Коллеги - педагогический журнал Казахстана
Учительские университеты
| Главная » Статьи » В помощь учителю » Химия |
Разработка урока по теме: "Природные источники углеводородов. Нефть"
| Поурочный план по химии. Тема урока: Природные источники углеводородов. Нефть. Тип урока: комбинированный. Цель: Ознакомить учащихся с практическим применением и получением углеводородов. 1. Образовательные задачи: обобщить знания учащихся о природных источниках органических соединений и их переработке; показать успехи и перспективы развития нефтехимии и коксохимии; углубить знания учащихся из курса экономической географии о газовой и нефтяных отраслях промышленности, современных направлениях переработки сырья. 2. Развивающие задачи: развивать представление учащихся о взаимосвязи между строением и свойствами веществ и применением на основе этих свойств; развивать самостоятельность в работе с учебной литературой; развивать умение учащихся выделять наиболее важные моменты при изучении нового материала. 3. Воспитательные задачи: воспитывать у учащихся уважение к мнению других членов коллектива; обратить особое внимание учащихся на проблемы, связанные с охраной окружающей среды. Методические приемы: объяснение нового материала в форме эвристической беседы с применением элементов методики критического мышления. Оборудование: штатив с пробирками, бензол, нефть, табл. «Схема трубчатой установки для непрерывной перегонки нефти», коллекция «Уголь», «Нефть». ПЛАН УРОКА. 1. Орг. момент. 2. Сообщение целей урока. 3. Актуализация знаний: • Решение задачи: Определите объём кислорода и воздуха, необходимые для сжигания 78 г бензола (у доски). • Фронтальный опрос: 1. Какой класс углеводородов мы изучали на предыдущем уроке? 2. Почему он имеет такое название? 3. Что вы можете сказать об особенностях строения данного класса соединений? 4. Способны ли арены при обычных условиях обесцвечивать растворы КМnО4 и бромной воды? Почему? 5. Бензол – горючее вещество? (демонстрация). 6. Почему выделяется много копоти при горении? (Доказать путём математического расчёта). 7. Применение бензола и его гомологов. • Письменный опрос по теме «Углеводороды».(7-10 мин, приложение 1) 4.Формирование новых знаний. Какие природные источники углеводородов вам известны? (вместе с учащимися составляется блок-схема) природные источники углеводородов уголь природный газ попутный нефтяной газ нефть План урока: 1. Природный газ. Попутный нефтяной газ. 2. Коксохимическое производство. 3. Нефть и нефтепродукты. 4. Охрана окружающей среды. 1. Природный газ. Попутный нефтяной газ. Средний состав природного газа (по объёму) СН4-80-97% Состав природного газа различных месторождений С2Н6-0,5-4% неодинаков. Наиболее ценится газ с высоким содержанием С3Н8-0,2-1,5% метана. С4Н10-0,1-1,0% Запасы природного газа на нашей планете очень N2, H2S,CO2 и др.-2-13% велики (примерно 1015 м3). По запасам природного газа первое место в мире принадлежит России. Где находит применение природный газ? Природный газ является ценнейшим видом топлива. При сгорании газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергетически эффективным и дешёвым топливом в котельных установках, доменных, мартеновских и стекловаренных печах. Использование на производстве природного газа даёт возможность повысить производительность труда. Природный газ – источник сырья для химической отрасли промышленности: получение ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, красителей, медикаментов и других продуктов. Попутный нефтяной газ – это газ, существующий вместе с нефтью, он растворен в нефти и находится над ней, образуя «газовую шапку», под давлением. На выходе из скважины давление падает, и попутный газ отделяется от нефти. Этот газ в прошлые времена не использовался, а просто сжигался. В настоящее время его улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырьё. Возможности использования попутных газов даже шире, чем природного газа, так как состав их богаче. В попутных газах содержится меньше метана, чем в природном газе, но в них значительно больше гомологов метана. Чтобы использовать попутный газ более рационально, его разделяют на смеси более узкого состава. После разделения получают газовый бензин, пропан и бутан, сухой газ. Извлекают и индивидуальные углеводороды – этан, пропан, бутан и другие. Дегидрированием их получают непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и др. 2. Коксохимическое производство. Уголь – «чёрное золото» - ценнейшее химическое сырьё. Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь – важнейший вид сырья для химической отрасли промышленности. В настоящее время в промышленности используется несколько путей переработки каменного угля: сухая перегонка (коксование), гидрирование, неполное сгорание, получение карбида кальция. При нагревании каменного угля без доступа воздуха образуются: кокс, каменноугольная смола, аммиачная вода, коксовый газ. Пиролиз – разложение органического вещества при высокой температуре без доступа воздуха.(t – 10000С, продолжительность – 14 ч.) Продукты пиролиза каменного угля Кокс Каменноугольная смола Аммиак Коксовый газ Способность угля давать при переработке самые различные продукты, совсем непохожие на исходные материалы, является почти безграничной. Многие люди, покупая в аптеках сульфидин, аспирин, салол, новокаин, стрептоцид, вряд ли догадываются, что все эти лечебные препараты созданы из угля. На территории Казахстана (в урочище Караганды) уголь был открыт ещё в 1833 году. Именно поэтому наш город называют «шахтёрской столицей», что напрямую связано с добычей каменного угля. Запасы каменного угля в Казахстане велики, разведано свыше 400 месторождений. Большая их часть расположена в Центральном Казахстане. Наиболее крупным является Карагандинский угольный бассейн – здесь уголь высоко качества (3 угольная база). Экибастузский угольный бассейн – угли здесь отличаются большой зольностью. Они доступны разработке открытым способом и поэтому дешевы. Наиболее крупным бассейном месторождения бурого угля является Тургайский на севере Казахстана. 3. Нефть и нефтепродукты. 1. Мозговой штурм. Какие ассоциации возникают у вас при слове «нефть»? Индивидуальная деятельность-запись в тетрадях ассоциаций. Работа в парах «Обменяйтесь с соседом данными о понятии «нефть». Работа в группе «На основе индивидуальных записей составьте общий кластер». Преподаватель на доске записывает ассоциации к слову «нефть». Вывод: «Нефть-маслянистая горючая жидкость обычно тёмного света со специфическим запахом; она легче воды и в воде не растворяется.» 2. Реализация, осмысление. Свободное письмо. Используя материал кластера, составьте небольшой рассказ на тему «Нефть в природе». Заслушивание рассказов. При заслушивании учащиеся могут вписывать ту информацию, которая им понравилась. 3. Работа с текстом (метод интерактивной системы заметок для эффективного чтения и мышления). (Приложение 2) Интерактивная система заметок для эффективного чтения и мышления. Это процедура, начинающаяся с выявления предыдущих знаний и опроса для пометок в тексте, и затем для обобщения различных видов информации, найденных в тексте. При чтении текста на полях страницы делают пометки: «v» ставится на полях страницы, если информация, полученная при чтении, соответствует тому, что знали; «-» ставится тогда когда информация не соответствует или отличается от той, что уже знали; «+» ставится на полях страницы, если полученная информация является новой для вас; «?» ставится, если информация смущает или удивляет, или желаете узнать что-то новое по этой теме. 4. Вопросы по тексту: • Сравните информацию, которой владеете, с информацией текста. • Что для вас было абсолютно новым? • Какая информация была известно частично? • Какая информация полностью совпадает с вашей? 5. Рефлексия. • Можно ли состав нефти выразить одной молекулярной формулой? Ответ поясните. • В чём сходство и в чём различие между крекинг-процессом и перегонкой нефти? • Продукты нефтепереработки и их значение для человека. Состав нефтей: парафины, циклопарафины, ароматические углеводороды. Помимо этого О2, N2, S и др. ВМС (смолы и асфальтные вещества). Фракции, получаемые при перегонке нефти. • От 400 до 2000С – газолиновая фракция бензинов – от С5Н12 до С11Н24. • От 1500 до 2500С – лигроиновая фракция - от С8Н18 до С14Н30 (горючее для тракторов). • От 1800 до 3000С – керосиновая фракция - от С12Н26 до С18Н38. • Свыше 2750С – газойль – дизельное топливо. • Остаток после перегонки нефти – мазут. (Соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин, гудрон). Крекинг нефтепродуктов. 1891 г-Шухов В. Г. Крекинг – процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле. С16Н34 ---С8Н18 + С8Н16; С8Н18 – С4Н10 + С4Н8; С4Н10 – С2Н6 + С2Н4 Термический крекинг Каталитический крекинг t-470-5500С; медленно, образуются углеводороды с неразветвлённой цепью. Содержат много непредельных углеводородов, поэтому обладают большой детонационной устойчивостью, чем бензин прямой перегонки + антиокислители. Каt – алюмосиликаты. t-450-5000С; быстрее, помимо расщепления ещё и изомеризация. Обладает ещё большей детонационной устойчивостью; непредельных углеводородов содержится меньше, процессы окисления и полимеризации в нём не протекают. Нефть + газ. Казахстан обладает запасами нефти и газа. Промышленная нефть выявлена на Прикаспийской низменности, Предуральском плато, полуострове Мангыстау. Этот нефте-газоносный район занимает площадь свыше 400 тыс. км2. 13 место в мире. 5. Охрана окружающей среды. Последствия добычи нефти для окружающей среды? В настоящее время человечество оказалось на пороге крупнейшего изменения климата, вызванного человеком. Это изменение незапланировано, неуправляемо и может оказаться катастрофическим. Причина этого изменения – увеличение в атмосфере углекислого газа и некоторых других газов, которые поглощают инфракрасное излучение от Земли, нагреваются и тем самым нагревают нашу планету. Основная причина увеличения концентрации СО2 в атмосфере – нарушение его круговорота из-за сжигания топлива и вырубки лесов. Нефтепродукты и другие отходы различных производств загрязняют Мировой океан. Так, 1т нефти способна покрыть тонким слоем площадь моря в 12 км2, плёнка не пропускает солнечные лучи, что замедляет образование кислорода в воде и приводит к гибели водных экосистем и соответственно к уменьшению кислорода в атмосфере. Способность океана к самоочищению от нефти не превышает 10 млн. т в год. Следовательно, верхняя оценка антропогенного воздействия на Мировой океан - 8 млн. т в год – уже близка к критической, а мёртвый океан – это мёртвая планета. 5.Подведение итогов урока. Рефлексия. Составить пятистишие на тему: «Нефть», «Топливо», «Газ», «Уголь», «Экология». 6. Д/з. Акватории морских и речных портов, места стоянки и бункеровки судов зачастую загрязняются нефтяным топливом. Особенно остро стоит проблема сбора нефтепродуктов с поверхности воды встаёт в случае аварий танкеров. Один из путей ликвидации таких загрязнений – высыпание на нефтяное пятно лёгких материалов, впитывающих нефть (пенька, древесные опилки, гранулы пористых полимеров). Далее эти материалы необходимо собрать и отжать из них топливо в специальные ёмкости, чтобы потом использовать вновь. Предложите принципиальную схему устройства для сбора нефтепродуктов с поверхности воды, позволяющего собирать их в непрерывном режиме. Приложение 1 1 вариант Найдите соответствие 1. В лаборатории этилен получают из ... 2. Общая формула алканов ... 3. Пентан и 2-метилбутан по отношению друг к другу являются ... 4. Полимер, получаемый из этилена ... 5. Общая формула диеновых углеводородов ... 6. Стереоизомерия характерна для ... 7. Вещество, формула которого С2Н2 является ... 8. Бромной водой можно распознать ... 9. Реакция взаимодействия органического вещества с водородом ... 10.Вещества, схожие по строению и свойствам, но разные по молекулярной массе. 2 Вариант а) СпН2п-2 б) гомологи в) алкены г) гидрирование д) СпН2п+2 е) изомеры ж) алкины з) полиэтилен и) этиловый спирт C2HsOH к) этан и этилен Найдите соответствие 1. Полимер, получаемый из пропена ... 2. Ацетилен получают одностадийно из ... 3. Общая формула аренов ... 4. Строение молекулы какого вещества можно охарактеризовать следующими данными: sp3_ гибридизация; 109028' -валентный угол; δ - связь ... 5. При полном сгорании алкенов на воздухе образуются ... 6. Окраска раствора перманганата калия не исчезает при добавлении к ... 7. Алкины и диеновые углеводороды по отношению друг к другу являются ... 8. Вещество, формула которого C7H8 является . 9. Продукт реакции хлора с бутаном на свету . 10. Бутен-1 и пентен-1 по отношению друг к другу являются а) карбид кальция СаС2 б) метан в) углекислый газ и вода г) бензол д) изомеры е) хлорбутан ж) полипропилен з) гомологи и) арены к) СпН2п-б Приложение 2 Текст для интерактивной системы заметок для эффективного чтения и мышления. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ. Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности. Нефть – это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом, обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко бесцветная. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ В НЕФТЯХ Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 % от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03 % от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода. В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Нефть в природных условиях состоит из смеси метановых, нафтеновых и ароматических углеводородов. В нефти также содержится некоторое количество твердых и газообразных растворенных углеводородов. В нефтяных (попутных) газах кроме метана и его газообразных гомологов содержатся пары пентана, гексана и гептана. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана –161,5°С, этана –88°С, бутана 0,5°С. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С. Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С – керосиново-газойлевой и при 315–350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 5–10 атомов углерода и 8-14 соответственно. Керосиновая фракция состоит из углеводородов, содержащих 12–18 атомов углерода. Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ НЕФТЕЙ Существуют две теории происхождения нефти.. Сторонники первой – органики – считают, что нефть образовалась в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных и растительных организмов, живших миллионы лет назад. Другие – неорганики – доказывают, что нефть образовались в мантии земли неорганическим путем. ОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ Моря и озера населены планктоном. После его отмирания остатки растений и животных организмов падают на дно, образуя толстый слой ила. После этого начинается биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывают белки, углеводы и т.д. При этом образуются метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходит в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотняется. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5–8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150 –200°С образуется метан. По мере уплотнения илов микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ Существует несколько вариантов концепции неорганического происхождения нефти. Наиболее последовательной является минеральная (карбидная) гипотеза Менделеева. Менделеев доказывал, что при образовании нефти главным источником разложения является уголь. В 1950 г. профессор Кудрявцев выдвинул магматическую гипотезу образования нефти. Кудрявцев считал, что в мантии Земли при высокой температуре образуются углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Вследствие перепада давления они перемещаются ближе к земной поверхности. В результате понижения температуры радикалы реагируют между собой и с водородом, образуя большое количество простых и сложных углеводородов. Существует и космическая гипотеза неорганического происхождения нефти. Согласно данной гипотезе, Земля при остывании и формировании ее как планеты захватила водород из первичной газовой материи. Этот водород, перемещаясь по глубинным разломам на поверхность, вступает в реакцию с углеродом жидкой магмы и образует нефтяные углеводороды. В настоящее время господствующей является органическая концепция. Она отличается большей стройностью, зрелостью и завершенностью суждений. В рамках неорганической концепции существует несколько гипотез, подчас взаимоисключающих друг друга. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ В настоящее время из нефти получают тысячи продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное топливо, твердое топливо (нефтяной кокс), смазочные и специальные масла, парафины, битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен, этилен, нефтяные кислоты и их соли, высшие спирты и т.д. Наибольшее применение продукты переработки нефти находят в топливно-энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями. Он занимает мало места при сгорании и не дает твердых остатков при горении. Замена твердых видов топлива мазутом на ТЭС, заводах и на железнодорожном и водном транспорте дает огромную экономию средств, способствует быстрому развитию основных отраслей промышленности и транспорта. Однако в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид (HCOH), пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук, аммиак, этиловый спирт и т.д. Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты, азотные удобрения, мочевина, пленки для парников и т.д. В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты и метан. В фармацевтической и парфюмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности. Химизация нефти позволила сократить расходы пищевых продуктов на технические цели. | |
| Просмотров: 5363 | |
Среда, 2024-12-18, 11:20 PM
Приветствую Вас Гость
Приветствую Вас Гость
Форма входа |
|---|
Социальные закладк |
|---|
Поиск |
|---|
Друзья сайта |
|---|
Теги |
|---|
Статистика |
|---|