Эпиграф: “...Топить можно и ассигнациями” (Д.И. Менделеев)
Оборудование: карта полезных ископаемых, коллекции “Топливо”, “Нефть и продукты её переработки”, мультимедийная установка, таблицы “Продукты перегонки нефти”, “Вторичная переработка нефти...”, “ Вредное воздействие на окружающую среду...”
Цели урока:
- Повторить размещение месторождений углеводородов на территории России и мира.
- Обобщить знания о природных источниках углеводородов: их составе, физических свойствах, способах добычи, переработке.
- Рассмотреть перспективы изменения структуры ТЭК(альтернативные источники энергии).
Тема “Природные источники углеводородов” сейчас актуальна, как никогда. Разработка месторождений углеводородного сырья ставит перед обществом множество проблем. Это в первую очередь социальные проблемы, связанные с освоением труднодоступных районов, где отсутствует социальная структура. Суровые условия требуют разработки новых технологий добычи и транспортировки сырья. Экспорт сырых нефтепродуктов, отсутствие развитой промышленной базы для их переработки, недостаток нефтепродуктов на внутрироссийском рынке– это проблемы экономические и политические. Экологические проблемы, связанные с добычей, транспортировкой, переработкой углеводородов. Человеческое общество вынуждено искать способы решения всех этих проблем. Важно научиться принимать решения, делать выбор, отвечать за результаты своей деятельности.
Слайд “Природные источники углеводородов” (Приложение 1)
Учащийся 1.
Уникальные месторождения нефти Большой Бурган (Кувейт), Гавар (Саудовская Аравия), Румейла (Ирак). В России самые крупные нефтяные месторождения сосредоточены в Западной Сибири, в Казахстане – в Каспийском море (работа с картой) .
Самое крупное нефтяное месторождение
Крупнейшее месторождение нефти в мире– Хавар в Саудовской Аравии, разрабатываемое компанией “Арамко”, площадью 240 35км. Его запасы оцениваются в 82 млрд. баррелей (работа с диаграммой “Разведанные мировые запасы нефти”(Приложение 1).
В борьбе с засильем иноземных монополий страны – экспортеры нефти в 1960г. объединились в союз – ОПЕК (Organization of Petroleum Exporting Countries). В него вошли Алжир, Венесуэла, Габон, Индонезия, Ирак, Иран, Катар, Кувейт, Ливия, Нигерия, ОАЭ, Саудовская Аравия, Эквадор (работа с картой)
Учащийся 2.
Нефть часто называют чёрным золотом. Само слово “нефть” происходит от арабского “нафта” – вытекать. В глубокой древности славяне называли её ропанкой, греки – петролеумом. Но значение этих слов одно-горное, земляное масло.
Нефть-это маслянистая тёмно-коричневая жидкость с красноватым или зеленоватым оттенком, иногда чёрная, красная или светлая, с характерным резким запахом. (Показать нефть в коллекции). Бывает нефть бесцветная, как вода (например, нефть, добываемая на Суруханском месторождении в Баку, в некоторых местностях Алжира). Редко встречается нефть очень плотная полутвёрдая (в ней много парафина).
Учащийся 3.
Различают лёгкие и тяжёлые нефти. Лёгкие извлекают насосами, фонтанным способом, из них делают в основном бензин и керосин. Тяжёлые иногда добывают даже шахтным способом (Яремское месторождение в Республике Коми) и перерабатывают в битум, мазут, масла.
В отличие от других полезных ископаемых нефть, как и газ, не образует отдельных пластов, она заполняет пустоты в породах: поры между песчинками, трещины.
По составу нефть представляет собой смесь углеводородов (парафины, нафтены, ароматические углеводороды). В нефти содержится 80-87% углерода, 10-14% водорода, до 5% серы, до 3% кислорода, до 2% азота (работа с диаграммой “Состав нефти”) (Приложение 1)
Учащийся 4.
Нефть горюча. Она сохраняет это свойство, даже находясь на поверхности воды, где способна воспламениться от горючего факела, пока не растечется в тонкую радужную пленку. Нефть – уникальное топливо, её теплота сгорания – 37-49 МДж/кг. Так, 10 т нефти дают столько же тепла, сколько 13 т антрацита, 31 т дров. Она является основой энергетики, химической промышленности. Известна и лечебная нефть, богатая нафтеновыми и ароматическими углеводородами.
С нефтью человек познакомился давно. Сведения о ней пришли к нам с Ближнего Востока. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что ещё 6-8 тыс. лет назад в долине реки Евфрат люди добывали нефть и продукты ее окисления (асфальты). Древние шумеры применяли битум вместо связующего раствора в кладке, для бальзамирования мумий использовали асфальт. В Вавилоне горящей нефтью освещали улицы.
Людям давно были известны “смолящие ямы” – асфальтовые озера, которые подарили нам сотни хорошо сохранившихся скелетов гигантский ленивцев, саблезубых тигров и других позвоночных животных.
Учащийся 5.
В раннее Средневековье нефть уже добывали из колодцев. Первая нефтяная скважина в мире была пробурена в 1848г. В Баку. Именно с этой скважины, как принято считать, и начинается промышленная добыча нефти.
В 1745 г. На реке Ухте на севере России архангельский промышленник Федор Прядухов построил первый в мире нефтеперегонный завод. В день из 27 т нефти он получал до 16 т керосина. После изобретения инженером В.Г. Шуховым метода перегонки нефти она стала универсальным топливом. Много нефти шло на производство керосина для ламп. Позднее нефтепродукты понадобились для двигателей внутреннего сгорания и дизелей.
? Как называется первая стадия переработки нефти? (ректификация)
? Что называют ректификацией ? (разделение нефти на фракции)
? Что такое фракции? (углеводороды, имеющие определенный интервал температур кипения)
(работа с таблицей 1 “Продукты перегонки нефти” (Приложение 2))
Учащиеся рассматривают коллекцию “Нефть и продукты её переработки”.
? В бензин с низким октановым числом добавляют тетраэтилсвинец для предотвращения его преждевременного окисления. Обратимся к таблице № 3 “ Топливо и окружающая среда”(Приложение 2). Как влияют на здоровье человека выхлопные газы от этилированного бензина?
? Как называются стадии вторичной переработки нефтепродуктов ? (крекинг и риформинг)
? С какой целью их проводят ? (увеличить выход бензина и улучшить его качество) .
(работа с таблицей “Вторичная переработка нефти”) (Приложение 2).
? В чём различие термического и каталитического крекинга ?
(Работа у доски : уравнение реакции крекинга октадекана).
По последним данным книги Рекордов Гиннесса самый длинный нефтепровод протягивается через весь Северо– американский континент от Эдмонтона (провинция Альберта, Канада) до Чикаго и далее до Монреаля и имеет длину 3 787,2 км.
Самая высокая нефтяная платформа (Приложение 1)
В мае 1997г.в Мексиканском заливе была установлена на опорах с растяжками платформа “Рам– Пауэлл”. Она протягивается от морского дна до поверхности 980м. и является рекордсменом по глубине установки эксплуатационной морской платформы.
Учащийся 6.
Эффективность переработки нефти характеризуют следующими данными. Из 1 т. нефти в России получают 470 кг. светлых нефтепродуктов, а в Японии — 980кг. В нашей стране для нужд органического синтеза используется около 5% добываемой нефти, а в промышленно развитых странах Западной Европы — 20%.
? Природа реагирует на деятельность человека , возникают экологические проблемы: загрязнение почвы, воды, воздуха, разрушение биогеоценозов, в том числе таких хрупких, как тундра.
Самое большое нефтяное пятно
3 июня 1979 г. после выброса из-под буровой установки “Исток-1” в Мексиканском заливе на поверхности воды образовалось нефтяное пятно. Плёнка нефти распространилась на 640км. К 24 марта 1980г., когда скважина была перекрыта, потери нефти составляли 500 000 т.
Сильнейшее загрязнение суши
С февраля по октябрь 1994 г. из-за разрыва трубопровода тысячи тонн сырой нефти вылились на нетронутые пространства арктической тундры в республике Коми. По оценкам, количество вылившейся нефти колеблется между 60 000 и 280 000 т. В результате катастрофы нефтяная плёнка покрыла участок длиной 18км.
Работа с таблицей 4 “Вредное воздействие процессов переработки нефти на окружающую среду”(Приложение 2):
? Назовите не перечисленные негативные воздействия процессов добычи и переработки нефти на окружающую среду (загрязнение дымовыми газами, горящие факела, большой расход воды, загрязнение сточных вод).
? Укажите пути их устранения, природоохранные мероприятия. (улавливание факельных газов и их возврат для разделения, предварительная очистка нефти от сернистых соединений и солей, использование оборотной воды, замена водяного охлаждения на воздушное и т.д.)
? Предложите способ очистки воды от нефти с помощью дрожжевых микроорганизмов, графита и вертолёта.
Учащийся 7.
Различают природный газ (образует самостоятельные скопления в виде газовых месторождений) и попутный нефтяной газ (находится в нефти в растворенном состоянии: на 1 т нефти приходится до 100-150м3 газа).
Мировые запасы газа сосредоточены в России, Иране, США, Алжире, Канаде, Мексике, Норвегии. Самое крупное газовое месторождение-Уренгойское месторождение природного газа в России имеет запасы 8 трлн. куб. м. (работа с картой) .
? Какая страна занимает 1 место по разведанным мировым запасам газа? (работа с диаграммой “Разведанные мировые запасы газа”, работа с картой) (Приложение 1).
Попутный нефтяной газ содержит в основном алканы, в молекулах которых от 1 до 6 атомов углерода. По составу попутный нефтяной газ значительно беднее нефти. Используется широко в качестве топлива и в качестве сырья для химической промышленности. До недавних пор его сжигали как бесполезное приложение к нефти. В настоящее время в Сургуте вырабатывают самую дешевую в мире электроэнергию, используя как топливо попутный нефтяной газ.
? Запишите реакцию горения пентана, который вместе с гексаном образует одну из фракций попутного нефтяного газа, которая называется газовый бензин (работа у доски).
Учащийся 8.
Природный газ состоит из углеводородов с примесью азота, углекислого газа, сероводорода, аргона и гелия. Основным компонентом природного газа является метан, доля которого в зависимости от месторождения составляет от 75 до 99% по объёму. Кроме метана в состав природного газа входят этан 3 – 8%, пропан 0,7 – 2%, бутан 0,2 — 0,7% и изобутан (работа с диаграммой “Состав природного газа”)(Приложение 1).
Это наиболее экономичный вид топлива, поэтому его широко применяют и в промышленности, и в быту. Его просто транспортировать – по трубопроводам. Это разгружает транспорт и удешевляет газ. Самым длинным газопроводом по данным Книги рекордов Гиннесса является Трансканадский трубопровод, длина которого — 13 955км. Кроме того, газ – ценное сырьё для производства синтетических волокон, каучука, пластмасс, спиртов, азотных удобрений, аммиака, ацетилена, взрывчатых веществ, медикаментов и т.д.
? Какое вещество является основной составной частью природного газа? (метан)
? Назовите его физические свойства? (газ, без цвета, без вкуса, без запаха, легче воздуха, малорастворим в воде, горюч)
? Укажите области применения природного газа? (используется не только как топливо при выплавке стали, в доменных печах, но и в органическом синтезе)
? Рассмотрим области применения метана в химическом синтезе.
Учащийся 9.
Схема “Применение метана” (Приложение 1)
(Работа у доски : производство веществ из метана)
метан---водород (аммиак, оксид азота (II), оксид
азота (IV), азотная кислота, минеральные удобрения)
;
метан----сажа(производство резины и типографской
краски), углерод (кокс в производстве чугуна и
стали);
метан----ацетилен (бензол и его гомологи,
винилацетилен (хлоропреновый каучук), уксусный
альдегид (пластмассы. ацетатное волокно),
уксусная кислота, этанол);
метан----этилен (полиэтилен-пластмассы);
метан----метанол;
метан---формальдегид(ФФС-пластмасса,
протравливание семян (пестициды), в кожевенной
промышленности-обработка кож, производство
уротропина (лекарство,сухое горючее),
дезинфекция, мумифицирование).
Учащийся 10.
Ископаемые угли – это твердые продукты изменения древних растительных остатков, используемые в промышленности в виде топлива, а также в качестве химического сырья. Их различают по зольности. Если зольность ниже 50 % – это угли, если выше – горючие сланцы.
В составе углей содержится 60-98 % углерода, 1-12 % водорода, 2-20 % кислорода, 1-3 % азота, сера, фосфор, кремний, алюминий, железо, влага (работа с диаграммой “Состав углей”)(Приложение 1).
По составу исходного материала угли подразделяют на гумусовые (образовались из высших растений) и сапропелевые (образовались из водорослей). Торф или сапропель постепенно под давлением и при отсутствии кислорода превращаются в бурый уголь, который переходит в каменный уголь, а затем в антрацит. В специфических геологических условиях (сильное давление, высокая температура) уголь может превращаться в графит и шунгит – породу, содержащую скрытокристаллический углерод.
Учащийся11.
(Работа с диаграммой “Угли”)
Бурые угли – рыхлые образования бурого или черно-бурого цвета. В их составе 64-78 % углерода, до 6 % водорода. Они имеют низкую теплопроводную способность. Это низкокачественные угли. Самые большие запасы бурого угля сосредоточены в Ленском и Канско-Ачинском бассейнах России (работа с географической картой)
Каменные угли очень плотные. В их составе 90% углерода, до 5 % водорода (работа с диаграммой “Угли” (Приложение 1)). Они обладают большой теплотворной способностью. Из них путём переработки можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых по сравнению со стоимостью самого угля увеличивается в 20-25 раз. Переработку каменного угля осуществляют на коксохимических заводах. Очень перспективное направление переработки – получение жидкого топлива из угля.
Крупнейшие каменноугольные бассейны – Тунгусский, Ленский, Таймырский в России; Аппалачский в США, Русский в ФРГ, Карагандинский бассейн в Казахстане (работа с географической картой).
Антрациты – содержат больше всего углерода – до 97 % (работа с диаграммой “Угли”), поэтому используется как высококачественное бездымное топливо, а так же в металлургии, химической и электротехнической промышленности.
? Рассмотрите угли в коллекции и обратите внимание на то, что чем больше содержание углерода в веществе, тем интенсивнее его окраска, тем выше качество угля.
Учащиеся рассматривают бурый, каменный угли, антрацит в коллекции “Топливо”
? Как добывают угли?
Добывают уголь двумя способами: открытым и подземным. Открытый способ более прогрессивный и экономический, поскольку позволяет применять технику. Таким способом добывают главным образом энергетические угли. Подземный способ более дорогостоящий, но и более перспективный, поскольку наиболее высококачественные угли находятся на большой глубине. Сегодня так добывают угли для металлургии.
? Какая страна занимает 1 место по разведанным запасам угля? (США)
Учащийся 12 (дополнительно).
Работа у доски : решение задачи (Вычислите массу сгоревшего угля, если при этом выделилось 33250 кДж теплоты. Тепловой эффект реакции горения угля равен 402 кДж.) (Ответ:
? Каковы перспективы изменения структуры ТЭК?
? Какие виды сырья можете предложить для производства энергии? Как они называются? (Альтернативные источники энергии)
Учащийся 4. (Работа со слайдом “Альтернативные источники энергии”(Приложение 1), с картой).
- Энергия ветра (умеренный пояс:Великобритания, Германия, Франция,Италия. Дания)
Самый большой ветряной двигатель (Приложение 1) имеет ветряк винокуренного завода Святого Патрика в Дублине (Ирландия). Его высота 45,7м.
- Солнечная энергия (аридный пояс: Япония, Израиль, Австралия, США (Калифорния. Флорида).
Крупнейшей солнечной электростанцией (Приложение 1) является Харпер-Лейк-Сайт на озере Харпер в пустыне Мохаве, штат Калифорния, США, занимающая площадь 519 га.
– Энергия волн (Монако)
– Прибойные электростанции (Норвегия)
– Энергия отливов и приливов (Франция — станция “Ранс”, Россия – станция “Кислогубская”, США. Канада, Китай, Австралия, Великобритания)
– Биогаз (Московская область) – новый источник углеводородного сырья для химической промышленности.
? Д.И. Менделеев, которому в этом году исполнилось 175 лет со дня рождения, писал по данной проблеме: “Нет отходов, есть неиспользованное сырьё”.
Учащийся 10.
Перспективный путь снижения антропогенного воздействия на природную среду в районах расположения животноводческих ферм, птицефабрик,городских свалок, целлюлозно-бумажных предприятий– биологическая переработка органических отходов. Общее количество таких отходов в мире превышает суммарную мировую добычу угля,нефти ,газа. Подобные предприятия, вырабатывающие биогаз, уже работают в ряде стран Западной Европы. Известно,что в Москве накапливается около 1,5 млн. тонн отходов в год, и при умелом их использовании они станут источниками дешевой энергии. В Подмосковье на животноводческой ферме работает полупромышленная установка по утилизации органических отходов. В результате несложного технологического процесса (работа со слайдом “Использование мусора для получения энергии”(Приложение 1)) получается горючий газ, близкий по составу к природному, который можно сжигать и использовать для отопления фермы и в обыкновенных газовых плитах, а также в двигателях внутреннего сгорания или для производства искусственного бензина.
? Таким образом, нефть, газ, угли – не только ценнейшие источники углеводородов, но и часть уникальной кладовой невосполнимых природных ресурсов, бережное и разумное использование которых -необходимое условие прогрессивного развития человеческого общества. По этому поводу возвращаемся ещё раз к эпиграфу нашего занятия-словам великого русского учёного-химика Д.И. Менделеева, который сказал, что “Нефть – не топливо, топить можно и ассигнациями”. Это высказывание можно отнести ко всем природным углеводородам.
Вывод по уроку
- Назовите природные источники углеводородов. (нефть, газ, угли)
- К каким источникам энергии их относят? (невозобновляемые)
- Каковы перспективные направления применения данных источников углеводородов? (сырьё для переработки)
Тестирование (7-10 минут) (Приложение 3 или Приложение 4)
Итог урока: релаксация, оценки.