Разработка урока:"Природные источники углеводородов".

Урок№12-13  Природные источники углеводородов.

Цель урока: показать значение природных источников углеводородов и продуктов их переработки как источников энергии и химического сырья

Задачи урока

• образовательные: познакомить с природными источниками углеводородов, их составом и способами переработки;
• развивающие: активизировать познавательную деятельность учащихся, умение работать с дополнительными источниками информации, навыки исследовательской работы;
• воспитательные: формирование активной жизненной позиции учащихся при оценке экологических и социальных проблем, связанных с использованием природных источников углеводородов.
•  

Оборудование: мультимедийные средства обучения: компьютер, презентация урока в программе Microsoft Power Point, образцы нефти, колбы, раствор перманганата калия, мел, древесные опилки, пенопласт

Тип урока: изучение нового материала.

Форма проведения: урок-конференция

Реализуются элементы технологии информационно-исследовательских проектов, а также группового способа обучения. Заранее были распределены роли, учащиеся работали в группах по 2-4 человека, подготовили сообщения по предложенным темам, используя дополнительную литературу. Общеучебные умения и навыки формируются в процессе познавательной деятельности при переработке информации, полученной из различных источников. Это умение выделять главное, анализировать, делать выводы, развитие умений выступать перед одноклассниками, т.е. коммуникационная компетентность.

Межпредметные связи: химия, география, краеведение, экономика.

Учитель: Внимание! Некий класс химических соединений подчинил себе цивилизацию планеты Земля. Это невероятно многочисленный класс, но его отдельные представители состоят всего из двух элементов: углерода и водорода. Из-за обладания месторождениями и рынками сбыта этих веществ разгораются войны, возникают международные конфликты. Сегодня на уроке мы должны ответить на вопросы: что это за класс соединений, и можно ли ограничить сферы его влияния на планете Земля? Урок проводится в форме конференции, на которой мы выслушаем доклады специалистов. При этом мы должны выделить главное, законспектировать и сделать выводы.

Слайд 1. Итак, тема нашей конференции: «Природные источники углеводородов».

Слайд 2. Ее цель: показать значение природных источников углеводородов и продуктов их переработки как источников энергии и химического сырья.

Право открытия конференции предоставляется группе представителей СМИ, которая ознакомит вас с рассматриваемой проблемой.

Группа журналистов.

Слайд 3. Углеводороды в больших количествах извлекают из веществ природного происхождения: нефти, каменного угля, природного и попутного нефтяных газов. Именно они обеспечивают энергетические потребности человечества. При сгорании 1 кг нефти выделяется 46 тыс кДж, при сгорании 1м3 газа – около 38 тыс. кДж, в то время как 1 кг угля дает в лучшем случае только 29 тыс. кДж. Нефть – это «сгусток энергии»; при сжигании всего лишь 1 мл «черного золота» можно нагреть на 10°С ведро воды.

Кроме того, нефть, каменный уголь и природный газ служат сырьем для химической промышленности.

Группа лаборантов.

Слайд 4. Позвольте представить вашему вниманию результаты лабораторного опыта «Свойства нефти». Были исследованы образцы нефти Нивокиевского месторождения, находящегося на территории нашего  Безенчукского    района.

Нефть – маслянистая жидкость от желтого или светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она легче воды и в ней практически нерастворима.

Химический состав нефти

Нефть – это смесь различных углеводородов с примесями других веществ

Углеводороды: алканы, циклоалканы, ароматические.

Примеси: органические кислородные и сернистые соединения, вода, соли, песок, глина.

В зависимости от месторождений нефть имеет различный состав. Нефть Нивокиевского месторождения содержит циклические и непредельные углеводороды. Наличие последних удалось обнаружить с помощью раствора перманганата калия (наблюдали обесцвечивание раствора).кроме этого  имеются сернистые соединения.

Группа химиков-технологов рассказывает о переработке нефти.

Слайд 5. Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. Сырую нефть предварительно очищают от газов, воды и механических примесей (песок, глина, минеральные соли т.п.), а затем подвергают перегонке. Она основана на разности температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти. Основными аппаратами являются трубчатая печь и ректификационная колонна. Нефть нагревают в трубчатой печи до температуры 350°С, образовавшиеся пары вводят в ректификационную колонну снизу.

После отгонки указанных фракций, получивших название светлых нефтепродуктов, остается темная вязкая жидкость – мазут (С₁₉ – С₅₃). Его подвергают перегонке под низким давлением (вакуумной переработке). При этих условиях из мазута выделяют соляровые масла, вазелин, парафин. Остаток от перегонки мазута – гудрон – используется в производстве асфальтов.

При перегонке нефти получают от 5 до 20% ее главного продукта – бензина.

Проблема. Число средств автомобильного и авиационного транспорта растет с каждым годом. Бензин и керосин, получаемые при перегонке нефти не могут удовлетворить все возрастающий спрос. Каким образом можно получить бензин, керосин дополнительно?

Слайд 6. Для увеличения выхода высококачественных бензиновых фракций в 1891 г. русский инженер В.Г. Шухов предложил химический способ переработки нефти – крекинг. Сущность крекинга заключается в расщеплении крупных молекул углеводородов на более мелкие.

С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

Слайд 7. Исходным сырьем при вторичной переработке служат газойль, мазут.

Нефтепродукты подвергаются крекингу и риформингу. Риформинг (ароматизация) – это превращение алканов и циклоалканов в ароматические соединения.

Крекинг в зависимости от условий различают термический и каталитический.

Слайд 8. Таблица «Виды крекинга»

Группа экспертов по видам топлива. Качество топлива определяется стойкостью к детонации. Под детонацией понимают взрывное горение бензина при сжатии. Детонацию в основном вызывают углеводороды нормального строения. Разветвленные, непредельные, ароматические углеводороды снижают вероятность детонации. Детонационную стойкость характеризуют октановым числом. Детонационная стойкость гептана принята за 0, изооктана — за 100. Если октановое число марки бензина равно 95, то это значит, что пары бензина можно сжать без детонации как смесь 95% изооктана и 5% гептана. Бензин прямой перегонки имеет невысокое октановое число, т.к. в нем много углеводородов нормального строения.

Детонационная стойкость бензина повышается за счет проведения реакций изомеризации, ароматизации (риформинг) углеводородов или добавления к бензину специальных веществ, например, тетраэтилсвинец (ТЭС). Однако он очень ядовит, вызывает поражение нервной системы и др. тяжелые хронические заболевания. Поэтому при работе с этилированным бензином следует избегать его попадания на кожу и вдыхания паров.

Группа журналистов.

Слайд 9. Используя современные технологии, из нефти получают не только высококачественный бензин, но и непредельные и ароматические углеводороды – этилен, пропилен, бензол, толуол и др. Они применяются для изготовления мыла, стиральных порошков, взрывчатых веществ, растворителей, пластмасс, полиэтиленовой пленки, а значит – игрушек, посуды, различных предметов быта.

Слайд 10. Из нефти научились производить синтетический каучук (а значит – резину, растворители, лаки, пластмассу) и синтетические волокна – капрон, лавсан, найлон. Капроновое волокно в 2,5 раза прочнее натурального шелка. Капроновая нить с сечением 1 мм² выдерживает вес взрослого человека. В медицине пораженную часть кровеносного сосуда заменяют искусственной – из капрона или лавсана. В легкой промышленности из синтетических волокон производят ткани, одежду, белье, ковры. Нефть – это также сырье для добычи серы и редких элементов - стронция, ванадия, урана и др.

Из нефти получают даже продукты питания – искусственные масла, синтетический белок, которым подкармливают животных и птиц. Эксперты Всемирной организации здравоохранения предполагают, что в XXIв. Рацион каждого человека будет на 25-30% состоять из заменителей мяса и молока.

Группа историков.

Слайд 11. Самарская область — один из старейших нефтяных регионов страны.
Второй Баку
Интерес к нефтегазовым месторождениям в Среднем Поволжье возник еще в XVIII веке. В 1703 году газета "Ведомости" сообщала, что на реке Сок, протекающей на территории современной Самарской области, "нашли много нефти". В середине века о нефтяном потенциале местных земель упомянул в своем трактате "О слоях земных" Михаил Ломоносов. Однако первая исследовательская экспедиция на Волгу отправилась только в 1768 году. Возглавил ее русский ботаник Иван Лепехин, который и обнаружил близ села Яблоневый Овраг, в сотне километров от современной Самары, "твердую горную смолу — возгораемое вещество", а затем и "жидкую материю, которую окольные мордва и чуваши пьют от живота". Речь шла о горючих сланцах и нефти.

Спустя почти столетие, когда из нефти уже научились получать "осветительное масло" — керосин, изучать Средневолжский район прибыл геолог от Корпуса горных инженеров Геннадий Романовский, указавший в итоге ряд вероятных нефтеносных мест. Однако бурение скважин по его чертежам не дали результата. Пытали счастья и иностранцы — американский промышленник и директор "Общества минерального освещения" Ласло Шандор, учредители российского "Товарищества нефтяного производства братьев Нобель" Роберт, Альфред и Людвиг Нобели. И все же добытые ими объемы самарской нефти были ничтожны.

Поиски продолжались еще несколько десятилетий. В начале XX века выдающийся русский геолог Иван Губкин подтвердил, что в недрах Поволжья действительно немало нефти, однако образована она в девонский период. Это значит, что она не только отличается высоким качеством — содержит небольшое количество парафина, серы и других примесей, но и залегает гораздо глубже, нежели думали раньше.

Предположения Губкина оказались верными. В 1931 году под Самарой заложили три нефтяные поисковые скважины — в Яблоневом Овраге, у реки Сок и под Сызранью. Спустя три года на Яблоневской структуре были наконец извлечены первые литры волжской нефти.

В 1940 году уже после гибели Губкина, расстрелянного за "вредительство", была опубликована его работа "Урало-Волжская нефтеносная область", в которой он описал большие промышленные перспективы второго Баку — именно так он окрестил Самарскую область. В тот год на самарских месторождениях добыли уже 208 тыс. тонн нефти. Геологоразведка нефти успешно продолжалась даже в военные годы, и к 1945 году счет добываемого в регионе сырья уже шел на миллионы тонн.

В том же 1940 году Наркомнефтью СССР был утвержден проект строительства в Сызрани завода для глубокой переработки сернистых нефтей. Сызранский НПЗ был запущен в 1942 году, уже во время войны. В 1943 году было начато строительство еще одного НПЗ — Куйбышевского, и уже через два года на нем был выпущен первый автомобильный бензин. Для дальнейшего развития нефтепереработки в 1951 году был построен Новокуйбышевский НПЗ. Объединенные мощности трех предприятий позволяли перерабатывать до 30 млн тонн нефти в год.

Начиная с 1937 года в области начали создаваться сырьевые тресты (позднее нефтепромысловые управления) "Востокнефть", "Кинельнефть", "Жигулевскнефть", "Чапаевскнефть" и др. На их базе затем было создано государственное промышленное объединение "Куйбышевнефть". А в 1946 году под Самарой было открыто крупнейшее Мухановское месторождение, и с того момента регион в полной мере оправдал данное ему Губкиным название. Нефтедобыча возрастала больше 25 лет. Пик пришелся на 1972 год, когда было добыто 32 млн тонн нефти. Затем начался спад, продлившийся почти 30 лет, остановить который удалось только компании ЮКОС  К сожалению, в настоящее время большинство месторождений уже истощено и выработано до глубины 3000 м. Более глубокое бурение сказывается на себестоимости продукции.

Группа экологической экспертизы.

Слайд 12.

Океан седой гремит тревожно.
Он таит обиду в глубине,
Черные, раскачивая пятна
На крутой разгневанной волне.

Нефть – загрязнитель природной среды. В Мировой океан из различных источников ежегодно поступает 5-10 миллионов тонн нефти и продуктов ее переработки. При разливах нефти нефтяная пленка покрывает поверхность вод Мирового океана. Одна тонна нефти покрывает акваторию площадью от 2,6 до 12 км², при этом толщина нефтяной пленки не превышает 1 мм. Космические снимки показывают, что уже около 1/3 всей его поверхности покрыто маслянистой пленкой, которая снижает испарение, угнетает развитие планктона, ограничивает взаимодействие Океана с атмосферой.

В результате угнетаются процессы фотосинтеза, изменяется температурный режим воды.

Слайд 13.Буксир "Шлюзовой-130" с баржей "Бельская-75" сели на мель утром 13 июля  2009 года  в районе села Печерское Сызранского района Самарской области в 67 километрах вниз по течению от Самары. Был поврежден корпус грузового отсека, в результате чего нефтепродукты попали в Волгу.В Волге образовалось нефтяное пятно. В районе аварии были выставлены боновые заграждения, установлена дамба. Случившееся поставило Волгу на грань экологической катастрофы. Недавно в Волге появились сине-зелёные водоросли. При разложении они активно поглощают кислород и выделяют до 300 видов органических веществ – ядов. Так как биомониторинг на Волге ввиду отсутствия средств не ведется, 200 видов этих веществ до сих пор остаются неизвестными.

На волжских водохранилищах в пик летнего цветения пленка из сине-зеленых водорослей покрывает 20–30% поверхности. Отмершие водоросли, попадая на дно, увеличивают содержание фосфора и азота и создают идеальную среду для собственного самовоспроизведения. В результате происходит вторичное загрязнение. Ситуация осложняется тем, что после строительства  плотин  Волга потеряла способность к самоочищению, волжские водохранилища практически непроточные: 90% поступающего сюда материала, в том числе излишки фосфора и азота, не выносится течением, а оседает на дне. В итоге Волга начинает превращаться в "зеленую клоаку".Разлив нефти тяжелее всего бьет по организмам, обитающим в прибрежной зоне, особенно обитающим на дне или на поверхности.
Если авария произошла неподалеку от города или иного населенного пункта, то отравляющий эффект усиливается, потому что нефть/нефтепродукты образуют опасные "коктейли" с иными загрязнителями человеческого происхождения.
Рыбы больше всех страдают от разливов нефти. Массовая гибель рыбы, исключая молодь, происходит обычно при серьезных разливах нефти. Однако сырая нефть и нефтепродукты отличаются разнообразием токсичного воздействия на разные виды рыб. Почти летальный эффект нефть оказывает на сердце рыб, изменяет дыхание, увеличивает печень, замедляет рост, разрушает плавники, приводит к различным биологическим и клеточным изменениям, влияет на поведение.
Личинки и молодь рыб наиболее чувствительны к воздействию нефти, разливы которой могут погубить икру рыб и личинки, находящиеся на поверхности воды, а молодь – в мелких водах.
Влияние разливов нефти на беспозвоночные организмы может длиться от недели до 10 лет. Беспозвоночные чаще всего гибнут в прибрежной зоне, в отложениях или же в толще воды. Растения водоемов полностью погибают, если концентрация полиароматических углеводородов (образуются в процессе сгорания нефтепродуктов) достигает 1%.

Вы спросите - для чего нужны все эти срашилки?

Нам кажется  , что  такими  фактами мы заставим задуматься многих людей. Хотя понятно, что катастрофу с танкером мы предотвратить не в состоянии....

Но в наших силах - делать элементарные вещи: бережно относится к природе, отпускать "детей" и "маточную" рыбу. И убирать за собой мусор. Начните с себя, пожалуйста.

Мы будем с пятнами бороться
Мазута, нефти без конца.
И пусть борьба та отзовется
И в ваших душах и сердцах.

Группа лаборантов. Демонстрация опыта «Очистка воды от нефтяных загрязнений»

Лаборанты провели предварительно эксперимент с целью, выяснить, какой адсорбент лучше устраняет нефтяную пленку. Для опыта они использовали мел, древесные опилки и пенопласт.

Вывод: применяемые сорбенты (древесные опилки и пенопласт) требуют сбора и дальнейшей утилизации. В промышленных масштабах это довольно трудоемкий метод. Мел впитывает в себя нефть и очень быстро тонет, очищая поверхность воды, но нефть остается на дне и продолжает отравлять флору и фауну.

Группа экспертов по видам топлива.

Слайд 14.Геологический сосед нефти – природный газ – тоже непростое по своему составу вещество. Больше всего – до 95% по объему – в этой смеси метана. Присутствуют также этан, пропан, бутан, изобутан, азот, углекислый газ. Более тщательный анализ позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия.

Попутный нефтяной газ тоже является природным, но получил особое название потому, что встречается в составе месторождений нефти и растворен в ней под давлением. Попутные газы содержат меньше метана (30-50%), но больше его гомологов: этана, пропана, бутана и других углеводородов.

Слайд 15. Преимущества газообразного топлива перед твердым:

• энергетически выгодное топливо;
• легкость воспламенения;
• отсутствие золы и шлака при нагревании;
• отсутствие дыма, малое содержание оксида серы (IV), что улучшает экологию;
• удобство и дешевизна транспортировки.

Слайд 16. Именно поэтому газ становится постепенно энергоносителем номер один для коммунально-бытовых нужд и промышленных энергетических установок.

Слайд 17. В то же время он является важным источником сырья для химической промышленности (рассказ о продуктах газа).

Слайд 18. Как показывает анализ диаграмм, Россия является безусловным лидером в мировой добыче природного газа.

Слайд 19. Каменный уголь – это смесь веществ, состоящая из соединений углерода, водорода, кислорода и серы. Кроме органических соединений, в состав каменного угля входят некоторые неорганические вещества: Н₂О, H₂S, C.

В лучшем сорте угля – антраците, например, на углерод приходится 94%. Остальное достается водороду, кислороду и некоторым другим элементам.

Слайд 20. Доля Росси в мировой добыче угля составляет 5,1%.

Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. В нашей стране находится половина всех мировых запасов угля. Поэтому каменный уголь - важнейший вид сырья для химической промышленности. Одним из основных способов получения углеводородов из каменного угля является его коксование. При этом осуществляется сухая перегонка (пиролиз) при температуре 900-1200°С.

Слайд 21. Продукты коксования (состав и применение):

кокс (96 - 98% С, металлургия)

коксовый газ (60% Н₂, 70 % СО, 25% СН₄, отопление)

каменноугольная смола (бензол и его гомологи, фенолы, получение ароматических углеводородов)

сульфат аммония (производство удобрений),

Группа историков.

Слайд 22. Происхождение нефти.

Загадка, которую по-прежнему не могут разгадать ученые. Две теории, которые борются за право способ возникновения этой черной жидкости в недрах – абиотическая (неорганическая) и биотическая (органическая). Главный «строительный материал» первой – химические реакции, идущие в недрах земли. Нагретые горячей магмой углеводороды вступают в реакции и образуют нефть. Возможно, здесь и таится секрет огромной теплотворной способности нефти. В 70-е годы прошлого века люди научились бурить очень глубоко и добурились до таких глубин, где никаких осадочных пород не могло быть в принципе. К удивлению ученых в недрах планеты, в совершенно неживом базальте, тоже обнаружилась нефть, причем в промышленных количествах – сотни миллионов тонн. Следы нефти обнаружены даже в образцах Кольской сверхглубокой скважины (11 км).

Слайд 23. Согласно органической теории на дне морей скапливаются останки погибших растений и микроорганизмов. Постепенно под действием тяжести и без доступа воздуха отложения начали изменяться и со временем превратились в нефть и газ. От того, какая теория победит, зависит то, где нам искать новые месторождения. Если нефть действительно образовалась из «мертвой рыбы», то искать ее надо на том месте, где когда-то давно был древний океан. Если же это «кровь земли», которая в некоторых местах поднимается близко к поверхности, то искать ее нужно в местах крупных разломов земной коры.

Слайд 24.

Пока здесь вышки, как бамбук, росли,
Мы вдруг познали истину простую:
Что мы нашли не нефть, а соль земли,
И раскусили эту соль земную.
В.Высоцкий

Группа журналистов.

Слайд 25. Каждый день в различных котлах и моторах сжигается около 80 млн. баррелей нефти – ценнейшего невозобновляемого природного богатства земли. Как бы не были велики запасы ее в отдельных странах – например, Кувейте, Ираке и др. – потребности в ней столь огромны и так быстро растут, что по расчетам экспертов через 30-40 лет нынешняя расточительная цивилизация окажется у разбитого корыта. За это время численность населения Земли увеличится еще на три миллиарда, в несколько раз повысится потребление энергии в Китае, Индии и других странах. Если для производства электроэнергии все шире будут использоваться гидроресурсы, каменный уголь, атомная энергия, сила ветра, то для разных видов транспорта (морских и речных судов, самолетов, автомобилей, тракторов) пока нет альтернативных источников энергии, кроме продуктов нефтеперегонки. Сжиженный природный газ и спирты не могут в силу их более низкой энергоемкости стать полноценной заменой нефти.

Слайд 26. Россия занимает 1-е место в мире по запасам природного газа, 3-е – по запасам каменного угля, 7-е – по запасам нефти.

Слайд 27. Статистические данные говорят о том, что доля России в мировой добыче нефти больше, чем в переработке. По оценкам экспертов при нынешних темпах добычи нам может хватить нефти только на 20 лет.

Слайд 28. Если по добыче нефти наша страна занимает второе место в мире, то по потреблению - четвертое.

Результаты независимого журналистского расследования позволили нам установить, что часть нефти идет на экспорт. Россия занимает второе место в мире (после Саудовской Аравии) по экспорту сырой нефти, вывозя ежедневно 5,4 млн. баррелей (1 баррель равен 158,983 л). Государство вынуждено продавать нефть. Это важная статья формирования бюджета страны. Торговля полезными ископаемыми приносит стране прибыль, используемую государством в различных целях, в том числе и на приобретение в период экономического кризиса продовольственных и промышленных товаров.

Нефть – наше национальное богатство, важное стратегическое сырье, необходимо бережно, экономно к нему относиться.

Учитель: Благодарю всех участников конференции за плодотворную работу!

Сегодня мы выяснили, что углеводороды – наши незаменимые помощники. Они определяют экономический потенциал и мощь отдельных стран, они дают жизнь несметной армаде автомобилей, тракторов, самолетов, ракет. Они являются источниками энергии и химического сырья. Нефть называют «черным золотом», но такое сравнение снижает ее истинную ценность. Без золота можно прожить: в промышленности или приборостроении его можно заменить другими металлами. А без нефти в настоящее время не обходится ни одна страна. Человеку есть над чем задуматься. Мы должны сохранить нашу планету Земля во всей ее красе и в то же время не закрыть кладовую ее ресурсов.

Слайд 30. Полуотравленная газом,
По нефтяным болотам вплавь,
Куда ты рвешься? Где твой разум?
Взгляни в себя разумным глазом
Нельзя же все богатства разом -
Чуть-чуть грядущему оставь.
М.Дудин

Ресурсы:

1.     http://ru.wikipedia.org/wiki/Газ

2.     http://ru.wikipedia.org/wiki/Нефть

3.     http://ru.wikipedia.org/wiki/Уголь

4.     http://ru.kubanovedenie.ru/ neftyanaya-promyshlennost-krasnodarskogo-kraya

5.     Новошинский И.И, Новошинская Н.С. Органическая химия. 11 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Русское слово, 2009

6.     Химия. Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений (профильный уровень). Под редакцией проф. Н.Е. Кузнецова. М.: Вентана-Граф, 2007

7.     Большая серия знаний. Химия./ Коллектив авторов.- М.: ООО «ТД «Издательство Мир книги» «Русское энциклопедическое товарищество», 2006

8.     Социально-экономическая география мира. Справочное пособие (карты, диаграммы, графики, таблицы) под редакцией В.Н. Холиной. М.: Дрофа, 2008

Интегрированный  урок : Природные источники углеводородов.

Цели урока:

• 
  Познакомить с составом нефти и способами ее переработки.
• 
  Рассмотреть основные международные грузопотоки нефти, определить страны, которые остаются ведущими экспортерами нефти.
• 
  Перспективы развития нефтеперерабатывающей промышленности. Познакомить с экологическими проблемами, связанными с переработкой нефти.

^ Ход урока: Учитель химии.

Опрос домашнего задания:

1) Состав и применение природного газа.

2) Состав и применение нефтяного газа.

Работа по разноуровневым карточкам:

1. Осуществить превращения:

Записать в тетради тему урока. Прочитать цели урока.

Мы рождаемся и живем в мире продуктов и вещей, полученных из нефти. В истории человечества были каменный и железный периоды. Как знать может быть историки назовут нефтяным или пластмассовым наш период. Нефть – является наиболее титулованным видом полезных ископаемых. Ее величают и «королевой энергетики» и «царицей плодородия». А ее королевский сан в органической химии – «черное золото». Нефть создала новую отрасль промышленности – нефтехимию, она же породила ряд экологических проблем.

^ Сообщение ученика: Роль нефти в современном мире.

Нефть известна человечеству с давних времен. На берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э. Использовалась она для освещения жилищ, для бальзамирования. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческого огня». В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц.

Вначале 19 века в России из нефти путем перегонки было получено осветительное масло, названное керосином, который использовался в лампах, изобретенных в середине 19 века. В тот же период в связи с ростом промышленности и появлением паровых машин стал возрастать спрос на нефть как источник смазочных веществ. Внедрение в конце 60-х гг. 19 века бурения нефтяных скважин считается зарождением нефтяной промышленности.

На рубеже 19-20 веков были изобретены бензиновый и дизельный двигатели. Это привело к бурному развитию добычи нефти и способов ее переработки.

Нефть-это «сгусток энергии». Используя всего лишь 1 мл этого вещества, можно нагреть на один градус целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить ведерный самовар, нужно менее половины стакана нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает 1 место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с ней в этом отношении, так как содержание в них радиоактивных веществ настолько мало, что для извлечения 1 мг ядерного топлива надо переработать тонны горных пород.

Залежи сырой нефти и газа возникли 100-200 миллионов лет назад в толще Земли. Происхождение нефти- одна из сокровенных тайн природы.

Существует 2 теории происхождения нефти: неорганическая теория и органическая теория. Неорганическая теория- нефть образуется на основе карбидов металлов.

В нефти встречаются углеводороды сложного строения: половые гормоны, холестерин. Теория органического происхождения: произошла нефть на основе мельчайших организмов при их отмирании. В итоге на основе белков и жиров этих организмов получилась нефть.

Современная наука имеет веские доказательства того, что в доисторические времена микроскопические морские растения и животные оказались включенными в осадочные породы, образовавшиеся на дне моря. В результате все более глубокого погребения под толщей осадочных пород органические вещества подверглись воздействию высоких температур и давления, что привело к их термическому разложению и образованию нефти и газа.

^ Учитель химии: А сейчас познакомимся с физическими свойствами нефти.

Лабораторный опыт №1.

Тема: Физические свойства нефти.

Ход работы:

1. Рассматриваем пробирку с нефтью (масленичная жидкость, темно-бурого цвета, почти черного с характерным запахом.)

Нефть не напоминает по запаху бензин, с чем ассоциируется представление о ней. Аромат нефти придают сопутствующий сероуглерод, остатки растительных и животных организмов.

2. Растворяем нефть в воде (не растворяется, на поверхности образуется пленка). Плотность пленки меньше воды, поэтому она находится на поверхности.

Учитель биологии: О влиянии нефти (продолжение лабораторного опыта: обмакивание пера в стакан с водой на поверхности которой пленка из нефти).

^ Сообщение ученика: «Нефтяная чума».

«Нефтяная чума» появилась не сегодня и не внезапно. Еще в 1922 году в Великобритании принято постановление, запрещающее слив нефти в ее территориальные воды. В дальнейшем заключались международные соглашения, проводились международные совещания, создавались советы и комитеты по борьбе с нефтяным загрязнением морей. Но благополучного решения проблемы пока не видно.

Ежегодно в мировой океан по тем или иным причинам сбрасывается от 2 до 10 млн. тонн нефти. Аэрофотосъемкой со спутников зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана и их берега.

Источников поступления нефти в моря и океаны много: это сброс очистных вод, принос загрязняющих компонентов реками. В настоящее время из каждых 10 добываемых в море тонн нефти 7-8 тонн доставляется к местам потребления морским транспортом. Почти каждый год случаются крупные катастрофы. В 1967 году произошла авария супертанкера «Тори Каньон» у берегов Западной Европы. В море6 попало 120 тыс. тонн нефти. Огромное нефтяное пятно обезобразило прибрежные воды и берега Франции и Англии. Погибло 50 тыс. водоплавающих птиц, т.е. 90% морских птиц этих районов.

Если перечислять все происходившие за последние годы аварии судов, получится громадный список. А всего 1 литр попавшей в воду нефти лишает кислорода, столь необходимого рыбам, 40 тыс. литров морской воды.

1 тонна нефти загрязняет 12 км² поверхности океана. Личинкам некоторых морских рыб необходимо сделать первый глоток воздуха. Нефтяная пленка не позволяет этого сделать, и они гибнут.

Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое воды. Опасность встречи с нефтью здесь особенно велика. На 1 гектаре морской поверхности может погибнуть более 100 миллионов рыбок, если имеется нефтяная пленка. Чтобы ее получить достаточно вылить 1 литр нефти.

Некоторые составные части нефти несут гибель морским беспозвоночным и Ракообразным животным. Моллюски, например, накапливают канцерогенные вещества, извлекаемые ими из нефти.

Трудно перечислить все беды, которые причиняет «нефтяная чума» океану.

Учитель химии: Нефть природная смесь углеводородов различной молекулярной массы, содержащих от 5 до 50 атомов углерода. В состав нефти входят следующие классы органических соединений:

алканы

циклопарафины

ароматические углеводороды

В основном в состав нефти входят алканы, как линейного так и разветвленного строения. В ней найдены все изомеры гексана, гелтана. Кроме углеродов нефть содержит:

Состав нефти различных месторождений различен.

^ Учитель географии: Распределение основных запасов нефти в мире.

Слово «нефть» появилось в русском языке в 17 веке и происходит от арабского «нафата», что означает «извергать». Так называли в 4-3 тыс. до н. э. жители Месопотамии- древнего очага цивилизации- легковоспламеняющуюся маслянистую черную жидкость, которая действительно иногда извергается на поверхность земли в виде фонтанов.

Поэтому, с древних времен и до середины 19 века нефть добывали там, где она изливалась в виде источников, проходя по разломам и трещинам в горных породах. Но когда начали ее искать вдали от мест непосредственного выхода нефти, возникли вопросы: как это делать? где бурить скважины?

В ходе долгих геологических исследований, было установлено, что нефть скорее всего будет там, где мощные пласты осадочного чехла смяты в складки и разорваны тектоническими движениями земной коры, образуя куполовидные изгибы пластов, так называемый антиклинальный тип природного скопления углеводородов, называемый залежью. Участки земной коры, содержащей одну или несколько таких залежей, называют месторождениями.

В мире открыто более 27 тыс. нефтяных месторождений, но лишь небольшая их часть (1%) содержит ¾ мировых запасов нефти, а 33 супергиганта- половину мировых запасов.

Анализируя распределения мировых разведанных ресурсов нефти по регионам и странам,  приходим к выводу, что исключительная роль приходится на Юго-Западную Азию, а именно 2/3 мировых ресурсов нефти залегают в странах Персидского залива (СА, Ирак, ОАЭ, Кувейт, Иран).

Предлагаю, используя данные выполнить задание № 1(отметить на контурной карте 10 первых стран мира по разведанным ресурсам нефти).

^ Учитель химии: Нефть перерабатывают на нефтеперерабатывающих заводах.

Диск "Органическая химия 10-11 класс"/ Углеводороды/ Введения/ гиперссылка интерактивная анимация 1.1

Способы переработки нефти:

1) Физический метод (первичная переработка самой нефти)

2) Химический метод (вторичная  переработка, т. к. перерабатывается не сама нефть, а фракции, полученные в процессе первичной переработки)

Физический метод. Перегонку нефти осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и ректификационной колонны. По трубопроводу подается нефть, где она нагревается до t=320-3500и в виде смеси жидкости и паров поступает в колонну. Внутри она имеет горизонтальные перегородки с отверстиями, так называемые тарелки. Пары нефти подаются в колонну через отверстия, поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются. Менее летучие получаются на первых тарелках, боле летучие поднимаются вверх. При этом выделяют следующие фракции (заполнить таблицу).

Фракции	Состав фракции	t кипения	Применение

Остаток после перегонки (мазут) также подвергают вакуумной перегонке (при пониженном давлении) и получают: солярные масла (дизельное топливо), смазочные масла (машинные, цилиндровые), оставшаяся часть гудрон. Недостаток перегонки малый выход бензина (20%). (Спросить заполненную таблицу).

Химические способы переработки. (Выход бензина до 70%). Крекинг- слово произошло от «тухрек»- раскалывать, расщеплять. Способ изобретен русским инженером в 1891 г., в России начал осуществляться только после Октябрьской революции. Цель- получение бензинов, непредельных углеводородов. Сырье- соляровые фракции. Условия-t=470-5500. Р=2-7 Мпа. Процесс крекинга заключается в расщеплении молекул углеводорода с длинной углеродной цепью на более короткие под действием высокой t.

При термическом крекинге образуется много микромолекул газообразных углеводородов, которые можно использовать как сырье для получения спиртов, карбоновых кислот, В.М.С.(полиэтилен). Бензин низкого качества. В мире всего 10%  получают термического крекинга.

Каталитический крекинг, при нем расщепление углеводородов происходит при более низкой t  (450-5000) с применением катализаторов, процесс происходит с большой скоростью. Бензин более высокого качества, т. к. наряду с реакциями расщепления идет реакция изомеризации и образуются разветвленные углеводороды. Непредельных углеводородов содержится меньше, поэтому он более устойчив при хранении. Получают преимущественно авиационный бензин.

Пиролиз- наиболее жесткая форма термического крекинга, t больше 7000. Получают газообразные вещества (этилен, ацетилен). Сырье любое (от природного газа до нефти).

Риформинг- это процесс ароматизации бензина. Получают бензин высоких качеств и много ароматических углеводородов.

Таким образом, мы познакомились с основными способами переработки нефти.

^ Учитель географии: Топливная промышленность в мировом хозяйстве.

НПЗ, занимающееся переработкой нефти различные виды топлива (бензин, керосин, мазут) располагаются в основном в районах потребления. Поэтому в мировом хозяйстве образовался огромный территориальный разрыв между районами ее добычи и потребления. Выясним, почему?

В настоящее время нефть добывается более, чем в 80 странах мира. Между экономически развитыми и развивающимися странами мировая добыча (приближающаяся к 3,5 млрд. тонн) распределяется примерно поровну.

Чуть более 40% приходится на страны ОПЕК, а из отдельных крупных регионов особо выделяется Зарубежная Азия- прежде всего благодаря странам Персидского залива.

Проанализируем данные, так, на страны Персидского залива приходится 2/3 мировых разведанных запасов нефти и около 1/3 ее мировой добычи. 4страны этого региона добывают более 100 млн. тонн нефти в год каждая, при этом в данном списке лидирует СА, занимающая 1 место в мире. Остальные же регионы по размерам добычи нефти распределяются в таком порядке: Латинская Америка, Северная Америка, Африка, СНГ, Северная Европа. При этом большая часть энергоресурсов, прежде всего нефти , добываемой в развивающихся странах вывозится в США, Западную Европу, Японию, которые будут всегда испытывать высокую зависимость топливного импорта в промышленности.

В результате между многими странами и континентами образовались устойчивые «энергетические мосты»- в виде мощных, прежде всего океанических, нефтяных грузопотоков.

Таким образом ведущими экспортерами нефти в настоящее время остаются страны ОПЕК (почти ОПЕК 2/3 мирового экспорта), Мексика и Россия. Отсюда наиболее мощные экспортные грузопотоки нефти имеют следующие направления:

Закрепляя предложенный материал, выполните задание № 2 на контурных картах. Отметьте основные грузопотоки нефти.

^ Учитель химии: Нефть используется в мировом  хозяйстве, не только как энергоресурс, но и широко применяется в химической промышленности.

Сообщение ученика: Применение бензина широко распространенно в автомобильной промышленности. Лигроин используется как горючее для тракторных двигателей, керосин- для реактивных авиационных двигателей, газойль – дизельное топливо. Из мазута получают солярные масла- дизельное топливо, смазочные масла, вазелин, парафин. В настоящее время наибольшую ценность среди нефтепродуктов представляют бензиновая и керосиновая фракции. Причем первая применяется не только как горючее для химической промышленности. В процессе крекинга нефти полученные продукты применяют: в получении взрывчатых веществ, лекарственных мазей, мазей для приготовления парфюмерных изделий, волокна лавсана, растворителей, бутадиенового каучука, бутадиенстирольного каучука, горючего для двигателей внутреннего сгорания.   

^ Учитель биологии: Продукты переработки нефти широко используются, но они создали большие экологические проблемы.

Диск "Органическая химия 10-11 класс"/ Углеводороды/ Введения/ гиперссылка интерактивная анимация 1.2

Сообщение ученика: Средний состав отработанных газов:

Оксид углерода СО- угарный газ. Ядовитый газ без цвета и запаха. При вдыхании связывается с гемоглобином крови. Небольшие концентрации вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедление реакции у водителя. Высокая концентрация даже при кратковременном воздействии может привести к смерти. Кислородное голодание прежде всего разрушает головной мозг и особенно пагубно для сердечной мышцы, вызывает заболевание сердца- стенокардию.

Альдегиды. Относятся к отравляющим веществам, раздражающе действуют на глаза, дыхательные пути, поражая почки и печень.

Оксиды азота. Растворяясь в воде, образуют азотистую и азотную кислоты, являются причиной кислотных дождей. Эти же кислоты образуются в верхних дыхательных путях организма, разъедая их.

Сажа. Чем больше сажи, тем чернее дым. Сажа действует на органы дыхания, как любая пыль, но самое страшное, что на поверхности частиц сажи оседают канцерогенные вещества.

Канцерогенные вещества /в частности бензпирен/. Очень опасны для человека даже при малой концентрации, поскольку накапливаются в организме, эти вещества вызывают раковые заболевания.

Свинцовые соединения. Яды, поражающие центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт, нарушающие процессы обмена веществ. Соединения свинца накапливаются в организме до опасных концентраций. Вблизи автомагистралей они накапливаются в почве и растениях.

Сернистый газ.С парами воды в атмосфере образует серную кислоту. Длительное вдыхание вызывает нарушения деятельности нервной системы.

Таким образом, продукты переработки нефти отрицательно действуют на организм человека, но без автомобиля трудно представить сейчас жизнь людей, поэтому необходимо искать новые безопасные виды топлива, либо изменять конструкцию двигателей, чтобы сделать их более безопасными для человека.

^ Учитель географии: Перспективы развития отрасли в России.

Несмотря на многочисленные серьезные проблемы, связанные с добычей и переработкой нефти на территории России из-за Особенностей ГП страны, суровости ее климата, необходимости преодолевать огромные расстояния- топливная, в том числе нефтяная промышленность имеет гораздо большее значение, чем в других странах.

Проведу краткий обзор современного развития данной отрасли в стране.

Так, около 2/3 российской нефти добывается в Тюменской области. Около ¼ нефти добывается в Волго-Уральском районе. На все остальные районы приходится лишь 7-8% общероссийской нефти.

Недавно начались разработки нефти в перспективных районах- на шельфах Баренцево и Охотского морей. Эти районы находятся в очень суровых условиях, и добыча обойдется еще дороже. Поэтому все более значимой становится экономия нефти и нефтепродуктов: использование автомобилей с меньшими затратами бензина сокращение жидкого топлива для отопления.

Необходимо, также отметить о том, что на территории Биробиджанского района найдены залежи нефти, в дальнейшем необходима государственная разведывательная работа по определению целесообразности разработки данного месторождения.

Необходимо отметить огромную значимость этого сырья для внешней торговли России. Так, именно благодаря вывозу топлива наша страна имеет возможность ввозить продовольствие, товары народного потребления, оборудование. Более того, эта отрасль- одна из основных плательщиков налогов в государственный бюджет.

^ Учитель химии: Самостоятельная работа.

Биология

1. На какие природные сферы и как влияет нефть и продукты ее переработки?

2. Какие меры применяются для очистки воды от нефти?

Химия

1. Перечислите продукты, получаемые при перегонке нефти.

2. Сравните термический и каталитический крекинг.

География

1. Как называется международная организация стран –экспортеров нефти?

2. Какая страна в мире занимает первое место по добыче нефти?

Подведение итогов урока

Цели и задачи урока: Познакомить учащихся с нефтью как естественноисторическим телом, гипотезами происхождения нефти,  составом и свойствами. Углубить и расширить представления школьников о природных источниках нефтехимического сырья, доказать, что нефть – ценный источник углеводородов. Формировать умения самостоятельно работать с новыми источниками информации: анализировать, систематизировать, классифицировать, отбирать требуемую информацию. Развивать творческие и аналитические способности учащихся, умение аргументировать собственное мнение. Формировать умение работать в группах. Воспитывать чувство “локтя”, ответственности, взаимопомощи и взаимоподдержки. Поддерживать познавательный интерес к предмету. Оборудование: банка с нефтью,  коллекция «Нефть и нефтепродукты», информационный текст «Нефть. Состав и переработка нефти. Нефтепродукты», презентации учащихся, видеофрагмент из кинофильма «Большая перемена», мультимедийное оборудование. ХОД УРОКА I. Подведение к теме Здравствуйте ребята! Сегодня перед нами стоит задача познакомиться с нефтью, её составом, свойствами и способами переработки. В ходе нашего урока хотелось бы также получить ответы на такие важные в наше время вопросы, как: Почему запасы углеводородного сырья определяют экономический потенциал и мощь страны, а по уровню их переработки можно судить об уровне цивилизации общества? Почему в нашей обыденной жизни мы тоже зависим от этой невзрачной на вид жидкости (демонстрирую  нефть)? Одним словом, почему нефть так важна для человека, и среди полезных ископаемых нефть называют «королевой энергетики», именуют её «чёрным золотом»? Ответить на все эти вопросы нам поможет сегодняшний урок, в подготовке которого вы принимали самое активное участие. Каждая из пяти  групп выполняла проектную работу по определённой теме. Критерии оценки проекта вы получили заранее. И  от вашего ответа зависит успех всей группы.  Но кроме этого вы работаете по остальным вопросам на выданных вам листах.  Возьмите эти листы. Прочитайте текст и сделайте пометки + (знаю), ? (не знаю, не уверен в этих знаниях или  хотел бы расширить свои знания по этому вопрос). 1. Нефть – основной источник углеводородного сырья. 2. Нефть – это сложная смесь углеводородов, в основном алканов линейного и разветвлённого строения, содержащих в молекулах от 5 до 50 атомов углерода. 3. Чтобы выделить из нефти индивидуальные вещества её подвергают переработке. 4. Перегонка – это физический способ разделения смеси компонентов с различными температурами кипения. 5. Крекинг – это процесс термического или каталитического разложения  углеводородов, содержащихся в нефти. 6. Детонация – это взрыв смеси газов в двигателях внутреннего сгорания при сжатии. 7. Октановое число – это число, показывающее стойкость к детонации бензина. Поднимите руки те, у которых возникли вопросы после прочтения данного текста. Чтобы вы смогли убрать вопросительные знаки с этого текста, я предлагаю вам внимательно послушать выступления представителей каждой группы и рассмотреть нефть с разных позиций. II. Изучение нового материала II. 1. Защита проекта «Нефть как природный источник углеводородов» (защита сопровождается компьютерной презентацией (см. Приложение 1)) Исторические сведения Нефть известна человечеству с давних времен. Как показали археологические раскопки, на берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э.  Нефть использовалась  для освещения жилищ, добавлялась в состав  для бальзамирования трупов. В Китае бурение было известно ещё в XVIII в. до нашей эры. Для ее добычи строились нефтяные колодцы. Китайцы употребляли нефть для освещения, как лекарство и в военных целях. Китайские воины из “огненных повозок” бросали горшки с горящей нефтью в ряды врагов. В VII веке н. э. Византийцы создали так называемый “греческий огонь”. В одном из многочисленных рецептов, которые греки хранили в глубочайшей тайне, написано "Возьми чистую серу, нефть, винный камень, смолу, поваренную соль, деревянное масло; хорошенько провари все вместе, пропитай этим составом паклю и подожги. Такой огонь можно погасить только песком или винным уксусом". В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц. В ХV веке в Париже появились первые асфальтированные улицы. Главное, нефть стали использовать для керосиновых ламп, для заделывания щелей и смоления судов Несмотря на то, что, начиная с 18 века, предпринимались отдельные попытки очищать нефть, она использовалась почти до 2-ой половины 19 века в натуральном виде. В  этот период  в связи с ростом промышленности и появлением паровых машин стал возрастать спрос на нефть как источник смазочных веществ. Это привело к бурному развитию добычи нефти и способов ее переработки. Первые нефтяные компании перевозили нефть в винных бочках, баррелях, вместимостью 48 галлонов или 180 литров. Потом стали наливать по 42 галлона, или 159 литров. В коммерции баррель (42 галлона) до сих пор служит для измерения количества нефти. Происхождение нефти Происхождение нефти является одной из тайн природы. Спор об этом относится к числу “великих геологических споров”, еще не завершенных. Существует 2 теории происхождения нефти: неорганическая теория и органическая теория. Предложение о неорганическом происхождении нефти выдвинул в 1876 г. Д.И. Менделеев. Он считал, что вода, попадающая в недра Земли по трещинам-разломам в земной коре, под действием высоких температур и давлений реагирует с карбидом железа, образуя углеводороды, которые поднимаются по трещинам породы, скапливаясь в пустотах – ловушках. Основы биогенной теории происхождения нефти в нашей стране заложили академики В.И. Вернадский и И. М. Губкин. Согласно этой теории нефть образовалась из остатков наземной растительности, которые сносились реками в водоёмы, и морского зоо- и фитопланктона. Один из существенных доводов в пользу этой точки зрения наличие в составе нефти спор и пыльцы растений, а также азотсодержащих органических соединений, вероятно, ведущих своё происхождение из хлорофилла растений и гемоглобина животных. Вопрос о происхождении нефти имеет не только теоретическое значение. Он прямо связан с проблемой исчерпаемости ресурсов природных источников углеводородов. Согласно биогенной теории запасы нефти образовались в ранние геологические эпохи, и сейчас, сжигая углеводородное топливо, человечество необратимо тратит ту энергию, которую запасли доисторическое живые организмы. Если же нефть постоянно образуется в глубинах Земли, то бурение глубоких скважин позволит найти практически неисчерпаемые запасы. Окончательное решение этого вопроса учёным ещё предстоит найти, хотя на сегодняшний день все-таки наиболее доказанной считается теория биогенного происхождения нефти. Что такое нефть? Нефть – горючая маслянистая  жидкость обычно темного цвета, иногда почти чёрного, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная,  с резким своеобразным запахом, немного легче воды (плотность 0,73-0,97 г/см3), в воде нерастворима. Нефть – жидкость очень сложного состава, включающая в себя около 1000 различных веществ, большая часть которых – углеводороды (90%)и органические соединения, содержащие кислород, серу, азот и другие элементы. Остальные компоненты нефти включают воду, соли и механические примеси (глину, песок и т.д.) Обычно нефть содержит три вида углеводородов – парафины, циклопарафины (нафтены) и ароматические. Большая роль в изучении состава нефти различных месторождений принадлежит российским химикам Д.И. Менделееву, В.В. Марковникову, Н.Д. Зелинскому и др. Добыча нефти Нефть добывают в основном с помощью бурения скважин на суше, морях и океанах. Нефть и сопутствующий газ находятся в пластах под давлением, поэтому нефть как бы вытесняется давлением на поверхность. Такой способ добычи называется фонтанным. По мере добычи нефти давление в пласте уже становится недостаточным, поэтому это давление создают искусственно. Для этого бурят рядом не одну, а две скважины и в одну из них пропускают газ под определенным напором, а через другую скважину этот газ вытесняет оставшуюся нефть. Нефть, только что добытую из скважины, называют сырой. Сырая нефть – это сложное вещество, имеет вид маслянистой жидкости и представляет собой смесь углеводородов. Всего всех углеводородов входящих в состав смеси около 70 %. А остальные 30 % - это неуглеводородные компоненты и вода. Если отделить воду от нефти, то получим товарную нефть. Однако ее нельзя использовать ни в качестве топлива, ни в качестве сырья для химических процессов. Она должна быть переработана. Транспортировка нефти по суше в настоящее время осуществляется путем нефтепроводов, железнодорожных цистерн, между континентами ― с помощью танкеров. II. 2. Защита проекта «Перегонка нефти как начальная стадия нефтепереработки» Немного из истории… В 1840 г. губернатор г. Баку направил в санкт-петербургскую Академию наук несколько бочек с нефтью для изучения её промышленного использования и получил через некоторое время ответ: «Это вонючее вещество пригодно только для смазки колёс у телеги». Ответ характеризовал сотрудников академии с не лучшей стороны – в эти годы уже появились первые перегонные заводы в России (на Кавказе) и в Америке. Переработку нефти на Кавказе впервые начали братья Дубинины, крепостные из Владимирской губернии. Аппарат Дубининых был очень прост. В качестве топлива для перегонки нефти использовались дрова. Основной целью перегонки было получение керосина.  Из 30 вёдер нефти получали 16 вёдер керосина. Керосин широко применяли как топливо для керосиновых ламп, керогазов. Интересно, что остальную часть нефти обычно уничтожали сжиганием, она долгое время не находила применения. Однако с изобретением двигателя внутреннего сгорания именно эта фракция – бензин – оказалась едва ли не самым главным, самым ценным продуктом нефтепереработки. Современная нефтепереработка – это сложный комплекс производственных процессов, направленный на получение нефтепродуктов, а также сырья для нефтехимии и органического синтеза. До стадии перегонки нефть  очищают от примесей солей и воды. Так как нефть – сложная смесь природных углеводородов различной молекулярной массы, то первичная переработка – это перегонка нефти, которая позволяет разделить нефть на отдельные фракции в соответствии с температурой кипения углеводородов. Перегонка основана на разнице температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти, т.е. перегонка – физический процесс, с углеводородами не происходят химические превращения. В  промышленности перегонку нефти осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и  ректификационной (разделительной)  колонны. В печи находится змеевик (трубопровод). По трубопроводу непрерывно подается нефть, где она нагревается до 350°С и в виде паров поступает в ректификационную колонну (стальной цилиндрический аппарат высотой 50 - 60 м). Внутри она имеет горизонтальные перегородки с отверстиями, так называемые тарелки. Пары нефти подаются в колонну и через отверстия поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются. Менее летучие углеводороды конденсируются уже на первых тарелках, образуя газойлевую фракцию. Более летучие углеводороды собираются выше и образуют  керосиновую фракцию, ещё выше собирается  лигроиновая фракция. Наиболее летучие УВ выходят в виде паров из колонны и сжижаются, образуя бензин. Часть бензина подается обратно в колонну для орошения поднимающихся паров. Это способствует охлаждению и конденсации соответствующих УВ. Жидкая часть нефти, поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя  мазут, представляющий собой ценную смесь большого количества тяжёлых углеводородов. Такая перегонка называется фракционной. Состав фракций и интервалы их температур кипения на разных заводах могут сильно различаться в зависимости от исходного состава нефти. И, кроме того, на современном производстве перегонка происходит не в одной, а последовательно в нескольких ректификационных колоннах. Это обусловлено экономическими соображениями (меньше затраты энергии) и необходимостью получить более чистые продукты. Главный недостаток такой перегонки ― малый выход бензина (не более 20 %). II. 3. Задание классу Используя  § 10 учебника  (О. Габриеляна)  (стр. 59 -60), заполните таблицу: Продукты фракционной перегонки нефти Название фракции Состав tкипения Применение Ректификационные газы Газолиновая фракция (бензин) Лигроиновая фракция Керосиновая фракция Дизельное топливо Мазут А сейчас внимание на экран. Вы просмотрели видеофрагмент из кинофильма «Большая перемена». О чём идёт речь в этом фрагменте? (о крекинге нефтепродуктов). Так что же  такое крекинг нефтепродуктов? Ответ на этот вопрос нам даст 3 группа. II.4.  Защита проекта «Крекинг нефтепродуктов» Термический крекинг Для получения высококачественных нефтепродуктов фракции нефти подвергают вторичной переработке, так как при прямой перегонке получается только 15-20 % бензина, остальное –  высококипящие продукты. Их  высокая температура кипения обусловлена тем, что молекулы таких углеводородов представляют собой слишком длинные цепи.  Процесс расщепления углеводородов нефти на более летучие вещества называется  крекингом (англ. to crack – колоть, расщеплять). Крекинг даёт возможность значительно повысить выход бензина из нефти. Впервые крекинг-процесс в России предложил в конце 19 века  инженер Владимир Григорьевич Шухов. Сущность крекинга заключается в том, что при нагревании происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие, в том числе на молекулы, входящие в состав бензина. Обычно расщепление происходит примерно в центре углеродной цепи по С—С-связи, например: С16Н34 → С8Н18 + С8Н16 гексадекан октан октен Однако разрыву могут подвергаться и другие С—С-связи. Поэтому при крекинге образуется сложная смесь жидких алканов и алкенов. Получившиеся вещества частично могут разлагаться далее, например: С8Н18 → С4Н10 + С4Н8 октан бутан бутен С4Н10 → С2Н6 + С2Н6 бутан этан этилен Такой процесс, осуществляемый при температуре около 470°С -550°С и небольшом давлении,   называется   термическим     крекингом. Этому процессу обычно подвергаются высококипящие нефтяные фракции, например мазут. Бензин, получаемый термическим крекингом, невысокого качества, не стоек при хранении, он легко окисляется, что обусловлено наличием в нём непредельных углеводородов. Более перспективен каталитический крекинг. Этот процесс был впервые осуществлён в 1918 году Н.Д. Зелинским. Его проводят в присутствии катализатора (алюмосиликатов: смеси оксида алюминия и оксида кремния) при температуре 450 — 500°С и атмосферном давлении. Обычно каталитическому крекингу подвергают дизельную фракцию. При каталитическом крекинге, который осу­ществляется с большой скоростью, получается бензин более высокого качества, чем при термическом крекинге. Это связано с тем, что наряду с реакциями расщепления происходят реакции изомеризации алканов нормального строения. Кроме того, образуется небольшой процент ароматических углеводородов, улучшающих качество бензина. Бензин каталитического крекинга более устойчив при хранении, так как в его состав входит значительно меньше непредельных углеводородов по сравнению с бензином термического крекинга. Таким образом, высокое качество бензина, получаемого каталитическим крекингом, обеспечивается наличием в его составе разветвленного строения углеводородов и ароматических углеводородов. II.5. Защита проекта «Бензин: состав и октановое число. Детонация» Бензин – основное топливо для двигателей внутреннего сгорания. От его качества зависит работа двигателя, его долговечность, скорость передвижения. Давайте посмотрим, как работает автомобильный двигатель. Смесь паров бензина с воздухом засасывается в цилиндр и сжимается поршнем.    Сжатая смесь поджигается электрической ис­крой от запальной «свечи». Углеводороды, входящие в состав сме­си, сгорают с образованием оксида углерода (IV) и воды, а так­же оксида углерода (II). Образующиеся газы двигают поршень, совершая работу. Чем сильнее сжимается смесь паров бензина и воздуха, тем больше мощность двигателя. Однако смеси некото­рых углеводородов, входящих в состав бензина, сгорают со взры­вом еще до достижения максимального сжатия. И происходит это не от электрической искры, а от высокой температуры в цилин­дре. При этом взрывная волна стихийно распределяется в сжа­том пространстве цилиндра. Она с огромной скоростью ударяет о поршень, о чем свидетельствует характерный стук в двигателе. Та­кое взрывное сгорание, называемое детонацией, приводит к преж­девременному износу двигателя. Было установлено, что детонацию в основном вызывают угле­водороды нормального (неразветвленного) строения. В то же вре­мя углеводороды с разветвленной углеродной цепью, а также не­предельные и особенно ароматические углеводороды допускают значительное сжатие паров бензина с воздухом. Для характеристики качества бензина разработана октановая шкала. Каждый вид автомобильного топлива характеризуется октановым числом. За ноль принята способность к детонации у н-гептана, который детонирует очень легко. Октановое число относительно устойчивого к детонации 2,2,4 – триметилпентана, чаще называемого изооктаном, принято за 100. По этой шкале бензин с октановым числом 92 имеет такие же детонационные свойства, как смесь 92 % (по объёму) изооктана и 8 % гептана. Именно октановое число указывают в маркировке бензина. Чем выше октановое число, тем мощнее может быть двигатель. Октановое число бензиновой фракции, получаемой непосредственно перегонкой нефти, не превышает 65 – 70, такой бензин не подходит для современных двигателей.  Бензин с более высоким октановым числом получается при крекинге. В зависимости от типа крекинга бензин имеет октановое число 70 -80. Качество бензина можно улучшить также  риформингом.  Риформинг – это процесс ароматизации бензинов, осуществляемый путём нагревания их в присутствии платинового катализатора. Более дешёвый и лёгкий путь увеличения октанового числа состоит в добавлении к бензину некоторых веществ, изменяющих характер горения топлива. Так, детонационную стойкость бензина увеличивают небольшие количества тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4. Такой бензин называют этилированным. Однако при его использовании в окружающую среду из выхлопных газов попадают чрезвычайно вредные для неё и здоровья человека соединения свинца. Чтобы отличить этилированный бензин от обычного, его окрашивают в красновато-фиолетовый цвет.  Во многих странах и большинстве городов России использование этилированного бензина запрещено. В настоящее время в мире широко распространены антидетонационные кислородсодержащие добавки к моторному топливу, такие, например, как метанол,  этанол и другие. При сгорании топлива с этими добавками в выхлопных газах не появляется никаких дополнительных загрязнений. К сожалению, в России пока применение кислородсодержащих добавок распространено мало. Об экологических проблемах, связанных с нефтью расскажет 5 группа. II.6. Экологические проблемы, связанные с нефтью Нефть нерастворима в воде и её плотность меньше, чем у воды, попадая в неё, нефть растекается по поверхности, препятствуя растворению кислорода. Давайте проведём эксперимент, доказывающий эти рассуждения. Порядок выполнения эксперимента: Добавим  небольшое количество нефти в стакан с водой. Жидкости не смешиваются. Мы наблюдаем нефтяную плёнку на поверхности воды. Если нефть попала в водоём, то   нефтяная пленка на поверхности воды нарушает обмен тепла, влаги и газов между водной средой и атмосферой, в результате нарушается биологическое равновесие.             Количество поступающей за год в Мировой океан нефти оценивается в 5–10 млн. т. Нефть и нефтепродукты попадают в океан не только при аварии судов, но и при  разведке, добыче и сливе балластных вод танкерами. 1 л разлитой нефти загрязняет приблизительно около 40 тыс. л  морской воды. Воздействие нефти на экосистемы проявляется по-разному, в зависимости от степени загрязнения. Это может быть: Непосредственное отравление живых организмов с летальным исходом. Нарушение физиологической активности. Прямое обволакивание нефтепродуктами живых организмов, отсутствие доступа кислорода. Возникновение болезней, вызванное попаданием в организм углеводородов. Негативные изменения в среде обитания. Слово учителя.  Молодцы! Выступление, какой группы вам понравилось больше всего? Сделайте соответствующие отметки в листах оценки. III. Подведение итогов урока Нефть – главный товар в мире, от цены которого в немалой степени зависит «самочувствие» глобальной экономики. Нефть и продукты ее переработки – то, без чего сегодня человечество не проживет и дня. Мы рождаемся и живём в мире продуктов и вещей, полученных из нефти. Но сожалением приходится констатировать, что более 90 % этого ценнейшего углеводородного  сырья расходуется пока как топливо, только оставшиеся 10 % тратятся на химическую переработку. В  заключение нашего урока я бы  хотела, чтобы вы объяснили, почему Д.И. Менделеев говорил, что топить нефтью, это всё равно, что топить ассигнациями? (ученики высказывают свои предложения). Менделееву приписывают не совсем то, что он имел в виду, - фраза, конечно, не имела отношения к важности развития нефтехимических производств. Эти слова сказаны в связи с сжиганием лёгкой бензиновой фракции. Но, к сожалению, по бережливости с углеводородным сырьём мы ушли не намного дальше. Достаточно вспомнить факелы попутных нефтяных газов в районах нефтедобычи и факелы над нефтеперерабатывающими заводами. Напрасно сжигая нефтепродукты, человечество приближает момент их исчерпания. По прогнозам, нефти в мире должно хватить на 40 лет. Кроме того, сжигание углеводородного сырья приводит к печальным экологическим последствиям: от смога на улицах городов до увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере Земли, которое, по мнению некоторых учёных, может привести к глобальному изменению климата на планете. Презентации к уроку см. в Приложении 2, Приложении 3.