План-конспект "Природные источники углеводородов. Природный газ. Нефть. Защита атмосферного воздуха от загрязнений."

Тема урока:  Природные источники углеводородов. Природный  газ. Нефть Защита атмосферного воздуха от загрязнений.

Цели урока: познакомить с основными источниками углеводородов, способами получения и переработки.

Планируемые результаты:

Предметные: обобщить и систематизировать знания обучающихся, углубить и расширить представление о природных источниках нефтехимического сырья, акцентировать внимание на способах получения и областях использования углеводородов.

Метапредметные: развивать «химический» стиль мышления, познавательный интерес, толерантность, информационную культуру.

Личностные: дать ученикам возможность повысить свой общекультурный уровень, совершенствовать экологическое воспитание, воспитывать бережное отношение к природе.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование к уроку:

Ход урока:

I.     Организационный момент.

II.  Актуализация опорных знаний

·       Какое значение имеет органическая химия в жизни общества?

·       Что  такое  углеводороды?

·       В  виде  каких  полезных  ископаемых  углеводороды встречаются  в  природе?

Подсказки:

·       На кухне у мамы помощник отличный, он синим цветком расцветает от спичек (природный газ).

·       В глубокой древности славяне называли это вещество ропанкой, греки – петролеумом. Считается, что современное название родилось от арабского «нафта» – вытекать. Это вещество часто называют «черным золотом». О каком веществе идет речь? (Нефть).

·       Тема нашего урока:  «Природные  источники  углеводородов. Природный и попутный нефтяной газы. Нефть».

III.                         Изучение нового материала

·       Почему  на  протяжении  веков  люди  стараются  открыть  месторождения  нефти  и  газа,   овладеть  рынками  их  сбыта,  нередко  вступая  в  конфликты? (Запасы  углеводородного  сырья  определяют  экономический  потенциал  и  мощь  страны,  а  по  уровню  их  переработки  можно  судить  об  уровне  цивилизации  общества).

Природный и попутный нефтяной газ

·       Знакомство с источниками углеводородов мы начнём с природного газа. Запасы природного  газа на нашей планете велики. Что такое природный газ?

Природный газ представляет собой смесь газов, состав которой в значительной мере определяется месторождением. Однако в любом случае основным компонентом является метан, объёмная доля которого колеблется от 70 до 98%. Остальные компоненты – это этан, пропан, бутан, изобутан, неорганические газы (азот, углекислый и благородные газы). Чем больше относительная молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержание в природном газе.

Природный газ не имеет запаха, а известный всем запах "газа" – это запах этилмеркаптана, который специально добавляется в газ на городской газораспределительной станции (ГРС) для возможности определять утечку газа по запаху.

Попутный нефтяной газ растворён в нефти или находится над ней, образуя своеобразную «газовую шапку». В процессе добычи нефти его отделяют и используют в качестве топлива или химического сырья. В попутном газе содержится значительно меньше метана и больше его гомологов, чем в природном газа. Для практических целей попутный газ разделяют на фракции: газовый бензин (смесь пентана, гексана и других алканов), пропан-бутановая фракция (смесь пропана и бутана) и сухой газ (сходен по составу с природным).

·       Как используется природный газ? (Источник энергии (топливо). Его отличают полное сгорание без дыма и копоти; отсутствие золы после сгорания; легкость розжига и регулирование процесса горения.

Метан, содержащийся в нем, представляет немалую ценность. При неполном сгорание его образуется водород, оксид углерода, ацетилен, а от них начинаются разнообразные цепи химических превращений, приводящих к образованию альдегидов, спиртов, ацетона, уксусной кислоты, аммиака.

Главный источник промышленного получения водорода.

Углеводороды, содержащиеся в нем превращают в этилен и пропилен – важнейшее сырьё для производства пластических масс).

·       Важнейшие месторождения природного газа Российской Федерации (Западная Сибирь (Уренгой, Заполярье); Волго-Уральский бассейн (Оренбург, Вуктыльск).

·        Преимущества природного газа перед другими видами топлива (Самый дешевый вид топлива; обладает высокой тепловой способностью; легко транспортируется по газопроводам; экологически чистый).

Нефть

Нефть как вещество

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине. О происхождении нефти ученые утверждают, что это «планктон древних морей», образовавшийся из растительных и животных остатков в течении долгих веков под действием микроорганизмов без доступа воздуха при повышенной температуре и давлении.

Нефть стала известна людям очень давно. Более 6000 лет назад шумерам, населявшим территорию между Тибром и Евфратом, был известен вязкий нефтяной битум. В то время нефть использовали как вяжущее и уплотняющее вещество в строительном деле для изготовления кирпича. Битумными мазями лечили чесотку и нарывы, а длительными «ваннами» в нефтяных лужах пытались избавиться от боли в суставах, при болезнях желудка жевали пилюли из нефтяного битума. Жидкую нефть использовали как горючее для светильников, для военных целей.

Нефть меряют баррелями. Один баррель составляет около 136 кг.

Нефть и война идут рядом уже не одно тысячелетие. Ещё задолго до н. э. древние греки взяли на вооружение нефть-сырец. Во время осады крепостей и во время морских сражений они забрасывали противника глиняными горшками с горящей нефтью. Поскольку нефть имеет свойство не гаснуть даже на поверхности воды, это оружие устрашало врага, его так и называли – «греческий огонь».

·       Что же такое нефть?

Сырая нефть – маслянистая жидкость, легче воды, не растворяющаяся в ней, от светло-коричневого до черного цвета. У нее различен не только цвет, но и запах, а также вязкость.

·       Имеет ли нефть формулу? (Нет.) А почему?

По составу нефть – сложная смесь, главной частью которой являются предельные углеводороды, циклоалканы и ароматические углеводороды. Например:

·       грознинская нефть – содержит большое количество предельных углеводородов;

·       уральская нефть – нефть, богатая ароматическими углеводородами;

·       башкирская нефть – богата циклоалканами.

·       Каковы продукты перегонки нефти и их применение?

Историческая справка.

Древние греки, римляне, китайцы использовали нефть для военных целей. Арабы в I веке до н.э. имели установки для перегонки нефти. До середины XIX века нефть добывали примитивным способом – вручную. Ее черпали из неглубоких колодцев. Первая буровая  скважина начала работать в Ухте в 1855 году (в Америке позднее). В начале 60-х годов XIX в. перешли к механическому способу добывания нефти и начали подвергать ее разгонке. Главным продуктом был керосин, который применяли в керосиновых лампах. Бензин из-за опасности обращения выбрасывали (сливали в овраги). Спустя 20 лет было установлено, что из нефти можно получать ароматические УВ.

Объяснение способов и процесса переработки нефти.

Издавна использовали физический процесс при переработке нефти, основанный на том, что в ее составе УВ с разной температурой кипения. Сырую нефть очищают, освобождают от газа, воды, сернистых соединений, а далее используя разницу в температурах кипения УВ, ее разделяют на фракции.

Фракции – смесь углеводородов, кипящих в определенном температурном интервале.

Этот процесс проводят в ректификационной колонне, где нагретая нефть при охлаждении разделяется на отдельные компоненты.

Ректификация – это процесс термического разделения нефти и нефтепродуктов на фракции.

Демонстрация коллекции нефти и нефтепродуктов

Самостоятельная работа обучающихся с учебником и заполнение таблицы «Переработка нефти»:

Название фракции	Температура кипения, °С	Химический состав	Продукты переработки
Ректификационные газы	менее 40	пропан, бутан	Газообразное топливо
Газолиновая	40-200	С5Н12 до С11Н24	Бензин Газолин – горючее, для освещения.
Лигроиновая	150-250	С8Н18 до С14Н30	Лигроин – сырье для производства химических реактивов
Керосиновая	180-300	С12Н26 до С18Н38	Керосин
Дизельное топливо	200-360	С13Н28 до С19Н36	Дизельное топливо
Мазут		С15Н32 до С50Н102	Соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин, гудрон, битум.

Первичная переработка – физический процесс. Известно, что в Японии из 1 т нефти получают около 97% бензина, в США – около 80%, в России – 50-55%. Почему такие цифры? Что является остатком первичной переработки?

Мазут – это ценное сырье, но области его применения не широки или его вообще просто сжигают. Но мазут можно подвергать переработке. Для этого используют вторичную переработку не самой нефти, а мазута.

Мазут подвергают химической переработке, получая при этом дополнительные количества бензина. Этот процесс называют крекингом.

Крекинг – процесс термического расщепления углеводородов. Первая в мире крекинг-установка была предложена русскими инженерами Шуховым и Гавриловым в 1891 году.

С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

                                                   гексадекан       октан        октен

Для получения более качественного бензина проводят – риформинг – ароматизация, процесс превращения алканов и циклоалканов в ароматические УВ. Путем химической обработки нефти в настоящее время получают многочисленные органические вещества. Этим занимается нефтехимическая промышленность.

·       Заезжая на бензозаправку мы видим колонки с надписями марок бензина: А-78 (80), А-92,  А-95. Что означают эти записи?

Буква А – автомобильный бензин. Цифра – «октановое число», т.е. детонационная устойчивость – это основная характеристика бензина, устойчивость бензина к сжатию в цилиндре внутреннего сгорания.

Низкая устойчивость – преждевременное воспламенение паров бензина, даже со взрывом. Поэтому наблюдаются такие явления в двигателе: резкий стук в цилиндре, затем резкий хлопок, похожий на взрыв.

Устойчивым к детонации является бензин, полученный каталитическим крекингом, поэтому его подвергают ароматизации, и прямой перегонке. Для качественной характеристики детонационной стойкости выработана октановая шкала (это эталон, а не реальный состав бензина). Октановое число изооктана (2,2,4 – триметилпентан) – 100% (max), н-гептана – 0% (min). Например, бензин марки А-95 устойчив к детонации так же, как смесь состава изооктана – 95% и н-гептана 5%.

·       А можно ли опытным путем определить качество бензина?

Да, можно. Для этого необходимо иметь воду, йодную настойку, бензин.

Проведем лабораторный опыт.

Нальем в пробирку немного воды 0,5 мл, затем йодной настойки и прильем бензин, встряхнуть. Наблюдаем за окраской. Если окраска исчезнет, то пред нами крекинг-бензин низкой марки, содержащий непредельные УВ (А-80).

Если йод окрасил верхний слой, то перед вами бензин прямой перегонки, не содержащий непредельные УВ (А-92). Этот опыт можно провести и с раствором перманганата калия вместо йодной настойки.

·       Как утечки нефти при её добыче и транспортировке влияют на состояние окружающей среды? Ежегодно происходят экологические катастрофы, причиной которых является использование людьми нефти в своей жизни. Как избежать загрязнения окружающей среды?

При всё возрастающих масштабах добычи и переработки нефти  большое значение приобретает охрана окружающей среды от загрязнения  нефтепродуктами. Причины загрязнения могут быть различными – утечка нефти при перевозке различными видами транспорта, поступление нефтепродуктов со сточными водами предприятий в водоемы и т.д. Растекаясь тонким слоем по поверхности воды, нефтепродукты нарушают ее газообмен с атмосферой, лишая растительные и животные организмы акватории нормальных условий жизнедеятельности. Для предупреждения подобных явлений принимают различные меры безопасности. На нефтеререрабатывающих заводах строят очистные сооружения – пруды, в которых нефтепродукты и другие органические соединения разрушаются микроорганизмами

IV.                         Закрепление знаний

Выполнение теста.

1. Основной компонент природного газа:

а) этан; б) бутан; в) метан.

2. Сопровождающим нефть является:         

а) конденсат; б) попутный газ; в) вода.

3. Основной тип переработки природного газа:

а) получение синтез-газа; б) как топливо; в) получение ацетилена.

4. Экономически и экологически выгодное топливо:

а) каменный уголь; б) природный газ; в) торф.

5. Перегонка нефти основана:

а) на разных температурах кипения составляющих компонентов;

б) на разности плотности составляющих компонентов;

в) на различной растворимости составляющих компонентов.

 6. Попутные нефтяные газы в основном ценны своей частью:

а) этан; б) метан; в) пропан-бутан.

7. Переработка нефтепродуктов с целью получения углеводородов с меньшей молекулярной массой называется:

а) разложение; б) крекинг.

V.  Домашнее задание

конспект

Составить схему областей применения важнейших продуктов, получаемых из природных источников углеводородов.

VI.                         Подведение итогов урока.

·       А теперь ответьте, пожалуйста,  на вопросы, которые записаны у вас на карточках.

Карта оценки полезности урока (для обучающихся)

·       Что из материалов урока Вам показалось интересным?

·       Что из материалов урока Вам показалось новым?

·       Был ли этот урок полезным для Вас?

·       Остались ли у Вас вопросы к учителю, нерешенные проблемы?