Интегрированный урок (химия + география) по теме "Природные источники углеводородов. Топливно-энергетический комплекс мира"

Цели:

*1. ГЕОГРАФИЯ – изучить особенности ТЭК мира, как важнейшей отрасли мирового хозяйства:

Задачи:

Образовательные:

• изучить географические особенности отраслевой и территориальной структуры 3 отраслей ТЭК мира – нефтяной промышленности, газовой промышленности, угольной промышленности мира.
• раскрыть географические аспекты глобальной проблемы человечества – сырьевая проблема.
• продолжить развитие умения школьников определять и сравнивать по различным источникам информации географические тенденции развития природных, социально-экономических объектов, процессов и явлений.

*2. ХИМИЯ – изучить природные источники углеводородов, их состав и использование в промышленности.

Задачи:

Образовательные:

• изучить состав, особенности переработки природных источников углеводородов – нефть, природный газ, уголь.
• рассмотреть особенности переработки природных источников углеводородов и использования их как топлива и в качестве химического сырья.

Воспитательные:

• продолжить воспитание аккуратности работы с компьютером.
• продолжить развитие экологической культуры школьников, изучив экологические проблемы ТЭК.

Развивающие:

• продолжить развитие коммуникативной компетенции учащихся при работе в малых группах.
• продолжить развитие умения работы с Интернет-ресурсами для поиска необходимой информации.

Оборудование:

• географическая карта мира «ТЭК мира», атлас по географии 10 класс, учебник по географии О.А. Бахчиева Экономическая и социальная география мира (Вентана-Граф, 2009), справочные материалы.
• учебник по химии О.С. Габриелян Химия 10 (Базовый уровень) – М., Дрофа, 2010.
• Коллекции «Нефть и продукты ее переработки», «Каменный уголь».
• персональные компьютеры.
• Интернет-ресурсы: http://sites.google.com/site/himozaru/.
• мультимедийный проектор.

Организация урока: накануне урока в классе формируются 3 группы для работы. В каждой группе учащиеся выбирают старшего по группе.

План урока:

1. Вступление. Слово учителя – 5 минут.
2. Задание для групп. Работа в группах – 30 минут.
3. Выступления учащихся (презентации) – 35-40 минут.
4. Обобщение материала – 5 минут.
5. Домашнее задание – 2 минуты.

Ход урока

1. Вступление

Слово учителя. ЧЕЛОВЕК… У человека огромное количество потребностей, в том числе и материальных .

“Мы все желаний никогда своих не умеряем, имея что-нибудь мы большего желаем”.

– А что же нужно для создания предметов, составляющие экономические блага?

– Конечно же, природные ресурсы.

Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX–XX в.в. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых занимают нефть, природный газ и каменный уголь. Данные органические вещества состоят из углеводородов.

Приложение 1, слайд 1

Тема нашего урока «Природные источники углеводородов. Топливно-энергетический комплекс мира». Цели урока. (слайд 2, 3)

Состав ТЭК:
Характеристика состава ТЭК мира. (слайд 4, 5)

2. Задание для групп. Работа в группах.

Каждая группа получает для работы методическую карту, справочные материалы и таблицы для заполнения (каждому ученику). (слайд 6)

Старший по группе получает задание у учителя для работы его группы.

Слово учителя:

Отчет по каждому разделу можно представить в виде:

• Схемы
• Информация на контурной карте
• Диаграммы
• Рассказ по вопросу
• Мини-презентация с устным рассказом.

При выполнении работы можно использовать:

1. Дополнительная литература: справочники по химии и географии, энциклопедии по химии и географии.
2. Персональный компьютер.
3. Интернет-ресурсы.
4. Географические карты атласа 10 класса «Экономическая и социальная география мира».

На представление выполненной работы каждой группе предоставляется не более 15 минут.

Во время выступления каждой группы заполняется итоговая таблица каждым учащимся. (слайд 7)

3. Выступления учащихся каждой группы

Каждая группа рассказывает о проделанной работе по своему заданию.

При этом учащиеся класса заполняют сводную таблицу.

4. Обобщение материала

ТЭК – базовая отрасль, производящая более 30 % общероссийского объема промышленной продукции и основная отрасль специализации России на мировом рынке.

• Экспорт энергоносителей – нефти, газа и угля дает более 60% всех валютных поступлений в госбюджет.
• Районообразующая роль отраслей ТЭК: близ энергетических источников формируется мощная промышленность.
• ТЭК может базироваться на собственных и импортных ресурсах, обеспечивает сырьем и топливом другие отрасли промышленности. (слайд 8).

5. Домашнее задание

География:
Параграф 20.
На контурную карту обозначить географию размещения топливной промышленности.

Химия:
Параграф 8,10.
Упражнение 8,9 стр.62; упр.6 стр. 79. (слайд 9)

Методическая карта школьников

Группа №1 «Нефтяная промышленность»

Из нефти мы берем для нужд страны своей
Поток бензина, масел и мазута.
И к ним в придачу тысячу вещей
Для дома и домашнего уюта.

Задания.

1. География. Рассмотрите и расскажите о значении и составе нефтяной промышленности в мировом хозяйстве. ОПЕК – организация стран-нефтедобытчиков.
Прочитайте текст учебника географии стр. 114–116 параграфа 20.
Выделите и покажите главные грузопотоки нефти (проанализируйте карту атласа ТЭК мира).

2. География. Охарактеризуйте географию размещения и добычи нефти в мире, выделив:

– ведущие регионы мира по добыче нефти (приведите примеры стран-лидеров по добыче нефти каждого региона). Выделите крупнейших покупателей нефти на мировом рынке.
– ведущие регионы мира по переработке нефти, выделив страны-лидеры по экспорту и импорту нефтепродуктов.

3. Химия. Переработка нефти. Прочитайте $8 учебника химии стр. 55–61.
Определите состав нефти, ее физические свойства.
Изучите и расскажите о способах переработки нефти.

1. Экология.

Охарактеризуйте влияние нефтяной промышленности на окружающую среду – экологические проблемы. Раскройте проблемы и приведите примеры их решения в мире.

2. Вывод.

Выявите преимущества и недостатки нефти и нефтепродуктов в современной мире с точки зрения рационального природопользования.

Отчет по каждому разделу можно представить в виде:

• Схемы
• Информация на контурной карте
• Диаграммы
• Рассказ по вопросу
• Мини-презентация с устным рассказом.

При выполнении работы можно использовать:

1. Дополнительная литература: справочники по химии и географии, энциклопедии по химии и географии.
2. Персональный компьютер.
3. Интернет-ресурсы.
4. Географические карты атласа 10 класса «Экономическая и социальная география мира».

На представление выполненной работы каждой группе предоставляется не более 15 минут.

Во время выступления каждой группы заполняется итоговая таблица каждым учащимся.

Справочные материалы
«НЕФТЯНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»

Нефть – сравнительно дешевый вид топлива, обладающий высоким значением чистого выхода энергии. Она является также многофункциональным топливом, которое можно использовать в производстве электроэнергии, для отопления, нагревания, можно сжигать как транспортный энергоноситель. Она легко транспортируется. Нефть является также чрезвычайно ценным химическим сырьем, на основе которого производятся многие товары для населения и отраслей экономики, в том числе и наукоемких.

Максимальные значения объемов добычи нефти и в СССР, и в России приходятся на конец 80-х годов прошлого века, после чего абсолютные показатели добычи стали снижаться, причем с некоторым ускорением и последующей стабилизацией. Не в последнюю очередь это связано с сокращением добычи нефти в Западной Сибири (ее доля в общероссийской добыче составляет 60%) по причинам исчерпания «легкой» нефти в сравнительно обжитых и обустроенных районах Среднего Приобья.

Страны с крупнейшими запасами нефти (Млрд. Баррелей)
(По данным BP Statistical review of world energy 2011).

Баррель (бочка) нефти – американская единица измерения объема нефти равна 42 галлона или 158,988 литров нефти. В 1 тонне нефти около 7,6 баррелей.

Галлон – единица объема (емкости, вместимости) в США. 1 галлон равен 3,78543 дм3, в Великобритании 1 галлон равен 4,5460 дм3.

В целом в мире добывается примерно 3,4 млрд. т сырой нефти в год. При этом извлекаемые запасы составляют порядка 140 млрд. т. Еще 70 млрд. т по оценкам

геологоразведки могут содержать еще не открытые залежи.

Около 2/3 всех извлекаемых запасов нефти приходится на страны ОПЕК –

Организации стран-экспортеров нефти, куда входят 11 государств (Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Ирак, Объединенные Арабские Эмираты, Алжир, Индонезия, Ливия, Нигерия, Катар, Венесуэла).

Страны ОПЕК сумели договориться о сокращении добычи нефти, и к середине 2000 года цены достигли 30 долларов за баррель. С конца 2003 до 2005 включительно произошёл новый резкий скачок цен. Цена нефти в феврале 2008 уже превышала «психологическую» отметку в 100 долларов за баррель, в марте высокие темпы роста цен продолжились (110 долл.) В мае 2008 года была достигнута цена 135 долларов и далее удерживалась на уровне выше 100 долларов. Максимальная цена нефти сорта WTI (Light Sweet) была достигнута 11 июля 2008 года, превысив 147 долларов за баррель.

Великий русский ученый Д.И. Менделеев сравнивал сжигание нефти в качестве топлива со сжиганием денег. К недостаткам нефти как топлива можно отнести ее экологическую опасность. При сжигании нефти образуются диоксид углерода, что может изменить глобальный климат на планете, и другие загрязнители атмосферы, наносящие ущерб людям, животным, растениям. Нефтяные пятна и утечка буровых шламов из скважин приводят к загрязнению воды, а соляной раствор, закачиваемый в скважины для увеличения нефтеотдачи, вызывает загрязнение грунтовых вод. К крупным недостаткам нефти можно отнести и то, что ее доступные запасы могут закончиться уже через несколько десятков лет.

Методическая карта школьников

Группа №2 «Газовая промышленность»

Задания.

1. Химия. Прочитайте $8 учебника химии стр. 55-61.

Определите состав природного газа, его физические свойства и возможности использования в качестве топлива и химического сырья.

2. География. Охарактеризуйте географию размещения и добычи газа в мире, выделив:

– ведущие регионы мира по добыче газа (приведите примеры стран-лидеров по добыче газа каждого региона по экспорту).
– ведущие регионы мира по импорту газа, выделив страны-лидеры регионов.

3. География. Рассмотрите и расскажите о значении и составе газовой промышленности в мировом хозяйстве.

Прочитайте текст учебника географии стр. 114-116.

4. Экология.

Охарактеризуйте влияние газовой промышленности на окружающую среду – экологические проблемы. Раскройте проблемы и приведите примеры их решения в мире.

Вывод.

Выявите преимущества и недостатки природного газа в современной мире, с точки зрения рационального природопользования.

Отчет по каждому разделу можно представить в виде:

• Схемы
• Информация на контурной карте
• Диаграммы
• Рассказ по вопросу
• Мини-презентация с устным рассказом.

При выполнении работы можно использовать:

1. Дополнительная литература: справочники по химии и географии, энциклопедии по химии и географии.
2. Персональный компьютер.
3. Интернет-ресурсы.

Географические карты атласа 10 класса «Экономическая и социальная география мира».

На представление выполненной работы каждой группе предоставляется не более 15 минут.

Во время выступления каждой группы заполняется итоговая таблица каждым учащимся.

Справочные материалы «ГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ»

Доказанные мировые запасы природного газа составляют около 150 трлн. м3. На планете они распределены более равномерно по сравнению с нефтью, однако, основные залежи находятся в странах СНГ и на Ближнем Востоке (более 70%).

Рейтинг стран по добыче газа в 2010 году

Природный газ выделяет большее количество тепла и в меньшей степени загрязняет воздух, чем любой другой вид ископаемого топлива. При сжигании он почти не образует диоксида серы и выделяет в 6 раз меньше оксидов азота на единицу энергии, чем нефть, бензин или уголь. Метан, один из основных компонентов природного газа, вызывает парниковый эффект, но большая часть метана, содержащаяся в атмосфере, не является следствием добычи или использования газа.

Природный газ легко транспортируется, имеет высокий КПД, является многофункциональным топливом, в том числе и для транспорта.

На компрессорных станциях сухой природный газ сжимается до 200 атм и охлаждается до -162 оС. Такой продукт называется компримированным природным газом. Его можно хранить в жидком виде в подземных хранилищах и использовать для сглаживания пиков потребления сырья в холодной период года. Транспортировка его производится в специальных криоцистернах, чаще всего морским путем, танкерами-газовозами.

Компримированный природный газ является стратегическим энергетическим сырьем на мировом рынке. Его удобно перевозить в районы, отстоящие на десятки тысяч км от мест добычи. По оценкам аналитиков до 2020 года 35% переработанного природного газа в мире будет доставляться заказчику в виде компримированного газа. В настоящее время наметились перспективы применения его в качестве топлива для автотранспорта. Ведущие автоконцерны уже выпускают автомобили, работающие на компримированном газе.

Газ мог бы стать ключевым носителем энергии в процессе перехода к альтернативным источникам по мере постепенного отказа от использования нефти.

По количеству тяжелых фракций в составе добываемого природного газа различают чисто газовые месторождения (содержащие сухой газ) и газоконденсатные (с большей долей тяжелых гомологов метана). Еще в начальный период переработки природного газа из него выделяют водород, сернистые соединения и сухую серу, имеющие применение во многих отраслях экономики

Ценным сырьем для нефтехимии являются тяжелые углеводороды. В процессе технологической переработки из них получают следующие виды продукции:

• сжиженный углеводородный газ (СУГ);
• различные виды растворителей;
• водород, аммиак, метанол, формальдегид, сажа;
• уксусная кислота;
• синтетические красители;
• пластмассы;
• газы, используемые для консервации сельскохозяйственной продукции и при производстве медикаментов.

Экологические проблемы газовой промышленности.

В процессе освоения нефтяных и газовых месторождений наиболее активное воздействие на природную среду осуществляется в пределах территорий самих месторождений, трасс линейных сооружений (в первую очередь магистральных трубопроводов), в ближайших населенных пунктах (городах, поселках). При этом происходит нарушение растительного, почвенного и снежного покровов, поверхностного стока, срезка микрорельефа. Такие нарушения, даже будучи временными, приводят к сдвигам в тепловом и влажном режимах грунтовой толщи и к существенному изменению ее общего состояния, что обуславливает активное, часто необратимое развитие экзогенных геологических процессов. Добыча нефти и газа приводит также к изменению глубоко залегающих горизонтов геологической среды.

Особо следует остановиться на возможных необратимых деформациях земной поверхности в результате извлечения из недр нефти, газа и подземных вод, поддерживающих пластовое давление. В мировой практике достаточно примеров, показывающих, сколь значительным может быть опускание земной поверхности в ходе длительной эксплуатации месторождений. Перемещения земной поверхности, вызываемые откачками из недр воды, нефти и газа, могут быть значительно большими, чем при тектонических движениях земной коры.

Неравномерно протекающее оседание земной поверхности часто приводит к разрушению водопроводов, кабелей, железных и шоссейных дорог, линий электропередач, мостов и других сооружений. Оседания могут вызывать оползневые явления и затопление пониженных участков территорий. В отдельных случаях, при наличии в недрах пустот, могут происходить внезапные глубокие оседания, которые по характеру протекания и вызываемому эффекту мало отличимы от землетрясений.

Методическая карта школьников

Группа №3 «Угольная промышленность»

Задания.

1. География. Рассмотрите и расскажите о значении и составе угольной промышленности в мировом хозяйстве.

Прочитайте текст учебника географии стр. 114-116.

2. География. Охарактеризуйте географию размещения угольных бассейнов и добычи угля в мире, выделив:

– ведущие регионы мира по добыче угля (приведите примеры стран-лидеров по добыче угля каждого региона по экспорту и импорту угля).
– ведущие регионы мира по потреблению угля, выделив страны-лидеры по экспорту и импорту угля.

3. Химия. Переработка угля. Прочитайте текст учебника химии стр. 52,75-76.

Определите состав угля, виды углей – каменный уголь, бурый уголь, коксующийся уголь, физические и химические свойства угля.

Изучите и расскажите о способах переработки угля.

4. Экология.

Охарактеризуйте влияние угольной промышленности на окружающую среду – экологические проблемы. Раскройте проблемы и приведите примеры их решения в мире.

5. Вывод.

Выявите преимущества и недостатки угля в современной мире, с точки зрения рационального природопользования.

Отчет по каждому разделу можно представить в виде:

• Схемы
• Информация на контурной карте
• Диаграммы
• Рассказ по вопросу
• Мини-презентация с устным рассказом.

При выполнении работы можно использовать:

1. Дополнительная литература: справочники по химии и географии, энциклопедии по химии и географии.
2. Персональный компьютер.
3. Интернет-ресурсы.
4. Географические карты атласа 10 класса «Экономическая и социальная география мира».

На представление выполненной работы каждой группе предоставляется не более 15 минут.

Во время выступления каждой группы заполняется итоговая таблица каждым учащимся.

Справочные материалы «Угольной промышленности»

Виды угля
Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля – растительные остатки. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа: бурые угли (лигниты), каменные угли, антрациты и графиты. В западных странах имеет место несколько иная классификация – лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты, соответственно.

Антрацит – самый глубоко прогревавшийся при своем возникновении из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации. Характеризуется большой плотностью и блеском. Содержит 95% углерода. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800-8350 ккал/кг). Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров.

Каменный уголь – осадочная порода, представляющая собой продукт глубокого разложения остатков растений (древовидных папоротников, хвощей и плаунов, а также первых голосеменных растений). Большинство залежей каменного угля было образовано в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300–350 миллионов лет тому назад. По химическому составу каменный уголь представляет смесь высокомолекулярных полициклических ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных примесей, при сжигании угля образующих золу. Ископаемые угли отличаются друг от друга соотношением слагающих их компонентов, что определяет их теплоту сгорания. Ряд органических соединений, входящих в состав каменного угля, обладает канцерогенными свойствами.

Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 % до 95 %. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания по сравнению с бурыми углями. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.

Бурый уголь – твердый ископаемый уголь, образовавшийся из торфа, содержит 65–70 % углерода, имеет бурый цвет, наиболее молодой из ископаемых углей. Используется как местное топливо, а также как химическое сырье. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое кол-во летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

Уголь является наиболее распространенным в мире энергоносителем. Его запасы составляют примерно 1600 млрд. т и на порядок превосходят запасы нефти. Около 70% мировых разведанных запасов угля находится на территориях США, Китая и стран СНГ, включая Россию. По добыче на первых местах находятся Китай (более 1 млрд. т) и США (около 1 млрд. т). Всего же в мире ежегодно добывается примерно 5 млрд. т каменного угля.

Уголь обладает высоким значением чистого выхода полезной энергии, его сжигание позволяет получить высокотемпературное тепло и электроэнергию самым дешевым способом. Однако уголь как топливо не универсален и является самым загрязняющим энергоресурсом. Загрязнение атмосферы продуктами его горения приводит к кислотным дождям, коррозии металлов, гибели флоры и фауны, заболеваниям людей. Открытая добыча угля вызывает разрушение почвенного покрова, эрозию.

Крупнейшие резервы угля находятся в четырех странах мира. В США – 27% от общемировых запасов, в России – 17%, в Китае – 13% и Индии – 10%.В десятку государств, добывших больше всего угля в 2005 году (последние доступные сравнительные данные – в 2006 году добыча в большинстве стран выросла. К примеру, в США она составила 1 100 млн. тонн), входят: Китай ( 2 226 млн. тонн), США (951 млн. тонн, примерно 18.9% мировой добычи), Индия (398 млн. тонн), Австралия (301 млн. тонн), ЮАР (240 млн. тонн), Россия (222 млн. тонн, 5.1%), Индонезия (140 млн. тонн), Польша (98 млн. тонн), Казахстан (79 млн. тонн, 1.5%) и Колумбия (61 млн. тонн).

Первая десятка крупнейших импортеров угля выглядит следующим образом: Австралия, Индонезия, Россия, ЮАР, Китай, Колумбия, США, Канада и Польша. В первую пятерку крупнейших угольных экспортеров входят Япония, Южная Корея, Тайвань, Великобритания и Германия.

Крупнейшими потребителями угля ныне являются государства Азиатско-Тихоокеанского региона, на долю которых в 2005 году пришлось 63% использованного угля. На втором месте – Северная Америка (18%), на третьем – Европа (7%), на четвертом – страны бывшего СССР (6%). В 1985 году ситуация была кардинально иной. Тогда Европа потребляла 18% мирового угля, СССР – 17%, Северная Америка – 22%, а Азиатско-Тихоокеанский регион – 38%.

Примерно 13% добытого каменного угля используется металлургическими и сталелитейными предприятиями.

Мировые цены на уголь исторически были ниже цен на нефть и газ. Если в 1980-1990-е годы разница в ценах была относительно небольшой (в среднем, уголь был в три раза дешевле нефти и вдвое дешевле угля), то с 2001 года (начало бурного роста цен на нефть и газ) уголь превратился в рекордно дешевый вид топлива. Ныне он дешевле нефти, примерно в 5.5 раз, газа – примерно в 4 раза. Министерство Энергетики США в 2006 году опубликовала прогноз, согласно которому до 2019 года цены на уголь будут снижаться, впоследствии начнут расти. Согласно этому же прогнозу, к 2030 году объемы производства угля в мире удвоятся.

В атмосферу угольными шахтами и разрезами выбрасываются от 1,5 до 2 млрд. м³ метана, сбрасывается во внешние водоемы 34,4 % всех взвешенных веществ и 10 % нефтепродуктов, содержание которых достигает 40 мг/л, в том числе нитритов – до 0,6 мг/л, нитратов – до 4 мг/л.

Основные проблемы в области охраны окружающей среды:

• охрана водных ресурсов: очистка сточных вод от нефтепродуктов, минеральных солей, в том числе сульфатов, бактериальных загрязнений;
• охрана атмосферного воздуха: очистка от газообразных выбросов, главным образом от диоксида серы, оксидов азота и метанов, разработка технологий сжигания высокозольных и высокосернистых углей и шламов;
• восстановление нарушенных земель: снижение землеемкости горных работ, рекультивация глубоких карьерных выработок и отвалов большого объема, разработка бактериальных препаратов для ускоренной рекультивации породных отвалов;
• использование твердых отходов: расширение объемов применения твердых отходов в качестве минеральных вяжущих и строительных материалов, органоминеральных удобрений и других продуктов;
• золоотвалы угольных теплоэлектростанций – классический пример того, что геологи называют техногенным месторождением. Это скопления минерального вещества на поверхности земли, образовавшиеся в результате переработки полезных ископаемых (в нашем случае – сжигания угля) и пригодные по количеству и качеству для экономически эффективного промышленного применения. Жизнь сделала необходимым использование ископаемого угля как источника энергии, в результате образовались техногенные месторождения на основе отходов.

Итоговая таблица
Приложение 2