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?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.