Урок-конференция по теме 'Природные источники УВ'

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Урок-конференция

«Природные источники углеводородов и их происхождение» (1 час)

Цель урока:

обобщить и закрепить темы: «Предельные, непредельные и ароматические углеводороды (химия)» и «Строение прокариот», «Каменноугольный период», «Архейская эра», «Кембрийский период» (биология); сформировать понятия природные источники углеводородов - нефть, газ, каменный уголь; рассмотреть различные гипотезы их происхождения; расширить знания об экологических проблемах, связанных с добычей, транспортировкой и переработкой нефти, газа, каменного угля; формировать интерес к естественно-научным дисциплинам через более глубокое и разностороннее изучение материала; развивать умение переносить полученные знания в новые ситуации; применять эксперимент, как один из методов изучения окружающего мира.

Оборудование: на столах учащихся: коллекции «Каменный уголь»; штативы с образцами нефти, для проведения лабораторного опыта, химический стакан с водой, стеклянные трубочки; план работы конференции, инструктивная карточка к проведению опыта.

Учитель в ходе урока использует плакаты: «Нефть - наше природное богатство», «Каменный уголь», «Природный газ», схему: «Три гипотезы происхождения нефти», «Состав нефти», карту «Природные ископаемые России», фрагмент фильма о добыче, транспортировке нефти; компьютерные слайды и схемы «Строматолиты», «Кембрийский период», «Реконструкция каменноугольного болота», «Как образуется каменный уголь», «Фрагмент окаменевшего папоротника»; рисунок на доске цветными мелками «Строение прокариот».

ХОД УРОКА.

Вступительное слово учителя:

Тема нашего сегодняшнего урока-конференции «Природные источники углеводородов и их происхождение» мы уже знаем, что такое углеводороды (вещества, состоящие из 2-х химических элементов углевода и водорода); как они классифицируются (предельные, непредельные, ароматические). В ходе предыдущих уроков разобрали вопросы их строения, получения, физических и химических свойств, применения. Знаем, что получают их из природного сырья: нефти, газа, каменного угля. Данные природные ресурсы составляют основу топливной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности и сельского хозяйства. В ходе нашей конференции мы подробно разберем, что такое нефть, газ, каменный уголь, работать будем в соответствии с планом конференции:

План работы конференции.

Конференция по теме

«Природные источники углеводородов и их происхождение»

1. Природные источники углеводородов - нефть, газ, каменный уголь.

2. Месторождения и добыча нефти, газа и каменного угля в России.

3. Состав и свойства нефти.

4. Происхождение нефти, 3 гипотезы.

5. Формирование залежей нефти в результате деятельности низших растений и животных. Строение прокариот.

6. Каменный уголь, состав и использование.

7. Формирование залежей каменного угля в каменноугольный период.

8. Природные и попутные нефтяные газы.

9. Экологические проблемы, связанные с добычей, транспортировкой и переработкой нефти, газа и угля.

10. Подведение итогов конференции.

Первый вопрос нашей конференции: «Экономико-географическая характеристика размещения месторождений нефти, газа, каменного угля в Российской Федерации».

1-й выступающий - географ: (использует карту полезных ископаемых)

Нефтяная промышленность: современный уровень цивилизации и технологий был бы немыслим без той дешевой и обильной энергии, которую поставляет нам нефть. К настоящему времени в разработку вовлечено более 60% текущих запасов нефти. В разработке находиться 840 месторождений, расположенных во многих регионах станы: от Калининградской области до острова Сахалина, от острова Колгуев в Баренцевом море на севере до предгорий Кавказа на юге. Основными нефтяными регионами являются Тюменская область.

Вторым по значению районом является Урало-Поволжье, далее следует Тимоно-Печерская нефтегазоносная провинция, Северный Кавказ, Сахалин.

Нефтяная промышленность страны вступила в качественно новую, сложную стадию развития, когда возникает необходимость резко увеличить объем поисково-разведочных работ, особенно в Восточной Сибири, в зонах глубин под газовым месторождением Западной Сибири, в шельфовых зонах морей, формирования необходимой для этого производственно-технической базы. Начата добыча нефти в Арктике. Работы специалистов свидетельствуют: современный уровень добычи нефти (3 млрд. в год) может быть обеспечен разведанными запасами на срок более 50 лет.

(учащиеся смотрят отрывок фильма о добычи и транспортировке нефти).

Выступающий продолжает:

Газовая промышленность.

Газовая промышленность является одной из составных частей топливно-энергетического комплекса, в состав которого входят предприятия по добычи и переработке всех видов топлива (топливная промышленность), производству электроэнергии и ее транспортировке (электроэнергетика). Основные районы залегания природного газа по России и странам СНГ:

1. Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция.

2. Волго-Уральская нефтегазоносная провинция.

3. Средняя Азия и Казахстан.

4.Северный Кавказ и Закавказье.

Особенно по запасам природного газа выделяется Западная Сибирь. Промышленные запасы здесь достигают 14 трлн. м. куб.

Угольная промышленность.

Запасы угля в России очень велики, но добыча намного дороже по сравнению с другими видами

топлива. Уголь используется как топливо в промышленности и на электростанциях, а коксующий уголь - как сырье для черной металлургии и химической промышленности. Основные районы добычи сосредоточенны в Сибири (67%). Важнейшие угольные бассейны - Кузнецкий, Канско-Ачинский и Печерский.

Учитель: Мы убедились - Россия богата природными источниками углеводородов. Переходим к следующему вопросу: «Состав и свойства нефти». Археологи установили, что нефть добывали и перерабатывали ещё за 5-6 тысячелетий до нашей эры. Первые нефтяные промыслы известны в Керчи, китайской провинции Сы-Чуань, на берегах Евфрата. Слово «нефть» произошло от слова «нафата», что на языке народов Малой Азии означает «просачиваться». Упоминание о нефти есть даже в Библии, в ней говорится о смоляных ключах в районе Мертвого моря.

Проблемный вопрос: Какими же свойствами и составом обладает нефть?

Перед вами на столах образцы нефти, исследуем свойства нефти, используя инструктивную карточку (проводим лабораторный опыт, соблюдая технику безопасности, результаты опыта записываем в тетрадь).

Инструктивная карточка

к лабораторному опыту «Физические свойства нефти»

1. Рассмотрите образец нефти и опишите его:

1. агрегатное состояние,

2. цвет,

3. запах,

4. преломление света.

2. Поместите несколько капель нефти в стакан с водой с помощью стеклянной палочки:

1. Растворяется ли нефть в воде?

2. Образуется ли плёнка на поверхности воды? Какой цвет она имеет?

Делаем вывод:

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: Свойства нефти связаны с ее химическим составом. Какой же состав имеет нефть?

2-ой выступающий - химик (использует схему) Нефть - природная сложная смесь углеводородов: предельных C_nH_2n+2 с нафтенами C_nH_2n, с примесью непредельных C_nH_2n-2 до ароматических C_nH_2n-6. В русской нефти преобладают нафтены, в американской - предельные углеводороды.

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

1. парафины - 90 % от общего состава;

2. циклопарафины - 30 - 60 % от общего состава;

3. ароматические углеводороды - 20 - 40 % от общего состава;

4. алкены (олефины) - 10 %.

Кроме того в нефти в небольших количествах есть химические элементы кислород, сера, азот; вода и минеральные примеси. Например: кислорода в сырой нефти может быть от 1% до 4 %; серы - несколько сотых процента (бакинская нефть - 0,06%), азота меньше 0,2 %, минеральных примесей - еще меньше - 0,1 %.

Учитель продолжает: Как, из чего, когда сформировались залежи нефти в земной коре? Существуют 3 гипотезы происхождения нефти.

3-ий выступающий - химик (следует выступление учащегося с использованием схемы, плакатов и уравнений реакций)

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует ряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В настоящее время установили, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

В конце XIX века, когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н.А. Соколов выдвинул космическую гипотезу, образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического ни геологического распределения нефтяных месторождении...

В конце XIX в.Д. И. Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогда месторождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута теория неорганического происхождения нефти. Предполагалось; что углеводороды, образующиеся при действии воды на раскалённые карбиды металлов, проходили по трещинам, из глубоких слоев в зону осадочной оболочки земного шара, где путём их конденсации и гидрогенизаций образовались нефтяные месторождения.

Al₄C₃ + 12H₂O  3CH₄ + 4Al (OH)₃ 

^метан

CaC₂ + 2H₂O  C₂H₂ + Ca (OH)₂ 

^{ацетилен}

Эта теория образования нефти не получила признания среди геологов и химиков. Трудно представить себе образование нефти путём действия на карбиды металлов воды океанов, просочившейся в глубину земли по трещинам земной коры, так как эти трещины не могут идти так глубоко.

М. В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми - углём и нефтью и выдвинул впервые в мире в середине XVIII в. гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.

Академик В. И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

По мнению И. М. Губкина родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть - члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.

По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктон и др.), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.

Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей.

В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти.) Т. Л. Гинзбург-Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти

Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть...

Учитель: Давайте же вспомним, какое строение имеют бактерии - прокариотические клетки и когда они появились на Земле.

4-й выступающий - биолог (рассказывает о строении прокариотической клетки с использование рисунка цветными мелками на доске).

Далее следует рассказ о первых живых организмах архейской эры и кембрийском периоде протерозойской эры - эр начала формирования залежей нефти на Земле.

Слово предоставляется палеонтологу

Выступающий (палеонтолог)

Первые живые клетки (рассказ с показом компьютерных слайдов)

Первые клетки во многом напоминали современные бактерии. Необходимую энергию они вырабатывали, расщепляя неорганические соединения.

В дальнейшем, вместо того чтобы извлекать энергию из неорганических соединений, клетки стали использовать непосредственно энергию солнечных лучей.

Это положило начало фотосинтезу. Растения, водоросли и некоторые виды бактерий «захватывают» солнечный свет при помощи окрашенных химических соединений, содержащихся в клетках, - так называемых пигментов. Эту световую энергию они используют для синтеза всех органических соединений, необходимых им для роста и размножения.

Одни из самых ранних фотосинтезирующих организмов, дошедших до нас в ископаемом виде, - строматолиты. Эти странные структуры кажутся на первый взгляд состоящими из множества известняковых колец, разделённых тонкими органическими прослойками. На самом же деле их образовали примитивные организмы, похожие на простейших циан бактерий, которые иногда называют сине-зелёнными водорослями.

Позднее на смену прокариотам пришли эукариоты и в дальнейшем многоклеточные организмы: мягкотелые животные позднего докембрия, похожие на медуз, гидр, иглокожих.

Кембрийский период начался примерно 570 млн. лет назад. Начало этому периоду положил поразительной силы эволюционный взрыв, в ходе которого на Земле впервые появились представители большинства основных групп животных, известных современной науке. Всего за какие-то 100 млн. лет мир оказался заселен невероятным разнообразием многоклеточных организмов, появились все типы твердотелых животных за исключением одного (хордовых). Важнейшие из них трилобиты - членистоногие животные, похожие на современных мечехвостов.

В кембрийский период на Земле существовали громадные области, занятые континентальным шельфом или материковыми отмелями. Здесь создавались идеальные условия для жизни, именно здесь шло дальнейшее формирование залежей нефти и газа.

Учитель: Следующим источником углеводородов являются природные и попутные нефтяные газы, которые составляют основу топливной промышленности.

Слово предоставляется химику:

Газ заполняет полости в земной коре, представляет смесь различных углеводородов. Попутный нефти газ содержит в основном алканы, в молекулах которых от 1 до 6 атомов водорода, он служит топливом и сырьем для химической промышленности. Еще несколько десятилетий назад попутные нефтяные газы сжигали, сейчас из данного газа получают:

1. газовый бензин (летучая смесь, состоящая из С₅Н₁₂ и С₆Н₁₄)

2. пропан - бутановая фракция - С₃Н₆, С₄Н₁₀,

3. сухой газ - СН₄, С₂Н₆

Природный газ - смесь газообразных предельных углеводородов, с небольшой молекулярной массой. Основной компонент метан до 99 %, кроме метана, этан, бутан, пропан, бутан, изобутан, азот, СО₂. применяется как топливо, в качестве сырья для органического и неорганического синтеза.

Происхождение газа связано с происхождением нефти.

Учитель: Следующий природный источник углеводородов - каменный уголь; перед вами коллекция каменного угля; рассмотрите коллекцию. Слово предоставляется химику.

5-й выступающий - химик: Каменный уголь образует мощные пласты в земных недрах, его разведанные запасы значительно превышают запасы нефти. Каменный уголь содержит большое количество органических веществ. Кроме органических веществ в его состав входят неорганические вещества: Н₂О, NH₃, H₂S и углеводород - уголь. Основной способ переработки каменного угля - коксование (прокаливание без доступа воздуха, при t = 1000 ⁰С). При этом образуется:

1. коксовый газ (СО, СО₂, NH₃, N₂)

2. каменноугольная смола (бензол, его гомологи, фенол, спирты, гетероциклические соединения)

3. аммиачная вода - NH₃

4. кокс - твердый остаток, практически чистый углерод.

Кокс используется в металлургической промышленности, NH₃ - аммиак в производстве удобрений.

Учитель: Формирование залежей каменного угля произошло в поздний палеозой, в каменноугольный период (карбон) - время 350 млн. лет назад. Слово предоставляется палеонтологу -

Сообщение палеонтолога «Каменноугольный период» (сопровождающиеся показом слайдов).

Каменноугольный период

от 360 до 286 млн. лет назад.

В начале каменноугольного периода (карбона) большая часть земной суши была собрана в два огромных сверхматерика: Лавразию на севере и Гондвану на юге.

В раннем карбоне климат на большей части поверхности земной суши был почти тропическим. Громадные площади оказались заняты мелководными прибрежными морями, причём море постоянно заливало низменные береговые равнины, образуя там обширные болота. В этом тёплом и влажном климате широко распространились девственные леса из гигантских древовидных папоротников и ранних семенных растений.

Великие каменноугольные леса

Среди пышной растительности лесов карбона преобладали громадные древовидные папоротники высотой до 45м, с листьями длиннее метра.

Кроме них, там росли гигантские хвощи, плауны и недавно возникшие семеноносные растения. У деревьев была крайне не глубокая корневая система, зачастую ветвившаяся над поверхностью почвы и, росли они очень близко друг к другу. Вероятно, всё вокруг было завалено стволами упавших деревьев и кучами мёртвых веток и листьев. В этих непроходимых джунглях растения разрастались настолько быстро, что так называемые аммонификаторы (бактерии и грибы) просто не поспевали вызывать гниение органических остатков в лесной почве.

Во влажном климате каменноугольного периода из этого материала сформировались толстые залежи торфа. В болотах торф быстро уходил под воду и оказывался погребённым под слоем осадков. Со временем эти осадочные слои превращались в угленосные толщи - залежи осадочных пород, прослоенные каменным углём , сформировавшимся из окаменевших останков растений в торфе.

Как образуется каменный уголь:

1. Каменноугольные леса росли настолько быстро и буйно, что все мёртвые листья, ветви и стволы деревьев, скапливавшиеся на земле, просто не успевали сгнить. В таких «каменноугольных болотах» слои отмерших останков растений образовывали залежи пропитанного водой, торфа, который затем спрессовывался и превращался в каменный уголь.

2. Море наступает на сушу, образуя на ней отложения из останков морских организмов и слоев ила, которые впоследствии превращаются в глинистые сланцы.

3. Море отступает, и реки наносят поверх сланцев песок, из которого формируются песчанки.

4. Местность становиться более заболоченной, и сверху откладывается ил, пригодный для образования глинистого песчаника.

5. Лес вновь вырастает, образуя новый угольный пласт. Подобное чередование слоев угля глинистого сланца и песчаника именуется угленосной толщей.

Учитель: В конце нашей конференции мне бы хотелось остановиться на экологических проблемах. Добыча, транспортировка, переработка природных источников углеводородов сопровождается экологическими проблемами. Предоставляем слово экологу.

Эколог: (сопровождается показом слайдов)

К несчастью, на нефтяных месторождениях нередко случаются пожары. Стоит на мгновение забыть, что вся земля вокруг пропитана нефтью, бросить спичку или окурок - и вот уже вокруг свирепствует быстро распространяющееся во все стороны пламя. Если загорелась струя бьющей из недр нефти; то такой пожар может длиться несколько лет. Потушить его очень трудно. Представьте себе, ведь среди бушующего пламени надо закрыть кран, из которого под большим давлением бьёт фонтан горящей жидкости. От густого ядовитого дыма задыхаются люди, тучи пепла чёрным ковром покрывают всё вокруг. Жара стоит такая, что зимой на несколько сотен метров вокруг нет снега, а кое-где начинают цвести цветы.

Такой пожар - настоящая катастрофа. Но на месторождениях постоянно горят и другие факелы - рукотворные пожары. Несовершенная технология добычи нефти предусматривает сжигание ценнейшего сырья попутного газа. А ведь в нём много этана, гелия, серы и других нужных промышленности веществ. И вот днём и ночью горят эти огни - символы людской бесхозяйственности и расточительности.

Море загрязнено огромным количеством нефти. Около 370 тысяч тонн в год поступает из потерпевших крушение танкеров, но ещё втрое больше попадает от обычной промывки танкеров в море (около 660 тысяч тонн в год).

В марте 1989 г. нефтяной танкер «Эксон Вальдез» отклонился от курса, опасаясь встречи с льдинами в проливе Принца Уильяма, и наскочил на скалистый риф. Танкер вез нефть. 40 миллионов литров этой нефти вылилось в море, вызвав катастрофу мирового значения.

За несколько недель нефть расползлась на 1700 километров вдоль побережья, отравив окружающую среду. В следующие несколько недель было найдено 36 тысяч мертвых птиц, но всего их, видимо, погибло не менее 400 тысяч. Было уничтожено также 5000 морских выдр, 200 тюленей и не установленное число дельфинов - касаток.

В течение нескольких последующих месяцев компания «Экссон» потратила 1300 миллионов долларов на очистку побережья от нефти, но им удалось сделать пригодной для жизни только одну восьмую его часть.

Спустя 4 года морские выдры все еще погибали от долговременных последствий нефтяного отравления. Колонии кайр и уток в этом районе перестали выводить птенцов, а сельди рождались с закрученным хребтом, уродливыми плавниками или без челюсти в результате нефтяной катастрофы

После катастрофы один общественный деятель Аляски так выразил свои чувства: «Никогда за всю свою историю мы не думали, что вода может умереть. Но это случилось. Мы ходим по нашим берегам и там, где пожинали жизнь, пожинаем смерть».

Заключительное слово учителя: Если мы сильно поранимся, то без помощи врача истечем кровью и умрем. Когда мы загрязняем огромные площади, уничтожаем живые организмы, мы не задумываемся о том, что Земля - наша планета - тоже живое существо, недаром древние называли ее - Гея, и она может быть «обескровлена до смерти» в результате деятельность человека. Разрушая планету - мы разрушаем себя. Поэтому человечеству надо не только решать проблемы, связанные с жизнеобеспечением, но и задумываться о будущем нашей Земли.

Мы разобрали все вопросы нашей конференции: узнали состав, свойства, происхождение нефти, газа, каменного угля. Оценили, какое большое значение имеют природные источники углеводородов для экономики России и всего мира. Но, за всем этим мы не должны забывать главного: древние считали нашу планету живым существом, и задача человечества не в том, как использовать планету, ее недра, а в том, чтобы сохранить планете жизнь.