Нефть и ее переработка с использованием интегральной технологии. 10-й класс

Эта технология может использоваться при изучении химии в старших классах. Это активные формы обучения: уроки – лекции, семинары, практикумы, консультации.
Теоретический материал излагается “блоком”. Используется двукратное объяснение: сначала в форме лекции с демонстрацией опытов и применением средств наглядности, затем кратко, с выделением опорных знаний и вычленением наиболее существенного в изложенном. Новый материал, изучаемый на лекции, неоднократно повторяется учащимися и рассматривается в разных связях на дальнейших семинарских занятиях. В средних и старших классах новой (современной) российской школы уроки-лекции применять не рекомендуют, так как обычно словесные методы подачи материала, к которым и относится лекция, связывают с якобы пассивной ролью обучающихся. Этот стереотип возник из вузовской системы обучения, где практически не обращается должного внимания на мыслительную деятельность учащихся. А ведь в зависимости от разной степени трудности теоретического материала возможно применение различных видов лекций: беседа-лекция, лекция-беседа. В “школьных” уроках-лекциях, возможно, развить интересную дискуссию, решать задачи с экологическим содержанием. Кроме того (к сожалению), лекционная система остается практически единственным источником информации в высших учебных заведениях.

Задачи:

Образовательные:

• усвоить учащимися состав нефти и получаемых на ее основе нефтепродуктов;
• усвоить взаимосвязь состава, строения, свойств и применения нефтепродуктов;
• изучить сущность прямой перегонки нефти, термического и каталитического крекингов нефтепродуктов, устройство ректификационной колонны;
• составлять опорный конспект (таблицу).

Развивающие:

• развивать познавательный интерес, умение логически мыслить,
• находить и объяснять причинно-следственные связи, прогнозировать.

Воспитывающие:

• иллюстрировать примерами принцип познаваемости мира
• формировать гражданскую позицию, воспитывать любовь к родине и г. Москве

Здоровьесберегающие:

• соблюдать требования СанПИНа к гигиене кабинета химии, гигиене поведения школьников (осанка, зрение), организация урока (смена видов деятельности, динамические паузы);
• создавать благоприятный психологический климат на занятии.

Форма проведения: урок-лекция (2 урока).

Тип урока: урок получения новых знаний.

Методы: словесный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый.

Оборудование: образцы нефти и нефтепродуктов, коллекция “Нефть”, выставка книг, карта “Мира” и “Полезные ископаемые Российской Федерации”, учебник “Органическая химия” для 10–11-х классов (авторы Ф.Г. Фельдман, Г.Е. Рудзитис), стенгазеты и презентация “ Образования нефти”, “Экология г. Москвы”, рефераты о нефти и нефтепродуктах.

Ход урока

I. Ориентировочно-мотивационный этап

– Добрый день, ребята. Я рад вас видеть на уроке химии здоровыми и бодрыми. Сегодня мы приступаем к изучению новой темы “Природные источники углеводородов”. Эта тема имеет огромное значение в жизни каждого современного человека.

Итак, попробуйте назвать мне сами тему сегодняшнего урока, если я зачитаю Вам строки из стихотворения (Н. Мельников “Ода нефти”):

... – черное ты злато,
Коль с тобой поладим, заживем богато.
Много ты умеешь, ты сердца волнуешь,
Ты людей согреешь, ты людей обуешь.
Видно, от природы сильной ты породы:
Двигаешь машины, фабрики, заводы.
В сердце полыхала яркая зарница,
Ты поля вспахала, где растет пшеница
Нaши души греешь и горишь ты жарко
Ты весь день чернеешь, ночью светишь ярко,
Ты в стихах воспета, как же не гордиться!

Что же это за “черное злато”?. Какова тема нашего урока?

II. Операционно-исполнительский этап.

(В тетрадях учащиеся записывают дату, тему урока и план лекции, который записан на доске)

План лекции:

1. Нефть (исторический аспект, физические свойства, состав, классификация)
2. Переработка (крекинг, риформинг, экологические проблемы)
3. Ответы на вопросы, решение задач

Слово “нефть” переводится с греческого как “каменное масло”.

Нефтяное дело имеют многовековую историю. Знакомство человека с этой удивительной жидкостью произошло еще несколько тысяч лет до н.э. При раскопках поселений в Фивах были найдены светильники, в которых находилось вещество, похожее на битум. В Европе асфальт, продукт окисления нефти, был известен примерно 4–5 тысяч лет назад. Нефть с древнейших времен известна на Кавказе и в Китае.

Интересно отметить, что в Древней Руси первыми использовать нефтепродукты стали половцы при нападении на земли русских князей.

Назовите и покажите на карте мира и РФ крупнейшие месторождения нефти, назовите страны, где эти месторождения находятся

I. Нефть – это сложная смесь насыщенных (алканов), ароматических углеводородов и циклоалканов с примесью неорганических веществ.

Различают нефти:

• парафиновые,
• нафтеновые,
• ароматические.

Запишите общие формулы перечисленных классов углеводородов.

Нефть – маслянистая жидкость от светло-бурого до чёрного цвета, с характерным запахом, в воде не растворяется (плотность обычно менее 0,9 г/мл), поэтому образует на её поверхности плёнку (10 л нефти могут покрыть 1 км²), не пропускающую воздух (одна из экологических проблем).

Почему состав нефти не может быть выражен одной формулой?

II. Переработка нефти

Цель переработки нефти: получение бензина и сырья для нефтехимии.

Виды переработки нефти:

а) перегонка (физический процесс) – первичная переработка нефти – выход не более 20%,
б) крекинг-расщепление на более мелкие части (химический процесс) – вторичная переработка – выход до 80%.

а) Перегонка нефти.

Фракция – смесь УВ, кипящих в определённом температурном интервале.

Продукты первичной переработки:

Прямая перегонка нефти

– устройство ректификационной колонны (Н = 50 – 60 м, Д = 3 м);
– сущность перегонки нефти (разделение нефти на фракции);
– продукты перегонки (фракции):

1. Бензиновая – С₅ – С₁₂, t кипения = 40 – 200^оС – состав бензина
2. Лигроиновая – С₈ – С₁₄, t кипения = 150 – 250^оС – горючее для тракторов
3. Керосиновая – С₁₂ – С₁₈, t кипения = 180 – 300^оС – горючее для тракторов, ракет
4. Дизельная – С₁₂ – С₁₈, t кипения = 180 – 350^оС – дизельное топливо
5. Гудрон – асфальт

Главный недостаток перегонки нефти – малый выход бензина (20–30%).

б) Крекинг нефти.

Виды крекинга:

а) каталитический:
б) термический.

Учащиеся слушают материал и одновременно заполняют таблицу:

Сравнение	Каталитический крекинг	Термический крекинг
Сходства
Различия

С₁₆Н₃₄ … + С₈Н₁₆

С₈Н₁₈ С₄Н₁₀ + …

С₄Н₁₀ … + …

Какие углеводороды образуются при крекинге указанных углеводородов?

Проводим взаимодействие нефти с подкисленным раствором перманганатом калия. Убеждаемся, что раствор перманганата обесцвечивается, делаем вывод, что в нефти содержатся непредельные соединения.

Пиролиз – высокотемпературный крекинг – 650–700^оС. Получают непредельные углеводороды.

Риформинг – получение ароматических углеводородов (ароматизация нефти).

Химическая переработка углеводородов нефти позволяет получать не только горюче смазочные материалы, но и целый ряд органических веществ (схема в учебнике).

Запишите уравнения химических реакций крекинга (термического и каталитического), риформинга для бензола и толуола (метилбензола).

Теперь необходимо поговорить о бензине. Бензин получают из нефти.

Свойства бензина улучшают путем изомеризации линейных алканов.

Бензин более высокого качества условно характеризуется октановым числом, равным 100. У н-гептана октановое число равно 0. Любой вид жидкого топлива можно сравнить по способности к детонации со смесью изооктана и н-гептана. По процентному содержанию изооктана в эталонной смеси двух УВ топливу присваивают то или иное октановое число.

А-92, что это означает?

Бензин имеет такую стойкость к детонации, как смесь состоящая из 92% изооктана и 8% н-гептана. (А – автомобильный , марка бензина).

Повышают октановое число добавление аренов (риформинг).

Нефть – это очень ценное полезное ископаемое, но неправильное использование и нарушение технологии добычи нефти приводят к серьёзным последствиям.

Основные экологические проблемы:

1. Загрязнение воздуха.

Основными загрязнителями являются:
предприятия нефтегазового комплекса, теплоэлектроцентрали, транспорт.

2. Загрязнение поверхностных вод.

Основными источниками загрязнений водоёмов являются стоки от буровых скважин, транспортных средств. Химические реагенты, нефть, нефтепродукты, фенолы, тяжёлые металлы являются основными загрязнителями, попадающими в водоёмы. Тяжёлые фракции нефти, оседая на дно рек, способствуют хроническому загрязнению и вызывают гибель данной фауны

3. Нарушение почвенно-растительного покрова.

Почвы подвергаются химическому загрязнению в районах месторождений нефти и газа. В районах пробуренных скважин отмечается повышенное содержание в почве цинка, свинца, никеля, хрома, бора, стронция. Вечная мерзлота способствует накоплению загрязняющих веществ в почве и длительному хранению. В условиях низких температур растительный покров развивается очень медленно, поэтому природа более ранима. Чем в других районах планеты.

Длительность восстановления ландшафтов составляет от 15 до 100 лет, но основная их часть вообще не восстанавливается. Из-за бездумного освоения нефтегазовых ресурсов Ямала выведено из оборота 60 тыс. км² оленьих пастбищ, в 2010 году сгорело 14 тыс. км² ягельников. При существующей практике экосистемы разрушены на 20–30%.

III. Оценочно-рефлексивный этап

Итак, мы с вами познакомились с нефтью, ее составом, процессами, которые протекают при ее переработке. Познакомились с продуктами, получаемыми на основе нефти и экологическими проблемами, связанными с ее добычей и переработкой.

Предлагаю ответить на вопросы:

А) Вопросы с развернутым ответом

Вопрос: Что такое парафин, который применяется для изготовления свечей, с химической точки зрения?

Ответ: Парафин – это воскоподобное вещество, смесь предельных углеводородов состава С₁₈Н₃₈ – С₃₅Н₇₂, t плавления = 40–60^оС, получают из нефти. Применяют для приготовления парафинистой бумаги, пропитки древесины в спичечном и карандашном производствах, как изоляционный материал, химическое сырьё и т.д. В медицине используют для парафинолечения.

Вопрос: Что такое асфальт? И правда ли, что асфальт встречается в природе

Ответ: Асфальты и битумы – это природные минералы, образуются в результате окисления нефти. Асфальт был известен ещё в древности. Асфальт (от греческого asphaltеs – горная смола).

Различают асфальты:

• природные (60–70% битумов): образуются при выветривании нефти в природе искусственные – производят из нефти и используют для дорожного покрытия дорог, это смесь битумов – 13–60% и песка, гравия, щебня.

В природе встречаются асфальтовые озёра, например, озеро на острове Тринидад – редкостное природное образование. По нему можно ходить, даже проложена узкоколейная железная дорога для вывоза асфальта. Но асфальт в озере находится в постоянном движении и такие озёра – настоящий капкан для животных. Птицы, привлекаемые обманчивым блеском поверхности, садятся на озеро и больше уже не взлетают.

Б) Вопросы с коротким ответом

• Что такое этилированный бензин?
• Что означают марки бензина, например: А-76, АИ-92, АИ-96, АИ – 96 и др?
• На каком топливе работают самолёты?
• Нефть это вещество, или смесь веществ?
• Какие вещества входят в её состав?
• Перегонка это физический или химический процесс? На каком свойстве веществ основана перегонка?
• Крекинг это физический или химический процесс?
• Какой бензин более качественный: бензин, полученный прямой перегонкой, термическим или каталитическим крекингом?
• Как вы понимаете слова Д.И.Менделеева “Нефть – не топливо, топить можно и ассигнациями”?

Задачи с экологическим содержанием

1. Рассчитайте объем СО₂, возвращенного в круговорот углерода в результате деятельности метанокисляющих бактерий, если ими было утилизировано из воздуха 4,8 т СН₄. Процесс биологического окисления метана идет ступенчато:

СН₄ СН₃ОН НСНО НСООН СО₂.

Масса СН₄ в атмосфере равна 4,3•10⁸ т, а общая масса СО₂ – 2,3•10¹² т.

2. Один из способов очистки коксового газа от оксидов азота (II) – использование метана. Какой объем СН₄ расходуется в час на взаимодействие с NO на установке по очистке коксового газа производительностью 130 тыс. м³/ч, если в 1 м³ коксового газа содержится 6 см³ NO?

3. На нефтеперерабатывающем заводе негерметичное соединение коммуникаций приводит к утечке бензина или другого нефтепродукта. Например, при утечке одной капли бензина в секунду потери топлива в месяц составляют 130 л, а в год – 1560 л. Сколько километров мог бы пройти автомобиль в месяц и в год, если его расход составляет 15 л на 100 км? Какой вред могут принести окружающей среде потери нефти и нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности?

IV. Домашнее задание

Составьте кроссворд (10-12 слов) по теме: “Нефть”