Урок по теме "Нефть: состав, свойства, переработка"

Разделы: Химия

Цель урока:

  1. Дать понятие о нефти как ценном природном источнике углеводородов, рассмотреть состав и свойства нефти.
  2. Научить учащихся писать уравнения крекинга нефтепродуктов, через образование свободных радикалов.
  3. Воспитывать уважение к достижениям отечественной науки и экологической культуре.

Оборудование: Образцы нефти, продукты нефтепереработки, плакат перегонка нефти.

Ход урока
  1. Организационный момент. Проверка готовности к уроку.
  2. Сообщение цели урока.
  3. Объяснение нового материала.

А) Нефть физические свойства и состав.

На данном этапе предлагаем учащимся ознакомиться с образцами нефти, обсуждаем различные теории возникновении нефти.

К 19 веку споры, в основном, сводились к вопросу, что послужило исходным материалом, сырьем для образования нефти: остатки растений или животных?
Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400 С и давление порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды: парафин и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены. Позднее, в 1919 году, академик Н.Д.Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил растительного происхождения – сапропель – из озера Балхаш. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а также метан. Так опытным путем была доказана теория органического происхождения нефти. Но с другой стороны, в 1866 году французский химик М. Бертло высказал предположение, что нефть образовалась в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, искусственно синтезировав углеводороды из неорганических веществ. Десять лет спустя, 15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества выступил с обстоятельным докладом Д.И.Менделеев. Он изложил свою гипотезу образования нефти. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она, в конце концов, встречается с карбидами железа, под воздействием окружающих температур и давления вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды, например этан. Полученные вещества по тем же разломам поднимаются в верхние слои земной коры и насыщают пористые породы. Так образуются газовые и нефтяные месторождения. В своих рассуждениях Менделеев ссылается на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода. Правда, идеи «чистого химика» Менделеева поначалу не имели успеха у геологов, которые считали, что опыты, проведенные в лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе.

Однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства – от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит, в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ неорганики. Но ведь именно на этом и построена теория Менделеева. Итак, на сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна – биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков растений или животных. Вторая теория – абиогенная. Подробно разработал ее Д.И. Менделеев, предположивший, что нефть в природе может синтезироваться из неорганических соединений. И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, отзвуки этих споров не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, что эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может кончиться.[1]

Б) Применение.

Рассматриваем важнейшие области применения нефтепродуктов:

  1. Топливо.
  2. Растворители.
  3. Смазочные материалы.
  4. Фармацевтическая промышленность.

В) Промышленная переработка нефти. Перегонка и крекинг нефтепродуктов.

Рассматриваем способ перегонки нефти в промышленности и его отличия от лабораторного способа получения. Записываем фракции образующиеся при перегонки нефти.

Г) Крекинг нефтепродуктов. Термический и каталитический крекинг.

Рассматриваем разложение нефтепродуктов под действием высокой температуры через образование свободных радикалов.

Крекинг – процесс разложение углеводородов на более летучие вещества.

CH3 –CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2• + CH3-CH2•

Мы уже знаем, что радикалы неустойчивые частицы, стремящиеся к стабилизации. Этот процесс может произойти по-разному:

Крекинг нефтепродуктов может проходить при действии только высокой температуры или при высокой температуре с использованием катализатора. Второй способ более выгоден, так как температура процесса ниже за счёт использования катализатора. Эти процессы называются соответственно термическиё и каталитический крекинг. Так же следует отметить, что при каталитическом крекинге наряду с процессами схлопывания радикалов протекают процессы изомеризации.

Изомеризация – процессы превращения углеводородов нормального строения в углеводороды разветвлённые.

Например:

Изомеризация улучшает качество бензина, так как наличие разветвлённых углеводородов увеличивает октановое число.

Д) Проблемы экологии.

В последнее время наиболее острой является проблема загрязнения окружающей среды пластиковыми отходами, на естественное природное разрушение которых требуется до 50 лет. За такое время может скопиться масса мусора. Химики сделали значительный шаг в решении этой проблемы. Пластики - это полимерные материалы, получаемые из продуктов нефти. Они состоят из длинных цепей, построенных из повторяющихся молекулярных группировок. Химики нашли способы изменять полимерные материалы так, чтобы их свойства больше соответствовали гигиене окружающей среды. Один из них – химическое присоединение светочувствительных молекулярных групп к полимерным цепям через правильные интервалы. Когда пластик, изготовленный из такого полимера, подвергается действию солнечного света, светочувствительные группы поглощают излучение, что приводит к расщеплению полимера в местах их присоединения. Остальное дело природы. Образующиеся небольшие фрагменты легко подвергаются биоразложению [2].

4) Закрепление материала.

Записываем уравнение крекинга гексана.

5) Домашнее задание.

§ 7.1 §7.2.

Задания №11, №13 страница 75.

Литература:

1) Интернет ресурс “Интересное о нефти” (http://www.oilreview.ru/).
2) В.В.Девяткин Ю.М.Ляхова “Химия для любознательных, или о чём не узнаешь на уроке”.
3) Э.Е.Нифантьев Л.А.Цветков ”Химия 10-11 класс”.