • почва, пропитанная нефтепродуктами, теряет плодородность на многие десятки лет, плодородие такой почвы трудно восстановить.

По наблюдению со спутников, нефтяная пленка покрывает до 10-15% поверхности мирового океана или 36-54 млн. км2. Эта пленка, будучи достаточно устойчивой, способствует также тому, что интенсивность света под слоем нефти до 90%, а испарение воды уменьшается на 60%.

Но в природе, оказывается, также видимо имеется инстинкт самосохранения. Происходят сокращения площадей, покрытых нефтяной пленкой за счет испарения, эмульгирования, микробиологического и химического окисления.

При достаточной содержании О2 и температуре выше 15°С за период с апреля по август содержание нефтепродуктов в водах внутреннего моря уменьшается на 80%. Это свидетельствует о больших способностях морей и океанов к самоочищению, но и эти возможности не безграничны.

Журнал “Юный натуралист”. Хотелось бы подробнее узнать о том. Как из нефти выделяются ценные компоненты. И на чем основан этот процесс?

Химик-технолог. Общую схему переработки нефти можно предоставить условно так: показать на слайде графопроектора.

При первичной переработке нефть при нагревании разделяется на фракции – отдельные смеси углеводородов в соответствии с их температурами: показать на слайде графопроектора.

Приложение 1

Процесс перегонки нефти основан на различных температурах кипения входящих в нее компонентов, поэтому, имея разную температуру кипения, у нас имеется возможность их разделить.

Журнал “Экологический вестник”. 3 августа 1996 года в программе “Новости” было дано сообщение о том, что в Волгоградской области продолжается пожар на отстойниках нефтеперерабатывающего завода. Также сообщалось о том, что для тушения пожара использовался самолет ИЛ-76, который берет на борт 40 тонн воды. Как Вы бы прокомментировали эти действия со стороны пожарной охраны?

Химик-эколог. Сравнивая плотность воды и нефти, можно сделать вывод, сто такой способ тушения пожара положительных результатов не дает.

Журнал “За рулем”. Что означает выражение “мощность двигателя”? В чем она изменяется?

Химик-эксперт.

  • Смесь паров бензина с воздухом засасывается в цилиндр и сжимается поршнем;
  • Сжатая смесь газов поджигается искрой;
  • Углеводороды, входящие в состав смеси, сгорают;
  • Образующиеся газы двигают поршень, совершая работу

Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем больше мощность двигателя.

Но, если происходит максимальное сжатие смеси (воздуха и бензина) сгорание происходит со взрывом.

Взрывная волна ударяет о поршень (стук в двигателе), такое взрывное сгорание, называется детонацией. Это приводит к износу двигателя. Бензин характеризуется детонационной стойкостью – октановое число.

Журнал “За рулем”. Что означают названия марок бензина: А-76, А-80, Аи-93, Аи-95, Аи-98? И что такое этилированный бензин?

Химик-эксперт. В марках бензина буква “А” означает, что это автомобильный бензин. Цифры называют “октановым числом”. Чем выше октановое число, тем выше стойкость к детонации.

Октановое число = %содержанию изооктана + гектан

96=96% изооктана + 4% гектана

Детонационную стойкость бензина можно повысить, добавляя к нему антидетонаторы. Раньше к бензину добавляли ТЭС (тетраэтилсвинца) или этиловую жидкость.

Этилированный бензин – 0,5% ТЭС это яд! Следует избегать попадания его на кожу, особенно вдыхания паров. В отличии от обычного бензина он окрашен в сине-фиолетовый цвет.

Т.К. (С2Н5)4Рв приводит к загрязнению окружающей среды. Продукты сгорания (С2Н5)4Рв накапливаются определенными видами грибов, особенно если они расположены вдоль дорог, автотрасс.

Журнал “За рулем”. Что такое “крекинг”, “риформинг”?

Химик-технолог. Главный недостаток перегонки нефти – малый выход бензина (не более 20%). Увеличить глубину перегонки нефти по крайней мере до 85% позволяет применение в комплексе вторичных (химических) способов переработки – термического и каталитического крекинга, риформинга.

Крекинг – процесс расцепления тяжелых углеводородов нефти на более легкие (летучие) углеводороды.

Приложение 2

Бензин, полученный в результате крекинга-каталитического, обладает большим октановым числом, он устойчив при хранении, т.е. Аи-93, Аи-95.

Представитель кружка “Юный натуралист”. Можно ли опытным путем определить качество бензина?

Химик-эксперт. Да, конечно. Для этого необходимо иметь H2O, йодную настойку, бензин. Возьмите 2 мл H2O, добавьте 1 каплю йодной настойки и 2 мл бензина. Затем встряхните. Жидкость должна расслоиться. Наблюдайте за окраской. Если окраска исчезнет: то перед вами крекинг-бензин (Аи-93, Аи-95, Аи-96), содержит непредельные углеводороды.

Если йод окрасил верхний слой (экстраполировался в бензине), то перед вами бензин прямой перегонки ( не содержит непредельные углеводороды)

Частный предприниматель, владелец бензиновой заправки. У меня новая заправочная станция и цистерны с бензином закопаны в землю. Как найти объем бензина в цистернах, если они лежат на боку?

Математик-конструктор. Какие дополнительные данные Вы можете дать?

Частный предприниматель, владелец бензиновой заправки. Длину цистерны, радиус дна и высоту уровня бензина в ней.

Приложение 3.

Математик-конструктор. Для нахождения объема бензина в цистерне применим формулу:

V=, где S(x) – площадь сечения тела плоскостью. Длина тела от а до в, т.е. на отрезке [a,b] – это длина бочки – [0,H], значит V== s(x) | . Находим площадь сечения. Рассмотрим два случая:

  • Высота уровня бензина больше радиуса цистерны (l>R)
  • Высота уровня бензина меньше радиуса цистерны (l<R)

Сечением будут сегменты. Если высота уровня бензина меньше радиуса цистерны, то применим формулу: Sсегм.=, AO=R, OC=R-l, cos LAOC=1-, AOB=±2arccos(1-)+2?R,

SAOB=AB *OC, АС найдем по теореме Пифагора и умножим на 2, т.е. АВ=2, отсюда найдем S?AOB=(R-l). Подставим в формулу и получим

Sсегм=R2arccos(1-)-(R-l)

Приложение 4.

Находим площадь сечения цистерны при высоте столба бензина большим, чем радиус бочки, получаем формулу:

Sсегм=R2arccos(-1)+( l -R)

Получаем две формулы:

1). V=(R2arccos(1-) - (R - l)) H

2). V=(R2arccos(-1) + (l - R)) H

Программист. А теперь обратимся к электронным таблицам Excel и введем полученные формулы в компьютер. Готовую таблицу можем распечатать на принтере или отправить по электронной почте.

Пример таблицы на экране компьютера.

Менеджер заправочной станции. Можно ли опытным путем определить качество бензина?

Химик-эксперт. Да, конечно. Для этого необходимо иметь Н2О, йодную настойку, бензин. Возьмите 2 мл Н2О, добавьте 1 каплю йодной настойки и 2 мл бензина. Затем встряхните. Жидкость должна расслоиться. Наблюдайте за окраской. Если окраска исчезнет: то перед вами крекинг-бензин (Аи-93, Аи-95, Аи-96), содержит непредельные углеводороды.

Если йод окрасил верхний слой (экстраполировался в бензине), то перед вами бензин прямой перегонки. (не содержит непредельные углеводороды.)

Ведущие учителя химии и математики.

Огромное спасибо, за беседу. Все вопросы были очень интересные. Ответы на вопросы в полной мере раскрывали суть вопросов. Всем спасибо за работу. До свидания.

III. Задание на дом: по химии – подготовиться к уроку интервью по теме “Коксохимическое производство”, по математике – решение задач практического характера (задания на доске)

IV. Рефлексия.

28.03.2007