Цели и задачи:
Показать значение природных горючих нефтяных газов как источников энергии и сырья для химической отрасли промышленности. Ознакомить с составом и свойствами нефти, способами её переработки, показать направления использования нефти в качестве топлива и химического сырья. Ознакомить с химической переработкой каменного угля и применением продуктов коксования. Продолжить формирование знаний школьников о комплексном использовании сырья, о современной технологии, об охране окружающей среды. Развить умения и навыки исследования и прогнозирования новых химических синтезов и их технологических особенностей. Формировать черты социально направленной личности школьника.
Оборудование и реактивы:
Компьютер, мультимедиапректор, кодоскоп; мультимедийные программы: “Электронные уроки и тесты: Минеральные вещества”, “Образовательная коллекция 1С: Органическая химия, 10-11 классы”, “Образовательная коллекция 1С: Химия – базовый курс, 8-9 класс”, “Электронная библиотека “Просвещение”: Химия, 9 класс”; плакаты: “Схема трубчатой установки для непрерывной перегонки нефти”, “Установка каталитического крекинга в кипящем слое”, “Батарея коксовых печей”; коллекции: “Нефть”, “Каучук”, “Пластмассы”; портреты учёных и видных деятелей: Д.И.Менделеев, Н.И.Зелинский, И.М.Губкин, В.Г.Шухов и др.; опорные конспекты; географическая карта с обозначениями месторождений нефти, угля и газа; штатив, пробирки, колбы с образцами нефти, раствор перманганата калия, бензин.
Девиз урока: “Нефть не топливо, топить можно и ассигнациями” (Д.И. Менделеев).
Ход урока
1. Организационный момент
Учитель сообщает тему и цель урока, знакомит с планом работы.
2. Проверка домашнего задания
Проверка решения задачи № 4.
3. Повторение
Классификация углеводородов.
4. Изучение нового материала
В ходе решения домашней задачи мы установили формулу углеводорода по данным анализа. А какие мы знаем природные источники углеводородов?
- Природные горючие и попутные нефтяные газы.
На долю России приходится одна треть мировых запасов газа, что составляет 50 трлн. м3.
Основные месторождения природных горючих газов расположены в Северной и Западной Сибири, Волго-Уральском бассейне, на Северном Кавказе, в Республике Коми, Татарстане (атлас).
Огромны запасы газа у нас в Ямало-Ненецком автономном округе. Сейчас мы уже не представляем себе свои края без голубого топлива. Но так было не всегда. Для того чтобы добиться успеха, газодобытчикам пришлось идти “впереди планеты всей”.
Хотя у пастухов был верный глаз,
Не знали то, что нынче знают дети, –
Что в недрах глубоко таится газ,
Туманом всходит к небу на рассвете.
Мои сородичи и в сказках не могли
Додуматься, что газ пойдёт по трубам,
Что место на краю родной земли
Вдруг станет для потомков любым.
(Л.Лапцуй “Надым”)
На сегодняшний день запасы Ямала оцениваются в 16,6 трлн. м3. Разрабатываются Крузенштернское, Бованенковское, Харасовейское газоконденсатные месторождения. Открыт газопровод “Голубой поток” в Турцию, в перспективе открытие в Скандинавские страны и страны Восточной Азии.
Природные горючие газы – смеси газообразных углеводородов различного строения, заполняющие поры и пустоты горных пород, рассеянные в почвах, растворённые в нефти и пластовых водах.
Нефтяные попутные газы – смеси углеводородов, сопутствующие нефти и выделяющиеся при её добыче на газонефтяных месторождениях. Эти газы находятся в нефти в растворённом виде и выделяются из неё вследствие снижения давления при подъёме нефти на поверхность Земли.
Состав природных и попутных газов разных месторождений различен.
Состав природных и попутных газов (Приложение 1)
Природный горючий газ добывают из газовых месторождений. Основной его компонент – метан (от 93 до 98%). В нём также содержатся алкановые углеводороды состава С2-С5, азот, оксид углерода (IV) и часто сероводород. Состав природного горючего газа непостоянен и зависит от его месторождения. Средний состав (по объёму) природного газа важнейших месторождений можно представить следующим образом: СН4 (93–98); С2Н6 (0,5–4); С3Н8 (0,2–2); С4Н10 и выше (0,2–1); N2 (1,2–2,0); СО2 (0,1–0,3).
В настоящее время до 90% горючего газа используется в качестве:
- топлива на ТЭС, промышленных предприятиях и в быту;
- природный газ может непосредственно применяться как топливо для автомобильного транспорта. По сравнению с обычным бензином он характеризуется высоким октановым числом (100–105), что позволяет улучшить работу двигателей внутреннего сгорания. Другое важное преимущество природного газа – его экологическая чистота.
С каждым годом всё больше расширяется химическая переработка природного газа, и из ценного энергетического средства газ становится не менее важным химическим сырьём. Поэтому метан является незаменимым продуктом для химической промышленности. Он служит для получения ацетилена, метилового спирта, сажи (сажа – не только сырьё для автомобильных шин, она является основой для типографской краски, копировальной бумаги, лент пишущих машин и т.д.), хлорированных углеводородов и различных растворителей.
- СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + Q
- СН4 = С (сажа) + 2Н2
- 2СН4 = С2Н2 + 3Н2
- СН4 + 1/2О2 = СН3ОН
Попутные нефтяные газы выделяются с нефтью при её добыче из нефтяных скважин. С каждой тонной добываемой нефти получают в среднем около 50 м3 газов. Попутные газы содержат метан, этан, пропан и другие алканы, а также негорючие газы – азот, аргон и оксид углерода (IV). Средний состав попутных газов нефтяных месторождений (по объёму) выглядит так: СН4 (32,0–58); С2Н6 (7–20); С3Н8 (12–18); С4Н10 (7,5–11,5); С5Н12 и выше, N2 и другие инертные газы (2–27,5); СО2 (0,1–0,5).
Вывод: попутные газы более разнообразны по углеводородным компонентам, чем природные, поэтому их выгоднее использовать как химическое сырьё.
- Нефть
Нефть и продукты её переработки необходимы не только сегодня, но и в будущем. Нефть и газ сегодня – основной источник энергии. Почему? Потому, что жидкое топливо наиболее удобно: высококалорийно, легко транспортируется, содержит мало примесей.
Основные месторождения нефти: Западная Сибирь – добывается 50% всей нефти, Печорский бассейн, Республика Коми, Башкортостан, Татарстан.
Буровые кругом, и Ямальская нефть
Чёрным золотом греет страну,
Тут наш дом, мы работаем здесь
И в морозы, и в злую пургу.
(Елена Коваленко “Тарко-Сале”)
Нефть – сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы. Соотношения парафинов, циклопарафинов и аренов в нефтях разных месторождений различные. Кроме углеводородов в нефти имеются органические соединения, содержащие кислород, серу, азот и другие элементы, а также смолы. Всего нефть содержит около 100 различных соединений.
Раньше нефть использовалась только как топливо. Однако Д.И.Менделеев ещё более 100 лет назад указывал на нецелесообразность использования нефти исключительно как топлива. “Топить можно и ассигнациями”, – писал он. Гораздо важнее развивать нефтехимическую промышленность.
Среди процессов переработки нефти следует отметить первичные (ректификация) и вторичные (крекинг, риформинг).
Первичная и вторичная переработка нефти (Приложение 1).
Вывод: в результате переработки нефти получают много веществ, являющихся исходным сырьём для многих тысяч промежуточных и конечных продуктов.
- Каменный уголь.
Каменный уголь – сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят следующие элементы: C, H, N, O, S.
В природе каменный уголь находится в следующих регионах: Подмосковный бассейн, Кузбасс, Сибирь, Канско-Ачинский бассейн.
Коксование каменного угля (Приложение 1).
Вывод: необходимо решать проблемы газификации угля и получения жидкого топлива из угля путём гидрогенизации.
5. Экологические проблемы, связанные с нефтеперерабатывающим и коксохимическим производствами
Рассматривая данные вопросы, нельзя не затронуть экологические аспекты энергетической проблемы.
Север наш до всех своих окраин
Буровыми вышками набит,
Нынче ненец в Тундре не хозяин, –
Как ему без мяса в чуме жить?
Где ему пасти оленье стадо? –
В речке радугой мазут блестит,
С каждым годом больше нефти надо,
А душа за Север ли болит?
(Юрий Леонтьев “Нынче ненец в тундре не хозяин”)
Нефть – загрязнитель природной среды. Углеводороды, входящие в её состав, попадая в атмосферу, почву, воду, становятся загрязнителями. Легкокипящие углеводороды в атмосфере от случайного источника огня могут воспламеняться со взрывом (катастрофа на железной дороге в Башкирии, 1989г.). При разливах нефти нефтяная плёнка 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.
При переработке нефти сейчас особенно актуален переход к малоотходным технологиям, что осуществляется благодаря внедрению комбинированных технологических установок, использованию сточных вод путём внедрения систем оборотного водоснабжения.
Охрана окружающей среды (Приложение 1).
Сформулируем выводы об аспектах охраны окружающей среды:
- Необходимо удалять серу и азот из нефтепродуктов, чтобы при сжигании топлива атмосфера не отравлялась вредными оксидами.
- Надо охранять среду от загрязнений отходами производства, от утечки нефти и нефтепродуктов.
- Коксохимические производства и производства по переработке продуктов коксования обязательно должны быть оборудованы пылеулавливателями, предотвращающими попадание в окружающую среду вредных веществ.
Перечень пожеланий можно было бы значительно продолжить. Одно очевидно: в решении таких и многих других задач, стоящих перед нефтехимией, примут участие в ближайшие годы не только те, которые сейчас отдают свои силы и знания решению очередных проблем, стоящих перед этой отраслью науки и промышленности, но и юные химики, овладевающие основами химии. Перед вами открывается широкое поле деятельности.
6. Обобщение по теме урока
Сегодня мы рассмотрели основные виды природных источников углеводородов и убедились в возможности использования природных богатств не только в качестве топлива, но и как ценного органического и неорганического сырья для химической отрасли промышленности. Для развития энергетики сегодня необходимо знание многих наук, но в большей степени – знание химии: для реализации комбинированных производств, переработки отходов с целью получения необходимых веществ, не приносящих вреда окружающей среде и населению земного шара.
Спасибо всем!
7. Домашнее задание
§5 (с.52-53). Тест (Приложение 2). Упр.13 (с.54): на “3” – полиэтилен; на “4” и “5” – фенопласты и красители.