Учителю
Урок (методическая разработка) по химии 'Нефть: состав и способы переработки'

Урок (методическая разработка) по химии 'Нефть: состав и способы переработки'

Автор публикации: Смирнова Н.А.

Дата публикации: 04.06.2015

Краткое описание: Данная разработка была использована мной при проведении урока на первом курсе СПО. Урок содержит небольшую практическую часть (изучение физических свойств нефти), предполагает просмотр видео -фрагмента о способах переработки нефти, которое может быть с успехом заменено

предварительный просмотр материала

ОГАОУ СПО «Белгородский машиностроительный техникум»

Методическая разработка открытого урока по химии
по теме:

Природные источники углеводородов. Нефть: состав и способы переработки.

Выполнила: преподаватель химии Смирнова Н.А.

Белгород, 2015

Тема урока: Нефть: состав и способы переработки.

Цель урока: получить первоначальные представления о нефти и способах её переработки

Задачи урока: Развивающие: развитие социально значимых компетенций обучающихся (сотрудничество, толерантность, коммуникативность, умение рассуждать логически и формулировать свои мысли вслух, совместными усилиями находить верное решение).

Воспитательные: расширение кругозора обучающихся; активизация мыслительной деятельности; формирование познавательного интереса к предмету химии; воспитание бережного отношения к природным источникам углеводородов;

Образовательные: познакомить учащихся с составом и свойствами нефти, способами и продуктами ее переработки;

Тип урока: комбинированный

Форма урока: Урок изучения нового материала с элементами лабораторной работы.

Оборудование: проектор, ноутбук, презентация, коллекция «Нефть и продукты её переработки», набор для проведения лабораторного опыта: нефть, вода, химические стаканы.

Ход урока:
Организационный момент. Актуализация

Учитель: Только что мы рассмотрели с вами такой источник углеводородов, как природный газ. Давайте еще раз скажем, какие углеводороды входят в состав природного газа? Каково их агрегатное состояние?

Учащиеся: Метан, этан, пропан, бутан. Это газообразные углеводороды.

Учитель: А существуют ли углеводороды в другом агрегатном состоянии при нормальных условиях? Можете вы их назвать?

Учащиеся: Да, конечно! Жидкие и твердые бывают. Например, бензол, парафин.

Учитель: А что является источником для этих углеводородов?

Учащиеся: Нефть.

Учитель: Вот о ней-то мы сейчас и поговорим. Поэтому тема нашего урока (запишите) Нефть, её состав и способы переработки.
Во время работы на сегодняшнем уроке вам потребуется создать опорный конспект. Для этого у вас на столах есть специальные бланки, заполняя которые по ходу урока, вы получите конспект.

Нефть известна человечеству с древнейших времён, что иллюстрируется следующими данными:

Дата

Регион мира

Как использовалась

Доказательство использования

6000-4000 лет до н. э.

Берега

Нефть и её образования использовались в качестве вяжущего материала в строительстве. Именно их - асфальт и битум- применяли при строительстве стен Вавилона.

Подтверждено раскопками, установившими существование нефтяных промыслов.

Использовалась для бальзамирования умерших (асфальт, добытый на Мертвом море)

По свидетельству и .

В качестве зажигательной смеси, топлива

Упоминания об использовании нефти есть у и . Использовалась как топливо морского маяка греческой колонии (найдены с остатками нефти).

В средние века интерес к нефти, в основном, основывался на её способности гореть. С н. э. сохранились сведения о «горючей воде - густе», привезённой с в при .

До начала 18 века нефть преимущественно использовалась в натуральном, то есть не переработанном и неочищенном виде. Большое внимание на нефть в качестве было обращено только после того, как в химиком Б. Силлиманом () было доказано, что из неё можно выделить , который использовался как осветительное масло. Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине 19 века, чему способствовал возникший в это время новый способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Первая в мире добыча нефти из буровой скважины состоялась в на вблизи Баку.

А как образовалась нефть в земных недрах? На этот вопрос мы попросим ответить специалистов-геологов, специально приглашенных на этот урок. А вы не забывайте вносить необходимую информацию в конспект.

1-й Учащийся, исполняющий роль специалиста-геолога: Карбидная или абиогенная теория.
В 1866 году французский химик М.Бертло предположид, что нефть образовалась (и образуется) в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, и ему удалось искусственно синтезировать углеводороды из неорганических веществ. Великий русский химик Д.И. Менделеев также поддерживал эту мысль. Он считал, что углеводороды образуются в недрах Земли из карбидов и воды.

2-й специалист-геолог. Космическая теория
Коллега, я с вами не согласен! Нефть имеет космическое происхождение! В эпоху генезиса Земли, углеводороды являлись частью первичного вещества нашей планеты (или же сформировались на первых этапах её генезиса в условиях высоких температур).

Под воздействием охлаждения первичного вещества, углеводороды смешивались с остывающей магмой и постепенно поднимались в её составе по разломам к земной коре, задерживаясь в осадочных породах. Так и образовалась нефть!

3-й геолог: Биогенная теория
Право, это смешно! Нефть на 90% состоит из органических веществ! Значит, и происхождение у неё органическое, т.е. биогенное. Моя теория получила своё развитие в трудах Зелинского, Губкина и других учёных. Именно её принято считать классической. Теория предполагает следующие процессы:

Низшие животные и растения под влиянием кислорода и живых бактерий разлагались на газы и прочие продукты распада.
Газы смешивались с атмосферой, жиры с белками расщеплялись кислотами и спиртами, а всё что оставалось задерживалось в осадочных породах.
Со временем эти останки опускались глубже в недра Земли, где под воздействием высоких температур и давления превращались в нефть. Так-то вот!

Учитель: Не спорьте, уважаемые ученые! Каждая из ваших теорий имеет право на существование пока не будет опровергнута. Спасибо Вам за Вашу работу! (учащиеся занимают свои места)
Вот мы и познакомились с теориями происхождения нефти. Давайте познакомимся и с самой нефтью поближе. У вас на столах есть баночки с нефтью. Отлейте совсем немного нефти в чистую пробирку. Оцените её физические свойства и запишите в бланки конспекта.
Агрегатное состояние: жидкость
Цвет: от светло-коричневого до темно-бурого (бывают образцы изумрудно-зеленой нефти)
Запах: специфический, зависит от состава и месторождения.
(добавьте к нефти немного воды и определите её плотность и растворимость в воде).
Плотность: легче воды, менее 1 г/см³.
Растворимость в воде: нерастворима
(Учитель демонстрирует под вытяжкой горение нефти: фитиль, смоченный нефтью, поджигает, учащиеся делают вывод о горючести)
Горючесть: легковоспламеняется, горит.

Учащиеся: Нефть - вязкая, масляная жидкость, темно-коричневого цвета, обладает слабой флуоресценцией, нерастворима в воде, ее плотность меньше, чем у воды, поэтому нефть растекается по поверхности воды тонкой пленкой, препятствуя растворению в ней кислорода и других газов.

Учитель: что ж настала пора выяснить, из чего нефть состоит. В этом нам помогут слайды презентации. А вы вносите самую важную информацию в свой конспект.
На презентации демонстрируется слайд «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

Основные компоненты нефти - углеводороды (90 %) подразделяются на 4 класса:

алканы - 90 % от общего состава;
циклоалканы - 30 - 60 % от общего состава;
ароматические углеводороды - 20 - 40 % от общего состава;
алкены - 10 %.

Поскольку залегает нефть в недрах Земли, добыча её ведется, в основном методом бурения скважин. (на слайдах презентации - скважины на суше и нефтедобывающие платформы на море). Параллельно с нефтью при разработке месторождений добывают попутный нефтяной газ. (на слайде - добыча попутного нефтяного газа, его состав, состав природного газа). Его состав отражен в диаграмме. Сравните его состав с составом природного газа.
Учащиеся: В природном газе преобладает метан, содержание которого достигает 80-98%. В попутном газе содержится 30-50% метана, но в нем содержится значительно больше ближайших гомологов - этана, пропана и бутана, до 20% каждого.
Учитель: Таким образом, попутный нефтяной газ - ни что иное, как дополнительный источник углеводородов. Однако, и попутный газ и нефть - смеси веществ. В «сыром» виде их можно использовать только как топливо. Но еще Менделеев сказал, что «использовать нефть в качестве топлива - все равно что топить печь ассигнациями». Поэтому важным становится вопрос о том, как выделить отдельные органические вещества из этих ценнейших смесей. Это вопрос называется переработкой нефти. И об этом процессе мы сейчас посмотрим видео -фрагмент, а после заполним бланки конспектов.
демонстрируется видео-фрагмент «переработка нефти».
Итак, давайте систематизируем знания, полученные из видеофрагмента и дополним конспект. 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. Процесс этот называют ректификацией. В результате него нефть разделяют на следующие фракции:

-бензин, содержит УВ от С5 до С11, кипит при температуре 40-180 °С, 14,5%;

-лигроин, содержит УВ от С8 до С14, кипит при температуре 120-240 °С, 7,5%;

-керосин, содержит УВ от С14 до С18, кипит при температуре 150-310°С, 18%;

-мазут, содержит УВ от С17 до С60, кипит при температуре 400-450°С, 55%;

из мазута получают соляровое масло, содержит УВ от С14 до С20, кипит при температуре 300-350°С, 5%;

-на тяжелое цилиндровое масло приходится 7%, на легкое цилиндровое - 3%, машинное - 5%, веретенное масло -10-12 %, на гудрон - 27-30%.

Какое количество бензина получают из нефти после ректификации?

Учащиеся: 15-20 % от массы нефти.
Учитель: Возникает 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?

Учащиеся: перерабатывать тяжелые (темные) фракции.
Учитель: Правильно. Это называется вторичной переработкой нефти. В неё входят процессы крекинга и риформинга. Что такое крекинг и кто его внедрил в нефтепереработку?

Учащиеся: Крекинг - процесс расщепления углеводородов с длинной цепочкой на более короткие. Внедрил этот процесс наш земляк - В.Г. Шухов.

Учитель: Правильно, крекинг делится на термический и каталитический. Отличие в том, что при термическом получают линейные углеводороды, а при каталитическом - разветвленные. А риформинг, или, как его называли раньше, пиролиз - обозначает процесс превращения углеводородов линейного и циклического строения в ароматические.
Теперь ваши конспекты наиболее полно отражают материал урока.

Есть еще важный термин, неразрывно связанный с бензином и определяющий его качество. Возможно, кто-то из вас знает о чем речь?

Учащиеся: Октановое число?
Учитель: Да, речь именно о нем. Правда, я не очень разбираюсь в топливе, поэтому пригласила специалистов, которые пояснят что обозначает этот термин.

Специалист по топливу 1: Качество топлива определяется стойкостью к детонации. Под детонацией понимают взрывное горение бензина при сжатии. Это негативное явление. Детонацию в основном вызывают углеводороды нормального строения. Разветвленные, непредельные, ароматические углеводороды снижают вероятность детонации. Т.е. чем меньше в составе бензина линейных углеводородов, тем лучше его качество. 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.

Специалист по топливу 2: Детонационная стойкость бензина повышается за счет проведения реакций изомеризации, ароматизации (риформинга) углеводородов или добавления к бензину специальных веществ, например, тетраэтилсвинца (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.

Учитель: Спасибо, теперь нам все понятно!
Да сколько важной и интересной информации о нефти мы узнали сегодня! Но бензин и топливо - это далеко не полный список тех отраслей, в которых может использоваться нефть. 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. 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.

В- общем, я делаю вывод, что нефть - самое замечательное вещество на Земле. Вы со мной согласны?
Учащиеся: Это было бы так, если бы не тот вред, который наносит добыча нефти окружающей среде.
Учитель: Расскажите поподробнее, что вы знаете об этом.
Учащиеся: рассказывают о различных экологических катастрофах, связанных с нефтью.

Учитель: какой же выход из этой затруднительной ситуации, когда всем необходимо топливо, но добыча нефти наносит большой ущерб?
Учащиеся: использовать альтернативные источники энергии, совершенствовать имеющиеся технологии добычи и переработки нефти.
Учитель: Я согласна с вами. Осталось только претворять эти идеи в жизнь.
А теперь я предлагаю вам обменяться конспектами с вашим соседом и оценить его работу на уроке: насколько полно и понятно составлен конспект? Есть ли такие, кто не справился с созданием конспекта?
Отлично! Я благодарю вас за работу на уроке, Благодарю геологов и специалистов по топливу. И прошу вас оценить урок. Для этого обведите смайлик, который отражает ваше впечатление от урока, в самом низу конспекта. Сегодня вы забираете конспекты домой, а в следующий раз я выборочно проверю ваши работы.

Литература и интернет-ресурсы:

Глаголева О.Ф., Капустин В.М. Технология переработки нефти. /Под ред. О. Ф. Глаголевой и В. М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2007.
Габриелян О.С. Химия, учебник для 10 кл., -М.: Дрофа, 2014
Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии, 10 кл., -М.: Дрофа, 2014

Приложения:

Примерные варианты выступлений «ученых»

1-й Учащийся, исполняющий роль специалиста-геолога: Карбидная или абиогенная теория.
В 1866 году французский химик М.Бертло предположид, что нефть образовалась (и образуется) в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, и ему удалось искусственно синтезировать углеводороды из неорганических веществ. Великий русский химик Д.И. Менделеев также поддерживал эту мысль. Он считал, что углеводороды образуются в недрах Земли из карбидов и воды.

2-й специалист-геолог. Космическая теория
Коллега, я с вами не согласен! Нефть имеет космическое происхождение! В эпоху генезиса Земли, углеводороды являлись частью первичного вещества нашей планеты (или же сформировались на первых этапах её генезиса в условиях высоких температур).

Под воздействием охлаждения первичного вещества, углеводороды смешивались с остывающей магмой и постепенно поднимались в её составе по разломам к земной коре, задерживаясь в осадочных породах. Так и образовалась нефть!

Низшие животные и растения под влиянием кислорода и живых бактерий разлагались на газы и прочие продукты распада.
Газы смешивались с атмосферой, жиры с белками расщеплялись кислотами и спиртами, а всё что оставалось задерживалось в осадочных породах.
Со временем эти останки опускались глубже в недра Земли, где под воздействием высоких температур и давления превращались в нефть. Так-то вот!

⇧

⇩

скачать материал