Природные источники углеводородов

Разделы: Химия

Цели урока:

Учебные:

  • Развивать познавательную активность учащихся.
  • Познакомить учащихся с природными источниками УВ: нефтью, природным газом, каменным углем, с их составом и способами переработки.
  • Изучить основные месторождения этих ресурсов в мировом масштабе и в России.
  • Показать значение их в народном хозяйстве.
  • Рассмотреть проблемы защиты окружающей среды.

Воспитательные:

  • Воспитание интереса к изучению темы, прививать речевую культуру на уроках химии.

Развивающие:

  • Развивать внимание, наблюдательность, умение слушать и делать выводы.

Педагогические методы и приемы:

  • Перцептивный подход.
  • Гностический подход.
  • Кибернетический подход.

Оборудование: Интерактивная доска, мультимедиа, электронные учебники МарГТУ, интернет, коллекции “Нефть и главнейшие продукты её переработки”, “Каменный уголь и важнейшие продукты его переработки”.

Ход урока

I. Организационный момент.

Я знакомлю с целью и задачами данного урока.

II. Основная часть.

Важнейшими природными источниками УВ являются: нефть, каменный уголь, природный и попутный нефтяной газы.

Нефть – “черное золото” (я знакомлю учащихся с происхождением нефти, основными запасами, добычей, составом нефти, физическими свойствами, продуктами нефтепереработки).

Нефть (слайд № 3) (через турецкий neft, от персидского нефт) – маслянистая жидкость от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти черной с характерным запахом.

Происхождение: Использую коллекцию ЦОР (№ 143)

Основные запасы: На экране появляется карта (слайд № 4), по которой учащиеся могут увидеть нефтегазоносные бассейны мира. Основные запасы нефти находятся в северном полушарии, преимущественно в отложениях мезозоя. По количеству нефтеносных бассейнов-гигантов и запасам особо выделяется район Персидского залива.

Страны мира, обладающие крупнейшими запасами нефти: (слайд № 5) Знакомлю учащихся с месторождением нефти на территории России. Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли. По запасам нефти наша страна занимает одно из ведущих мест в мире.

Добыча нефти: (слайд № 6) Почти вся добываемая в мире нефть, извлекается посредством буровых скважин, закрепленных стальными трубами высокого давления. Для подъема нефти и сопутствующих ей газа и воды на поверхность скважина имеет герметичную систему подъемных труб, механизмов и арматуры, рассчитанную на работу с давлениями, соизмеримыми с пластовыми. Добыче нефти при помощи буровых скважин предшествовали примитивные способы: сбор ее на поверхности водоемов, обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, посредством колодцев.

Состав нефти: (слайд № 7) Состав нефти различных месторождений.

Физические свойства: Нефть – это маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она немного легче воды. Так как нефть – смесь различных углеводородов, то у нее нет определенной температуры кипения. Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Продукты нефтепереработки:

Ректификация – это физический способ разделения смеси компонентов с различными температурами кипения. Этот процесс основан на разнице температур.

Кипения УВ, входящих в состав нефти. Следует учесть, что нефть содержит большое число различных соединений, которые имеют близкие tкип, поэтому выделение индивидуальных УВ из нефти сильно затруднено.

На экране – технологическая схема установки атмосферно-вакуумной перегонки нефти. (Слайд № 8)

В процессе ректификации нефть разделяют на следующие фракции:

( Слайды № 9-1 5)

Из коллекции демонстрирую образцы фракций (демонстрация сопровождается объяснением).

  • Ректификационные газы – смесь низкомолекулярных УВ, преимущественно пропана и бутана, с tкип до 40° С,
  • Газолиновую фракцию (бензин) – УВ состава С5Н12 до С11Н24 (tкип 40-200°С, при более тонком разделении этой фракции получают газойль (петролейный эфир, 40 - 70°С) и бензин (70 - 120°С),
  • Лигроиновую фракцию – УВ состава от С8Н18 до С14Н30 ( tкип 150 - 250°С),
  • Керосиновую фракцию – УВ состава от С12Н26 до С18Н38 (tкип 180 - 300°С),
  • Дизельное топливо – УВ состава от С13Н28 до С19Н36 (tкип 200 - 350°С)

Остаток переработки нефти – мазут – содержит УВ с числом атомов углерода от 18 до 50. Перегонкой при пониженном давлении из мазута получают соляровое масло (С18Н28 – С25Н52), смазочные масла (С28Н58 – С38Н78), вазелин и парафин – легкоплавкие смеси твердых УВ. Твердый остаток перегонки мазута – гудрон и продукты его переработки – битум и асфальт используют для изготовления дорожных покрытий.

Полученные в результате ректификации нефти продукты подвергают химической переработке. Один из них – это крекинг.

Крекинг – это термическое разложение нефтепродуктов, которое приводит к образованию УВ с меньшим числом атомов углерода в молекуле. (Использую электронный учебник МарГТУ, где рассказывается о видах крекинга).

Учащиеся сравнивают термический и каталитический крекинги. (Слайд № 16)

Термический крекинг.

Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре (470-5500 С). Процесс протекает медленно, образуются углеводороды с неразветвленной цепью атомов углерода. В бензине, полученном в результате термического крекинга, наряду с предельными углеводородами, содержится много непредельных углеводородов. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки. В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. При его сгорании могут засориться различные части двигателя.

Каталитический крекинг.

Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450-5000 С). Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина. По сравнению с термическим крекингом процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только расщепление молекул углеводородов, но и их изомеризация, т.е. образуются углеводороды с разветвленной цепью атомов углеродов. Бензин каталитического крекинга по сравнению с бензином термического крекинга обладает еще большей детонационной стойкостью.

Каменный уголь. (Я знакомлю учащихся с происхождением каменного угля, основными запасами, добыче, физическими свойствами, продуктами переработки).

Происхождение: (использую электронный учебник МарГТУ, где рассказывают о происхождении каменного угля).

Основные запасы: (слайд № 18) На карте показываю учащимся наиболее крупные по объему добычи месторождения каменного угля в России - это Тунгусский, Кузнецкий, Печорский бассейны.

Добыча: (использую электронный учебник МарГТУ, где рассказывают о добыче каменного угля).

Физические свойства: (слайд № 19) (демонстрирую из коллекции каменный уголь).

Каменный уголь – твердое горючее, полезное ископаемое растительного происхождения. Он представляет собой плотную породу черного, иногда темно-серого цвета с блестящей матовой поверхностью. Содержит 75-97% углерода, 1,5-5,7% водорода, 1,5-15% кислорода, 0,5-4% серы, до 1,5% азота, 2-45% летучих веществ, количество влаги колеблется от 4 до 14%.

Продукты переработки: (использую электронный учебник МарГТУ).

Угольная, коксохимическая промышленность,   отрасли тяжелой промышленности осуществляют переработку каменного угля методом коксования. Коксование- промышленный метод переработки угля путем нагревания до 950-1050 С без доступа воздуха. Основными коксохимическими продуктами являются: коксовый газ, продукты переработки сырого бензола, каменноугольной смолы, аммиака.

Один из способов переработки каменного угля является коксование – это прокаливание без доступа воздуха. В результате коксования, которое проводят при t около 1000°С, образуются: (из коллекции демонстрирую учащимся продукты переработки каменного угля).

(Слайды № 20-23)

  • Коксовый газ – в состав которого входят Н2, СН4, СО, СО2, примеси NH3, N2 и других газов,
  • Каменноугольная смола – содержит несколько сотен различных органических веществ, в том числе бензол и его гомологи, фенол и ароматические спирты, нафталин и различные гетероциклические соединения,
  • Надсмольная, или аммиачная вода – содержит растворенный аммиак, а также фенол, сероводород и другие вещества,
  • Кокс – твердый остаток коксования, практически чистый углерод.

Природный и нефтяной попутные газы. (Я знакомлю учащихся с основными запасами, добыче ,составом, продуктами переработки).

Основные запасы: (слайд № 25) Знакомлю учащихся с месторождением природного газа на территории России.

Добыча: (слайды № 26, 27)

Состав: (слайды № 28, 29) Рассказываю учащимся о составе природного и попутного нефтяного газов.

Продукты переработки: Попутный нефтяной и природный газы используются как топливо, и в качестве сырья для получения разнообразных органических веществ.

Попутный нефтяной газ по сравнению с природным более богат по составу различными УВ. Разделяя их на фракции, получают:

  • Газовый бензин – легколетучую смесь, состоящую в основном из пентана и гексана,
  • Пропано-бутановую смесь – состоящая в основном из пентана и гексана,
  • Сухой газ – смесь, содержащая в основном метан и этан.

Проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды.

В завершении темы уделяется внимание экологической стороне вопроса.

При добыче угля происходят взрывы и возгорания метана, возникают определенные проблемы, связанные с окружающей средой. Загрязнение окружающей среды – это любое нежелательное изменение состояния этой среды в результате хозяйственной деятельности человека. Это происходит и при добыче полезных ископаемых. Представим ситуацию в районе добычи угля. Вместе с углём на поверхность поднимается огромное количество пустой породы, которое за ненадобностью просто отправляют в отвалы. Огромное количество угольной пыли оседает на поверхность земли. В результате изменяется состав почв, грунтовых вод, что неминуемо повлияет на животный и растительный мир района.

Для нефтехимического производства особенно актуальна проблема окружающей среды. Добыча нефти связана с затратами энергии и загрязнением окружающей среды. Опасным источником загрязнения Мирового океана является морская нефтедобыча, также Мировой океан загрязняется при транспортировке нефти. Каждый из нас видел по телевизору последствия аварий нефтеналивного танкера. Чёрные, покрытые слоем мазута берега, чёрный прибой, задыхающиеся дельфины, Птицы, крылья которых в вязком мазуте, люди в защитных костюмах, собирающие нефть лопатами и вёдрами. (Слайд № 30, 31)

III. Обобщение.

В обобщающей части урока при помощи программы Turning Point я составила тест. Учащиеся вооружились пультами. При появлении вопроса на экране, нажатием соответствующей кнопки, они выбирают правильный ответ.

1. Основными компонентами природного газа являются:

  • Этан;
  • Пропан;
  • Метан;
  • Бутан.

2. Какая фракция перегонки нефти содержит от 4 до 9 атомов углерода в молекуле?

  • Лигроин;
  • Газойль;
  • Бензин;
  • Керосин.

3. В чем заключается смысл крекинга тяжелых нефтепродуктов?

  • Получение метана;
  • Получение бензиновых фракций с высокой детонационной стойкостью;
  • Получение синтез-газа;
  • Получение водорода.

4. Какой процесс не относится к переработке нефти?

  • Коксование;
  • Фракционная перегонка;
  • Каталитический крекинг;
  • Термический крекинг.

5. Какое из перечисленных события является наиболее опасным для водных экосистем?

  • Нарушение герметичности нефтепровода;
  • Разлив нефти в результате аварии танкера;
  • Нарушение технологии при глубинной добыче нефти на суше;
  • Транспортировка каменного угля морем.

6. Из метана, образующего природный газ, получают:

  • Синтез-газ;
  • Этилен;
  • Ацетилен;
  • Бутадиен.

7. Какие особенности отличают бензин каталитического крекинга от бензина прямой перегонки нефти?

  • Присутствие алкенов;
  • Присутствие алкинов;
  • Присутствие углеводородов с разветвленной цепью атомов углерода;
  • Высокая детонационная стойкость.

Результат тестирования сразу виден на экране.

Домашнее задание: § 10, упр.1 – 8

Литература:

  1. Л.Ю.Аликберова “Занимательная химия”.– М.: “АСТ-Пресс”, 1999.
  2. О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов “Настольная книга учителя химии 10 класс”.– М.: “Блик и К”, 2001.
  3. О.С.Габриелян, Ф.Н.Маскаев, С.Ю.Пономарев, В.И.Теренин “Химия 10 класс”.– М.: “Дрофа”, 2003.