Урок "Природные источники углеводородов"

Цели урока:

1. Образовательная: Познакомить учащихся с природными источниками углеводородов, их составом, свойствами, применением. Изучить основные свойства бензина и меры безопасности при работе с ним.
2. Развивающая: Развитие логического мышления путём постановки проблемных вопросов и осуществления межпредметных связей.
3. Воспитательная: Воспитание бережного отношения к окружающей среде, рациональному использованию природных источников углеводородов.

Тип урока: Урок усвоения новых знаний в форме конференции с элементами интеграции и интерактивных методик.

Межпредметные связи: Физика, география, экология, устройство автомобиля.

Оснащение урока: Карта месторождений полезных ископаемых Российской Федерации, образцы нефти, нефтепродуктов, разрез двигателя, компьютер, проектор, экран.

Ход урока

1. Организационный момент. Сообщение темы и цели урока.

2. Изучение нового материала:

• Природный газ.
• Попутный нефтяной газ.
• Нефть и нефтепродукты.
• Свойства бензина (обсуждение во время конференции).

3. Закрепление нового материала (с использованием групповой работы).

4. Домашнее задание.

5. Подведение итогов урока.

План-конспект урока

Вводное слово преподавателя:

Углеводороды – вещества, состоящие из углерода и водорода, - являются основой органического синтеза, а органическую химию определяют как химию углеводородов и их производных. Углеводороды в больших количествах извлекают из веществ природного происхождения: нефти, каменного угля, природного газа. Наша страна занимает одно из ведущих мест в мире по запасам, добыче, экспорту и переработке углеводородного сырья. Природные источники углеводородов являются связующим звеном межгосударственных отношений в политической и экономической области.

Знакомство с источниками углеводородов мы начнём с природного газа.

Сообщение учащегося: Природный газ.

(Вопросы и таблица проецируются на экран)

1. Что такое природный газ?

2. Какие газы входят в его состав?

3. Как используется природный газ.

4. Важнейшие месторождения природного газа Российской Федераций. (учащийся показывает на карте )

5. Преимущества природного газа перед другими видами топлива.

Сообщение учащегося: Попутный нефтяной газ.

(Вопросы и таблица проецируются на экран)

1. Где встречается попутный нефтяной газ?
2. Каков его состав?
3. Какие фракции выделяют из попутного нефтяного газа?
4. Как используются эти фракций?
5. Как связаны знания по химии попутного нефтяного газа с профессией автомеханика?

Сообщение учащегося: Нефть и продукты её переработки.

(Вопросы и таблица проецируются на экран)

1. Важнейшие месторождения нефти в Российской Федерации. (учащийся показывает на карте)
2. Состав нефти и её физические свойства.
3. Что такое фракционная перегонка?
4. Какие физические свойства нефти лежат в основе перегонки?
5. Каковы продукты перегонки нефти и их применение (учащиеся рассматривают коллекции нефти и нефтепродуктов).
6. Что такое крекинг?
7. Чем отличается термический крекинг от каталитического?
8. Как утечки нефти при её добыче и транспортировке влияют на состояние окружающей среды? (примеры последних сообщении из средств массовой информации о катастрофах, связанных с разливами нефти).

Преподаватель устройства автомобиля: Основные свойства бензина.

В карбюраторных двигателях в качестве топлива применяется бензин. Для нормального сгорания в цилиндрах двигателя и получения от двигателя максимальной мощности необходимо, чтобы бензин обладал определёнными свойствами. К основным свойствам бензина относятся: (тезисы проецируются на экран)

• хорошая испаряемость
• плотность
• удельная теплота сгорания
• стабильность
• отсутствие водорастворимых кислот и щелочей
• отсутствие механических примесей и воды
• детонационная стойкость бензина

1. Испаряемость является одним из главных показателей, характеризующих качество бензина, так как при хорошей испаряемости облегчается пуск холодного двигателя за счёт того, что уменьшается конденсация паров бензина в цилиндрах, меньше разжижается картерное масло.

- Почему может разжижаться картерное масло?

Учащиеся:

Пары бензина в холодном двигателе из парообразного состояния переходят в жидкое, осаждаются на стенках гильз и стекают в масляный поддон.

Преподаватель устройства автомобиля: “А почему это плохо?”

Учащиеся: Ухудшается качество масла, повышается его уровень в картере.

Преподаватель устройства автомобиля: Сказывается ли это на сроке службы деталей?

Учащиеся: Качество смазки деталей ухудшается и происходит их повышенный износ.

Преподаватель устройства автомобиля:

2. Плотность - это масса одного кубического сантиметра бензина, выраженная в граммах. Плотность бензина колеблется в пределах 0,7-0,76 г/см³ при температуре +20⁰.

- Как вы думаете, бывают ли зимние и летние бензины? Если да, то чем они отличаются друг от друга?

Учащиеся: Зимние бензины должны быть более лёгкими, летние - более тяжелыми.

Преподаватель устройства автомобиля:

Зимние бензины имеют большее количество легкоиспаряющихся фракций, что улучшает пуск двигателя.

- Правильно ли делали заправщики на бензоколонках, когда принимали бензин в тоннах, а заправляли в литрах?

Учащиеся:

Неправильно, потому что зимние бензины более легкие, в одном и том же объёме весовое количество летних бензинов больше, а зимних – меньше.

Преподаватель устройства автомобиля:

3. Удельная теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг. бензина. Удельная теплота сгорания автомобильных бензинов колеблется в пределах 44100 – 46200 кДж/кг.

4. Отсутствие механических примесей и воды. Если в топливе присутствуют вода и механические примеси, то это может вызвать нежелательные последствия. Какие?

Учащиеся:

Присутствие воды в бензине затрудняет пуск двигателя, зимой вода может замерзнуть в бензопроводе, и двигатель будет глохнуть. Механические примеси могут вызывать засорение фильтров, топливопроводов, жиклёров карбюратора и нарушить нормальную работу двигателя.

Преподаватель химии: Вспомните, пожалуйста, что такое коррозия?

Учащиеся: Это разрушение поверхности металла под действием внешней агрессивной среды.

Преподаватель химии: Какие химически агрессивные среды вы знаете?

Учащиеся: Кислоты, щёлочи, вода, газы, имеющие высокую температуру.

Преподаватель химии: Если в топливе будут находиться водорастворимые кислоты, щёлочи, вода, активные сернистые соединения, то детали будут корродировать.

Преподаватель устройства автомобиля: Какие детали в двигателе подвергаются воздействию газов, имеющих высокую температуру?

Учащиеся: Гильзы, поршни, компрессионные кольца.

Преподаватель устройства автомобиля: Для чего в гильзе имеется жаропрочная вставка?

Учащиеся: Она предохраняет гильзы от обгорания.

Преподаватель устройства автомобиля:

5. Детонационная стойкость бензина - одно из главных свойств бензина. Вспомните, почему открытие клапанов происходит с опережением, а закрытие с запаздыванием?

Учащиеся:

Потому что на каждый такт двигателя отводится очень мало времени.

Преподаватель устройства автомобиля:

Правильно, значит процесс сгорания происходит в течение очень малого промежутка времени при n = 2000об/мин, t =0,003 - 0,004 сек. Продолжительность сгорания горючей смеси зависит от скорости распространения фронта пламени, нормальная скорость равна 20-40 м/сек. Однако, процесс сгорания в двигателе может принимать детонационный (взрывной) характер, при котором скорость распространения фронта пламени достигает 2000- 2500 м/сек. Детонационное сгорание сопровождается звонкими металлическими стуками, периодическим выхлопом чёрного дыма из выпускной трубы, перегревом двигателя. Как, по-вашему, отразится ли детонационное сгорание смеси на состояние деталей двигателя и его мощности? Экономично ли он будет работать?

Учащиеся:

Поскольку двигатель перегревается, значит, смазка разжижается, ухудшается смазка деталей, они увеличиваются в размерах, повышается трение. В результате, часть мощности двигателя будет затрачиваться на преодоление сил трения, заряд смеси используется не по назначению.

Вывод: (проецируется на экран)

При детонационном сгорании происходит повышенный износ деталей, а иногда и их разрушение – разрушение вкладышей, выгорание днищ поршней, обгорание клапанов. Двигатель работает не экономично и не развевает необходимой мощности.

Преподаватель устройства автомобиля:

Причина детонационного сгорания заключается в образовании и затем распаде в конце процесса сгорания топлива нестойких кислородсодержащих веществ, называемых пероксидами. Способность топлива противостоять детонационному сгоранию называется детонационной стойкостью. Детонационная стойкость топлива оценивается октановым числом, которое может определяться моторным или исследовательским методом.

Моторный метод: заключается в подборе такой смеси эталонных топлив, которая дает в одноцилиндровом двигателе при стандартных условиях работы такую же интенсивность детонации, как и испытуемое топливо.

Исследовательский метод испытания топлива отличается от моторного менее напряженным режимом работы одноцилиндрового двигателя, соответствующим работе двигателя при движении автомобиля в городских условиях.

Преподаватель химии:

В качестве эталонного топлива принята смесь углеводородов, состоящая из нормального гептана, обладающего наибольшей склонностью к детонации и изооктана (2,2,4 - триметилпентана), обладающего наименьшей склонностью к детонации. Детонационная стойкость н-гептана принята равной нолю, а изооктана равной 100. Процентное содержание изооктана в эталонной смеси и есть характеристика детонационной стойкости.

Итак, октановым числом называется процентное содержание (по объему) изооктана в такой смеси с нормальным гептаном, которая по детонационной стойкости равна испытуемому топливу.

Например: если в эталонной смеси содержится 76% изооктана и 24% н-гептана, то октановое число испытуемого бензина равно 76 пунктам. Это будет бензин А-76.

Поясните, что означает бензин А-80?

Учащиеся: Это бензин, в котором содержится 80% изооктана и 20% н-гептана.

Преподаватель устройства автомобиля:

В автомобильном двигателе применяются бензины следующих марок: А-80, А-92, А-95, “Экстра”, АИ-98.

А – автомобильный бензин; 80, 92, 95, 98 – октановое число; И – получен исследовательским методом.

Чем выше октановое число бензина, тем он менее склонен к детонации, лучше воспламеняется. Высокооктановые бензины применяют для двигателей с более высокой степенью сжатия. Почему так?

Учащиеся: Двигатели с высокой степенью сжатия – высокооборотистые, времени на сгорание отводится меньше, поэтому и нужны бензины более легковоспламеняющиеся.

Преподаватель устройства автомобиля: А зачем нужно повышать степень сжатия?

Учащиеся: Чем больше степень сжатия, тем больше мощность двигателя.

Преподаватель устройства автомобиля:

Если топливо склонно к детонации, то его октановое число можно повысить, добавив незначительное количество (0,004 + 0,08%) веществ, называемых антидетонаторами. Антидетонаторы не изменяют физико-механических свойств топлива.

Преподаватель химии:

Когда химики разобрались в причинах детонации, стало ясно, что есть два метода борьбы с ней.

Можно изменить углеводородный состав бензина, но это сложно и дорого.

- Подумайте, а может, есть какие-то добавки, которые разрушают перекиси и повышают детонационную стойкость?

Учащиеся говорят о веществах, повышающих детонационную стойкость.

Преподаватель устройства автомобиля:

Следует отметить, что октановое число бензина не является стабильным. При хранении топлива на нефтескладах, при его транспортировке может испаряться до 4% наиболее легких высокооктановых фракций, в результате чего октановое число бензина ощутимо понизится.

6. Стабильность – это способность топлива сохранять свои первоначальные химические и физические свойства при хранении, транспортировке и употреблении. При хранении топлива на нефтебазах, при его транспортировке может испаряться до 4% наиболее легких фракций, в результате химический состав бензина ухудшится. Если топливо химически не стабильно и в нем имеются смолистые вещества, которые, отлагаясь на клапанах, в камере сгорания, на днищах поршней, на поршневых кольцах, обугливаются и превращаются в нагар. К чему это приведет?

Учащиеся:

Когда на клапанах и клапанных гнездах появляется нагар, это приводит к нарушению компрессии, двигатель теряет мощность. Образование нагара на днище поршня, в камере сгорания уменьшает теплопроводность, двигатель перегревается, теряет мощность, повышается расход топлива, масло разжижается, повышается износ деталей, может прогореть днище поршня. Компрессионные кольца закоксовываются, нарушается компрессия.

Вывод:

Образование смолистых отложений способствует потере мощности двигателя, перерасходу топлива, повышенному износу деталей.

Сообщение учащегося: “Правила обращения с бензином”

(учащийся в коротком докладе рассказывает о основных моментах, которые необходимо учитывать при работе с бензином; напоминает о его различных свойствах, влияющих на организм человека и перечисляет запрещенные приемы обращения с бензином).

Закрепление нового материала

Учащиеся делятся на 4 группы. Для каждой группы ставится задача: придумать по 10 вопросов по пройденному материалу. Преподаватели контролируют процесс подготовки вопросов. Затем, придуманные вопросы группы начинают задавать друг другу по часовой стрелке. Вопросы не должны повторяться. Таким образом, происходит обобщение материала в процессе групповой работы самими учащимися и их активное включение в урок.

После окончания вопросов преподаватель химии и преподаватель устройства автомобиля совместно проводят “блиц-опрос” учащихся, задавая короткие вопросы на уточнение понимания пройденных блоков урока.

Домашнее задание

1. Составить схему областей применения важнейших нефтепродуктов;
2. Составить кроссворд с использованием основных терминов, связанных с тематикой урока;
3. Решить задачу:

“Автомашина, проехав 850 км., израсходовала 200 кг. бензина. Рассчитайте объем воздуха, необходимого для сгорания бензина, если массовая доля углерода 85%, а водорода 15 %”.

Подведение итогов урока