Цели занятия:
- Показать значение природных источников углеводородов.
- Ознакомить с составом и свойствами нефти, природного газа, каменного угля.
- Рассмотреть энергетические и экологические проблемы, связанные с использованием природных ресурсов.
- Продолжить формирование умений анализировать, вести дискуссию, развивать навыки общения.
- Формировать черты социально направленной личности школьника.
Оборудование: колбы, нефть, бензин, мел, вода, костюмы для образов нефти, газа, каменного угля, эколога.
Ход занятия
Вступление.
ЧЕЛОВЕК… У человека огромное количество потребностей, в том числе и материальных .
“Мы все желаний никогда своих не умеряем, имея что-нибудь мы большего желаем”.
– А что же нужно для создания предметов, составляющие экономические блага?
– Конечно же, природные ресурсы. (Слайд “Предметы из природных ресурсов”)
Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX–XX в.в. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых занимают нефть и природный газ.
(Слайд “Природа”)
Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все от песчинок малых до планет –
Из элементов состоит единых.
(Слайд “Элементы углерод и водород”)
– Какие атомы входят в состав молекул, образующих природные источники углеводородов?
Давайте более, подробнее поговорим о природных источниках углеводородов.
Познакомимся со свойствами нефти, природного газа, каменного угля.
(Слайд)
НЕФТЬ:
Черная нефть струится,
Плещет тайги прибой
И ощущают ноздри
Запах ее огневой.
Нефть – это ярость света
Ветра напор у виска.
Нефть – голубая ракета,
Рвущаяся в облака.
Нефть – ценнейшее природное ископаемое, открывшее перед человеком удивительные возможности “химического перевоплощения”.
Нефть – кровь цивилизации, а наша цивилизация, несомненно, нефтяная. Именно ей мы обязаны невероятным взлетам. Энергетика является основой развития человеческого общества, а она, в свою очередь, не может существовать без нефти – главного источника энергии.
Нефть – поистине неиссякаемый источник для человека.
ИСТОРИК: Нефть – чудесный дар природы. Археологи установили, что ее добывали и использовали уже за 5-6 тысяч лет до нашей эры. Наиболее древние промыслы известны на берегах Ефрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуань. Происхождение самого слова “нефть” следует искать в языках народов Малой Азии, “набата” – “просачиваться”.
Упоминание о нефти также встречается во многих древних рукописных книгах. В частности, уже в Библии говориться о смоляных ключах в окрестностях мертвого моря.
(Слайд)
НЕФТЬ:
Нефть – маслянистая жидкость от светло – бурого до почти черного цвета, с характерным запахом. Залегает в толще земной коры на разных глубинах. Она немного легче воды ( плотность равна 0,73 – 0,97 г/ см3) и практически в ней не растворяется.
Нефть представляет собой сложную смесь различных, в основном жидких углеводородов (алканов, циклоалканов и ароматических), в которых растворены твердые и газообразные углеводороды. Поэтому она не имеет почти постоянной температуры кипения. Состав нефти различается обычно от месторождения. Например, бакинская нефть богата циклоалканами, грозненская – предельными углеводородами. Кроме углеводородов нефть содержит органические соединения, включающие кислород, серу, азот.
Из нефти мы берем для нужд страны своей
Поток бензина, масел и мазута.
И к ним в придачу тысячу вещей
Для дома и домашнего уюта.
(Слайд)
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ:
Разведанные запасы природного газообразного топлива на Земле велики, превышают 60 трлн м3, а прогнозируемые запасы оцениваются в 200 трлн м3.
Крупнейшие газовые месторождения в мире в Алжире, Иране, США, Нидерландах. В России – это Западная Сибирь, Республика Коми, Астраханская и Оренбургская области.
Природный газ является главным источником сырья для химической промышленности. Основной составной частью природного газа является метан (80–90 %). Кроме метана в природном газе присутствуют его гомологи – этан, пропан, бутан, а также неорганические примеси – углекислый газ, азот, инертные газы. Предельные углеводороды – газы не имеют ни цвета, ни запаха. Для облегчения обнаружения утечки газа к нему добавляют специальный ароматизатор.
Попутный нефтяной газ по происхождению тоже является природным. Свое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью – он растворен в ней и находится над нефтью, образуя газовую “шапку”. При извлечении нефти на поверхность, он отделяется от нее вследствие резкого падения давления. Возможности использования его значительно шире, чем природного, т. к. в нем кроме метана содержится значительное количество других углеводородов. Поэтому путем химической переработки из него можно получить больше веществ, чем из природного газа.
(Слайд)
КАМЕННЫЙ УГОЛЬ:
Каменный уголь – наиболее распространенный вид твердого топлива.
Каменный уголь – это сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят такие элементы: углерод, водород, азот, кислород, сера. Запасы каменного угля в природе значительно превосходят запасы нефти. В нашей стране находится половина всех мировых запасов угля. Каменный уголь находится в таких регионах: Подмосковный бассейн, Кузбасс, Сибирь, Канско – Ачиннский бассейн. При коксовании угля протекают физико – химические процессы, сопровождающиеся поглощением энергии. При нагревании угля без доступа воздуха до высоких температур происходит разложение высокомолекулярных соединений, при этом образуются летучие вещества и твердый остаток – кокс. Кокс содержит 96 – 98% углерода.
УЧИТЕЛЬ:
Нас ознакомили со свойствами природных углеводородов. Обладая универсальными свойствами, природные углеводороды имели и имеют огромное значения для общества.
Чем быстрее растут наши потребности, тем стремительнее уменьшаются запасы природных ресурсов.
– Видите ли вы в этом проблему?
ГЛАВНЫЙ ЭКСПЕРТ:
Уровень материального благосостояния общества определяют количеством энергии, которое вырабатывается на душу населения. Энергетические проблемы стали реальным ограничителем для дальнейшего роста материальной культуры человечества (энергетический кризис 70 гг. XX в.).
Предлагаю вашему вниманию посмотреть фильм “Источники энергии”.
Итак мы видим, что ситуация обострилась из-за неверных оценок перспектив развития энергетики:
- Предполагалось, что запасы ископаемого топлива (уголь, нефть, газ) неисчерпаемы.
- Было сделано предположение, что атомная энергия заменит другие энергетические источники.
- Постоянно недооценивались экологические последствия энергетики.
Для расширения производства энергии используют многие природные явления:
- солнечную радиацию;
- теплоту вод океана и земных недр;
- энергию рек, приливов и отливов, океанических течений, высотных воздушных потоков;
- невозобновляемые природные виды топлива, возобновлямые (биомасса растений);
- цепные реакции деления атомного ядра и термоядерный синтез;
- фотосинтез.
95% своих энергетических потребностей человечество удовлетворяет за счет сжигания углеродсодержащих природных ископаемых.
УЧИТЕЛЬ:
Спасибо, что ввели нас в суть проблемы.
В связи с широким использованием традиционных источников энергии давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.
Слово предоставляется химику-технологу.
ХИМИК-ТЕХНОЛОГ: (Слайд)
К традиционным источникам энергии относятся нефть, уголь, газ. Рассмотрим схемы их переработки.
Основными продуктами переработки нефти являются: попутный газ, бензин, дизельное и реактивное топливо.
Основными продуктами переработки твердого топлива являются: кокс, прямой коксовый газ, обратный коксовый газ, аммиак, сырой бензол и каменно-угольная смола.
При переработке газообразного топлива получают следующие продукты: водород, газообразный бензин, азот и кислород.
РЕПОРТЕР:
Скажите, какой из перечисленных вами видов топлива обладает преимуществами перед другими видами, назовите эти преимущества.
ХИМИК-ТЕХНОЛОГ:
Наибольшими преимуществами обладает газовое топливо:
- оно образует с воздухом однородную смесь;
- при переработке требует малого избытка воздуха;
- может быть легко предварительно нагрето;
- при сгорании не дает золы и шлака;
РЕПОРТЕР:
Свой вопрос я адресую представителям общественности. Традиционные виды топлива исчерпаемы, тогда почему наше государство постоянно экспортирует ископаемые?
ДЕПУТАТ ГОСУДАРСТВЕЕНОЙ ДУМЫ:
Государство вынуждено продавать нефть, что обусловлено рядом проблем стоящих перед страной. Торговля полезными ископаемыми приносит стране прибыль, используемую государством в различных целях, в том числе и на приобретение в период экономического кризиса продовольственных и промышленных товаров. Страны, купившие нефть, либо консервируют, либо перерабатывают ее, получая большой ассортимент продукции, часть которой экспортируется в Россию. Ведь нефть используется не только как топливо, но и как ценное химическое сырье для органического синтеза.
УЧИТЕЛЬ:
Предлагаю обратиться к рисунку, на котором показана динамика использования различных видов топлива. Попросим эксперта дать нам объяснения.
(Слайд)
ГЛАВНЫЙ ЭКСПЕРТ:
На рисунке видно, что потреблении энергии никогда не оставалось постоянным. Используется много видов энергии, но лишь недавно перешли к нетрадиционному ее виду – к атомной энергии.
РЕПОРТЕР:
Скажите, будет ли экологически безопасным для населения земного шара переход к использованию атомной энергии?
ГЛАВНЫЙ ЭКСПЕРТ:
Я считаю, что нет. Атомная энергетика дает массу радиоактивных отходов. В связи с этим возникают проблемы переработки отходов, т. к. отходы подлежат захоронению в выработанных шахтах, бункерах, либо затоплению на дне морей и океанов.
РЕПОРТЕР:
Был затронут вопрос об использовании нетрадиционных источников энергии. Скажите, какие еще (кроме атомной энергии) существуют нетрадиционные источники энергии?
(Слайд)
ХИМИК-ТЕХНОЛОГ:
К нетрадиционным источникам энергии относится, например, солнечная энергия.
Количество энергии, поступающее на Землю, таково, что всего 0,5% этой энергии было бы достаточно, чтобы покрыть все энергетические потребности землян. Но что бы собрать эту энергию, требуется территория площадью не менее 130 тыс. км.2 Для изготовления солнечных коллекторов необходимо было бы потратить весь производимых алюминий. И все же солнечную энергию используют автономно, применяя ее для опреснения воды, отопления жилищ, а также в технологии для получения высоких температур.
Использование энергии гидроэнергетических ресурсов покрыло лишь только 3% потребностей.
(Слайд)
Теплотворная способность водорода в четыре раза выше, чем каменного угля. Ресурсами служат воды Мирового океана. Водород используется не только как экологически чистое топливо, но и как сырье для получения аммиака, метанола и других веществ.
УЧИТЕЛЬ:
Теперь уважаемые участники, перейдем к рассмотрению экологических аспектов энергетической проблемы. Слово предоставляется экологу.
(Слайд)
Загрязнения нефтью, экологические катастрофы.
ЭКОЛОГ:
Океан седой гремит тревожно.
Он таит обиду в глубине,
Черные, раскачивая пятна
На крутой разгневанной волне.
“Нефтяная чума – оборотная сторона благосостояния” (Тур Хейердал)
Тур Хейердал писал: “Посреди океана, открытого для Европы Колумбом, теперь нельзя руку сунуть в воду, чтобы не вымазать в грязи”. Под словом “грязь” он, конечно же, имел в виду нефть.
Нефть – загрязнитель природной среды. Углеводороды, входящие в ее состав, попадая в атмосферу, почву, воду становятся загрязнителями. Легковоспламеняющиеся углеводороды в атмосфере от случайного источника огня могут воспламеняться со взрывом (катастрофа на железной дороге в Башкирии, 1989 г.). При разливах нефти нефтяная пленка покрывает поверхность вод Мирового океана, что приводит к нарушению водо– и газообмена между океаном и атмосферой. В результате угнетаются процессы фотосинтеза, изменяется температурный режим воды.
СХЕМА превращение нефти в водоеме.
Воздействие нефти на экосистему:
- отравление живых организмов с летальным исходом;
- нарушение физиологической активности;
- возникновение болезней из-за большого содержания углеводородов внутри организма;
- обволакивание нефтепродуктами;
- изменение среды обитания.
При переработке нефти сейчас особенно актуален переход к малоотходным технологиям, что осуществляется благодаря внедрению комбинированных технологических установок, использованию сточных вод путем внедрения систем оборотного водоснабжения (на Московском нефтеперерабатывающем заводе 96% воды обращается повторно).
Ученые подсчитали, что ежегодно на морских трассах может возникнуть не менее 10 тысяч опасных ситуаций. При этом около одного миллиарда тонн нефти может вылиться в океан. 23 марта 1989 года на Аляске произошла крупнейшая экологическая катастрофа с танкером, на борту которого находилось около 50 тонн нефти. Танкер налетел на рифы, и на поверхность воды вылилась вся нефть.
Конечно, лучше если не будет ни одной аварии, но реальность другая. И поэтому нужно знать, как можно убирать нефть. На сегодняшний день существует несколько методов борьбы с нефтью.
Метод ограждения. Если нефтяное пятно окружить плавающими ограждениями, оно не будет увеличиваться в размерах. Такие заграждения называют контейнерами. Их можно даже передвигать в удобное для ликвидации место. Затем специальное судно откачивает нефть из контейнера насосами. Этот метод применяется только при спокойной погоде.
Химическое рассеивание. Существуют химические препараты для ликвидации пятен, которые стягивают нефть в плоские маленькие пятна, уплотняют нефть к кубики. Самые эффективные называются – диспергентами. Диспергенты – это вещества, которые разбивают нефтяной слой на мельчайшие капельки, затем они вылавливаются большими сочками и сжигаются на суше.
– оседание. Ученые обнаружили, что если нефтяное пятно посыпать слоем мела, то мел будет впитывать в себя нефть, и очень быстро тонуть, очищая, таким образом, поверхность воды от нефтяных пятен. Демонстрация эксперимента.
! Однако нефть остается на дне и продолжает отравлять флору и фауну.
РЕПОРТЕР:
Все, что вы сказали, относится к нефти, а теплоэлектростанции, работающие на каменном угле, выбрасывают продукты сгорания в атмосферу (CO, CO2 , SO2, зола и другие), что усиливает парниковый эффект. Как можно снизить или вовсе ликвидировать выбросы вредных веществ в атмосферу?
ЭКОЛОГ:
Я считаю необходимо:
- Увеличение в углеводородах содержания элемента водорода посредством гидрирования нефтяных фракций.
- Повышение эффективности сжигания угля путем его измельчения и подачи в зону горения струей воздуха – это обеспечивает полноту сгорания угля.
- Установление фильтров, улавливающих вредные газы и твердые частицы.
УЧИТЕЛЬ:
Сегодня мы рассмотрели основные виды топлива и убедились в возможности использования природных богатств. Для развития энергетики сегодня необходимо знания многих наук, но в большей степени – химии: для реализации комбинированных производств, переработки отходов с целью получения необходимых веществ, не проносящих вреда окружающей среде и населению земного шара.
Заключительное слово учителя.
“В любом труде, в любом творенье – необходимо вдохновенье”.