Конспект урока химии для 10 класса. Имя урока: «Черное золото»

Имя урока: «Черное золото»

Тема: Природные источники углеводородов. Нефть.

Цель: Ознакомить учащихся с природными источниками углеводородов.

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.
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.
Воспитательные задачи: воспитывать у учащихся уважение к мнению других членов коллектива; обратить особое внимание учащихся на проблемы, связанные с охраной окружающей среды

Урок проводится в диалоговом режиме.

Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, коллекции: «Нефть», пробирки, нефть, вода.

Первый учитель. В природе существуют различные источники углеводородов. Нефть - это один из самых главных природных источников углеводородов. С ней человек познакомился давно. Сведения о нефти дошли до нас с Ближнего Востока. Битумом покрывали дно бассейнов, применяли его для предохранения от гниения деревянных балок. Нефть применялась в медицине для заживления ран, язв и лечения глазных болезней. С прорывом нефтяных фонтанов связывают гибель Содома и Гоморры. Существует легенда о том, что во время установления палатки Александра Македонского на берегу Аму-Дарьи был обнаружен источник нефти. Это было великое предзнаменование, которое положило конец колебаниям полководца, и армия направилась на покорение Индии. В истории известен греческий огонь - это смесь нефти и селитры. Она использовалась для огнеметов. В России нефть стали добывать и использовать в ХVIII в. Первый завод по ее переработке был построен в 1745 г. на реке Ухте. Главным продуктом являлся керосин.

Второй учитель. Нефть известна человечеству с древних времён. На берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э. Использовалась она для освещения жилищ, для приготовления строительных растворов, в качестве лекарств и мазей, при бальзамировании. Нефть в древнем мире была грозным оружием: огненные реки лились на головы штурмующих крепостные стены, горящие стрелы, смоченные в нефти, летели в осаждённые города. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием"греческого огня". В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц.

Чтобы вовлечь учащихся в дискуссию, учителя предлагают 2 противоположные гипотезы происхождения нефти.

Первый учитель. Открытым остается вопрос о происхождении нефти. Первая гипотеза - органическая (происхождение нефти из растительных и животных остатков). Процесс их превращения в нефть протекает на глубине 2,5-6 км при температуре 160 °С без доступа воздуха под высоким давлением.

Второй учитель. Но есть и другая точка зрения. Вторая гипотеза - неорганическая. Приверженцем этой гипотезы был Д.И.Менделеев. Он считал, что в недрах земли под действием температуры из углерода и водорода образуются нефтяные углеводороды, которые накапливаются в подземных ловушках.

Учащиеся должны определить, чья гипотеза, по их мнению, более достоверная; привести свои аргументы в пользу выбранной гипотезы. Оба учителя выступают оппонентами, пытаясь получить больше голосов в пользу своей гипотезы. После непродолжительного обсуждения переходим к рассмотрению физических свойств нефти.

Второй учитель ведет рассказ, демонстрируя нефть и показывает месторождения нефти на карте России.

Нефть - маслянистая темно-коричневая жидкость с красноватым или зеленоватым оттенком, иногда чёрная, красная, синяя или светлая и даже прозрачная с характерным резким запахом. Бывает нефть белая или бесцветная, как вода (например, в Суруханском месторождении в Азербайджане, в некоторых месторождениях в Алжире).(Демонстрация)
Состав нефти неодинаков. Но все они обычно содержат углеводороды трёх видов - алканы (преимущественно нормального строения), циклоалканы и ароматические углеводороды. Соотношение этих углеводородов в нефти различных месторождений бывает разное: например, нефть Мангышлака богата алканами, а нефть в районе Баку - циклоалканами.

Изучение физических свойств нефти.

Задание: описать внешний вид нефти в пробирке: цвет, запах, агрегатное состояние.
Вывод: Нефть - горючая маслянистая жидкость обычно темного цвета, иногда почти черного, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в желто-зеленый цвет, и даже бесцветная, с резким своеобразным запахом.

Растворимость нефти в воде.

1. В пробирку с водой добавить 2-3 капли нефти и встряхнуть; сделать вывод о плотности нефти и растворимости.

2. Потрясите пробирку, поднесите к свету и посмотрите. Дайте пробе постоять некоторое время.

Вывод: Нефть нерастворима в воде и ее плотность меньше, чем у воды, попадая в нее, нефть растекается по поверхности, препятствуя растворению кислорода.

Первый учитель. Нефть - ценное химическое сырье.

Всего 75 стран мира добывают нефть, но 90% её добычи приходится на долю всего 10 стран. Главные страны производители:
Саудовская Аравия, США, Россия, Иран, Мексика.
В то же время больше 4/5 потребления нефти приходится на долю экономически развитых стран, которые являются главными страны-импортеры:
Япония, Зарубежная Европа, США.
Основные месторождения нефти в России сосредоточены в приуральской части Русской равнины от побережья Баренцева моря до Каспийского моря, в Предкавказье. Но самые крупные запасы нефти - в недрах центральной части Западной Сибири.

Второй учитель. Предлагает ученикам рассмотреть перегонку нефти. Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющие большое практическое значение. Переработка нефти делится на первичную - это перегонка нефти, и вторичную - это крекинг, пиролиз, гидроочистка и др.
Перегонка нефти. Современная установка для перегонки нефти состоит из печи для нагревания нефти и ректификационной колонны, где нефть разделяется на фракции - отдельные смеси углеводородов в соответствии с их температурами кипения: бензин, лигроин, керосин. (слайд). В печи имеется свернутая в змеевик длинная труба. Печь обогревается продуктами сгорания мазута или газа. В змеевик непрерывно подается нефть: там она нагревается до 320 - 350 ⁰С и в виде смеси жидкости и паров поступает в ректификационную колонну. Ректификационная колонна - это стальной цилиндрический аппарат высотой около 40 м. Она имеет внутри несколько десятков горизонтальных перегородок с отверстиями - так называемые тарелками. Пары нефти, поступая в колонну, поднимаются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Постепенно охлаждаясь при своем движении вверх, они частично сжижаются. Углеводороды менее летучие сжижаются уже на первых тарелках, образуя газойлевую фракцию; более летучие углеводороды собираются выше и образуют керосиновую фракцию; ещё выше - лигроиновую фракцию. Наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и после конденсации, образуют бензин. Часть бензина подаётся обратно в колону для "орошения", что способствуют лучшему режиму работы. Бензин - содержит углеводороды С5 - С11, кипящие в интервале от40⁰С до 200⁰ С; лигроин - содержит углеводороды С8 - С14 с температурой кипения от 120⁰С до 240⁰С; керосин- содержит углеводороды С12 - С18, кипящие при температуре от180⁰С до 300⁰С; газойль - содержит углеводороды С13 - С15, отгоняют при температуре от 230⁰С до 360⁰ С; смазочные масла- С16 - С28, кипят при температуре 350⁰ С и выше.
После отгонки из нефти светлых продуктов остаётся вязкая чёрная жидкость - мазут. Он представляет собой ценную смесь углеводородов. Из мазута путём дополнительной перегонки получают смазочные масла. Неперегоняющуюся часть мазута называют гудроном, который используется в строительстве и при асфальтировании дорог. Наиболее ценной фракцией прямой перегонки нефти является бензин. Однако выход этой фракции не превышает 17-20% от массы сырой нефти. Возникает проблема: как удовлетворить все возрастающие потребности общества в автомобильном и авиационном топливе? Решение было найдено в конце 19 века русским инженером Владимиром Григорьевичем Шуховым. В 1891 году он впервые осуществил промышленный крекинг керосиновой фракции нефти, что позволило увеличить выход бензина до 65-70% (в расчёте на сырую нефть). Только за разработку процесса термического крекинга нефтепродуктов благодарное человечество золотыми буквами вписало имя этого уникального человека в историю цивилизации (слайд).
Полученные в результате ректификации нефти продукты подвергают химической переработке, включающей ряд сложных процессов.
Крекинг. Один из них - крекинг нефтепродуктов (от английского "Сracking"-расщепление). Различают несколько видов крекинга: термический, каталитический, крекинг высокого давления, восстановительный. Термический крекинг заключается в расщеплении молекул углеводородов с длинной цепью на более короткие под действием высокой температуры (470-550⁰C). В процессе этого расщепления наряду с алканами образуются алкены:
С₁₆Н₃₄ -------- С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆
В настоящее время наиболее распространён каталитический крекинг. Он проводится при температуре 450-500 ⁰С, но с большей скоростью и позволяет получать бензин более высокого качества. В условиях каталитического крекинга наряду с реакциями расщепления идут реакции изомеризации, то есть превращения углеводородов нормального строения в углеводороды разветвлённые, например:

Изомеризация влияет на качество бензина, так как наличие разветвленных углеводородов сильно повышает его октановое число. Крекинг относят к так называемым вторичным процессам нефтепереработки.
Пиролиз. При температуре 700⁰С и выше происходит пиролиз. При пиролизе нефти основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол, и др.)
С целью получения индивидуальных ароматических углеводородов, водорода или бензина с повышенным содержанием аренов используют очень важный способ переработки нефтепродуктов - риформинг. Риформинг - это ароматизация бензинов, путём нагревания их в присутствии катализатора, например, платины. В этих условиях алканы и циклоалканы превращаются в ароматические углеводороды, в следствии чего октановое число бензинов также существенно повышается.

Второй учитель предлагает поработать с коллекцией «нефть». Рассмотреть коллекцию и выписать в тетрадь основные продукты перегонки нефти и крекинга мазута.

Нефть - главный товар в мире, от цены которого в немалой степени зависит "самочувствие" глобальной экономики. Мы рождаемся и живем в мире продуктов и вещей, полученных из нефти.

Первый учитель. Коллега позвольте возразить. Несмотря на то, что нефть является одним из главных источников энергии на земле, по вине человека она может стать опаснейшим источником загрязнения Мирового океана. 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 ученых, может привести к парниковому эффекту (Слайд). Человек должен осознавать, что только от него зависит его жизнь. Будет ли она счастливой, будут ли здоровыми его дети, и будет ли здорова наша планета.

Второй учитель. Трудно не согласится с вашими словами. В настоящее время человечество оказалось на пороге крупнейшего изменения климата, вызванного человеком. Это изменение не запланировано, 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.

Первый учитель. Все процессы в биосфере взаимосвязаны, и человек всего лишь незначительная часть биосферы, хотя и называет себя Homo Sapiens (человек разумный). Разум выделил человека из животного мира, дав ему огромное преимущество. Но на протяжении веков мы стремились не приспособиться к природной среде, а сделать ее удобной для своего существования. Только за последние полвека пришло осознание того, что любая деятельность человека оказывает негативное влияние на окружающую среду, а ухудшение ее состояния опасно для всех живых существ, в том числе и для него самого. Увы, в настоящее время хозяйственная деятельность человека все еще остается основным источником загрязнения биосферы. Различные газообразные, жидкие, твердые химические вещества, находящиеся в сырье и отходах, попадая в почву, воздух или воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую и оказываются в конце концов в организме человека. Человек должен осознавать, что только от него зависит его жизнь. Будет ли она счастливой, будут ли здоровыми его дети, и будет ли здорова наша планета.

Задание: Создать синквейн для нефти. Учащиеся зачитывают синквейны.

Домашнее задание: Прочитать параграф 54. Размышление на тему: Нефть - «беда» или «благо» России.