10 класс. Тема урока: "Нефть, ее состав, переработка и применение"
методическая разработка по химии (10 класс) на тему

Тема урока: Нефть, ее состав,  переработка и применение

10 класс

Цель урока: Сформировать у учащихся представление о природных источниках углеводородов.

Задачи урока:

Образовательные:

1. Познакомить учащихся с составом и свойствами  нефти;
2. Дать представление о способах ее переработки;
3. Обеспечить восприятие и осмысление понятий: крекинг, ректификация, риформинг, ароматизация углеводородов, детонационная стойкость бензина, октановое число.
4. Показать значение важнейших нефтепродуктов для современного человека и для экономики страны в целом;
5. Познакомить учащихся  с наиболее важными экологическими проблемами, возникающими при добыче, транспортировке и переработке нефти
6. Познакомить с ролью  нефти в развитии событий международной жизни и становлении социальной картины мира

Развивающие:

7. Создать условия для развития у учащихся умения анализировать результаты своей деятельности, делать выводы, сравнения, выделять главное;
8. Сформировать умения работать самостоятельно с новыми источниками информации;

Воспитывающие:

1. Способствовать развитию чувства ответственности и коллективизма через игровые и групповые формы работы;
2. Предоставить учащимся информацию о существовании профессий, связанных с добычей и переработкой нефти.

Здоровьесберегающие:

1. Обсудить проблемы охраны окружающей среды и возможные последствия ее загрязнения для природы и общества.

Тип урока: урок изучения нового материала

Форма урока: ролевая игра, оперативное совещание

Применяемые технологии: технология сотрудничества, игровые, ИКТ, здоровьесберегающие, проблемного обучения.

Оборудование и реактивы: компьютер, презентация, коллекции «Нефть и нефтепродукты», нефть,  бензин, вода, спички, фарфоровый тигель.

                                                        Подготовка к уроку

       Учащимся заранее, за несколько уроков объявлена тема урока и форма его проведения,   распределены роли среди учащихся и даны темы для подготовки презентаций  и задания для самостоятельного изучения.  

Оставшиеся учащиеся будут исполнять роль прессы,  они заранее также должны будут подготовить вопросы для «специалистов»   и таблички   с указанием  представляемого ими СМИ.

                                                       ХОД УРОКА

1. МОТИВАЦИОННО -  ЦЕЛЕВОЙ ЭТАП

1. Организационный момент
2. Мотивация

Учитель: Ребята, мы заканчиваем изучать большой раздел «Углеводороды», представители которого имеют огромное практическое значение для всех нас и страны в целом. На сегодняшний день благосостояние каждого из нас напрямую зависит от добычи так называемого «черного золота». Вам было предложено самостоятельно ознакомиться с рядом вопросов по данной теме, и сегодня мы подведем итог вашей самостоятельной работы. Урок наш сегодня будет необычным. В ходе его каждый из вас  выступит в качестве специалиста одной из профессий данного производства.

      3. Целеполагание

Директор:  В нашем регионе сложилась экономически неблагоприятная обстановка:

1. Топливо очень сильно подорожало, цена нефти на мировых рынках поднялась до максимальной отметки за баррель (английская мера объема 158,988 дм2), мы продаем на экспорт достаточное количество нефти, но многие потребители стали жаловаться на снижение качества поставляемого нами сырья;
2. Во многие области нашего региона также отмечено поступление низкосортного топлива;
3. Экологи бьют тревогу, заявляют об истощении природных ресурсов и загрязнении окружающей среды;

Поэтому, я хочу сейчас во всем разобраться, выяснить причины  и найти пути выхода из сложившейся ситуации. Сегодня на нашей пресс-конференции присутствуют представители прессы, телевидения, радио. Товарищи корреспонденты, прошу приготовить ваши ручки, тетради, в которых вы по ходу выступления наших специалистов сделаете записи, чтобы потом осветить их в печати.

                                            Повестка совещания    (план урока)

1. Нахождение в природе, примерные запасы и срок их использования (выступление геологов);
2. Состав нефти и ее свойства (выступление лаборантов);
3. Переработка нефти (выступление технологов);
4. Меры защиты окружающей среды при нефтепереработке.

                     II. ОПЕРАЦИОННО – ИСПОЛНИТЕЛЬСКИЙ ЭТАП

Геолог: Основные источники УВ – это нефть, каменный уголь, природный газ. Территория распределения: нефть и газ в основном добывают В Волго-Уральском, Прикаспийском и Западно – Сибирском бассейнах.

Уголь – Кузбасс, Канско –Ачинск (в странах ближнего зарубежья – Донбасс (Украина), Караганда (Казахстан).

Специалисты считают, что разведана только 1/10 часть от общих запасов природных УВ. Поэтому необходимо делать вложения в разведку новых месторождений, так как имеющиеся запасы  при таком интенсивном применении могут закочиться в ближай шие десятки лет.

Директор:  Давайте разберемся , почему стало поступать топливо низкого качества, На каком этапе может произойти сбой производства.

Лаборанты:  Демонстрация опыта

1. Встряхнуть бутылочку с нефтью, открыть, понюхать, большим и указательным пальцем растереть, обратить внимание на цвет. Какой? (беседа с учащимися) (вытереть руки салфеткой и промыть)
2. В стакан с водой поместить несколько капель нефти, образуется пятно. Почему? (беседа с учащимися)
3. Поместить несколько капель нефти в тигель и поджечь, горит коптящим пламенем Почему? (беседа с учащимися)

Итак, сырая нефть – маслянистая жидкость, легче воды и не растворяющаяся в ней, от светло-коричневого до черного цвета. У нее различен не только цвет, но и запах, а также вязкость. По составу нефть – сложная смесь, главной частью которой являются парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды. Нефть очень ценное горючее, обладающее высокой теплотворной способностью. Из 1 кг нефти выделяется при ее сгорании 46000 кДж.

 Нефть – смесь парафиновых, циклопарафиновых и ароматических углеводородов.

1 – Нефти, содержащие большое количество парафиновых углеводородов, называют парафиновыми. К ним относится грозненская нефть.

2  –  Нефти, богатые циклопарафинами – нафтеновые – башкирская нефть.

3  –  Нефти, богатые ароматическими углеводородами – уральские.

Директор технологам: Ну и что, если нефть хорошо горит, нужно ее использовать непосредственно как топливо или экономически выгоднее ее все-таки разложить на фракции  и использовать уже по другому назначению?

Технолог: Так как в состав нефти входят различные УВ – предельные, непредельные, ароматические, то можно  сделать вывод, что нефть   –  это смесь УВ. Состав нефти не бывает постоянным и зависит  от месторождения  и происхождения нефти.

Зная свойства УВ, можно предложить для разделения нефти на УВ несколькими способами. Основная цель переработки нефти – получение бензина и сырья для нефтехимии.

                                                              Переработка нефти

Ректификационная                     Крекинг                             Риформинг                                           перегонка                            термический       каталитический                       ароматизация           термическое разделение            расщепление тяжелых УВ на                   превращение пред.    нефти на фракции                       более легкие                                             УВ в ароматические

  Сырую нефть очищают, освобождают от газа, воды, сернистых соединений, а далее, используя разницу в температурах кипения углеводородов, ее разделяют на фракции:

2. газолиновая (бензин, газолин) С5Н12 – С11Н24 ,температура кипения 40–200 град.;
3. Лигроиновая С8Н18 – С14Н30 ,температура кипения 150–250 град.;
4. Керосиновая С12Н26 – С18Н38 , температура кипения 180–300 град.;
5. Дизельное топливо С13Н28 – С19Н40, температура кипения 200–250 град.;
6. Мазут (остаток перегонки нефти) –  содержит углеводороды с числом атомов углерода от 18 до 50.

Перегонкой при пониженном давлении из мазута получают:

1. соляровое масло (С18–С25);
2. смазочные масла (С28–С38);
3. вазелин и парафин – легкоплавкие смеси твердых углеводородов;
4. твердый остаток перегонки мазута – гудрон и продукты его переработки – битум и асфальт.

Газета «Известия»: Какие методы вы используете для повышения выхода бензина из нефти?

Технолог 2: Чтобы повысить выход бензина, мы прибегаем ко вторичным процессам нефтепереработки, то есть переработке не самой нефти, а фракций, полученных в результате ее первичной переработки.

 Этот процесс, как уже говорили, называется крекинг.

Виды крекинга – термический, где нефтепродукты пропускают через трубчатую печь, где нагревают, например мазут до температуры 470–550 градусов под давлением.     Химические реакции, которые при этом происходят:

С16Н34 —> С8Н18 + С8Н14;                      С8Н18 —> С4Н10 + С4Н8;                                             С4Н10 —> С2Н6 + С2Н4;                          С4Н10 —> С3Н6 + СН4

Бензин термического крекинга существенно отличается от бензина прямой перегонки тем, что содержит непредельные углеводороды.

Каталитический крекинг проводят в присутствии природных алюмосиликатов.

Это позволяет вести процесс при несколько более низкой температуре 450-500 градусов, с большей скоростью и получать бензин более высокого качества.  Чем выше температура крекинга, тем сильнее дробятся молекулы, тем больше образуется газов, богатых непредельными соединениями. Поэтому иногда высокотемпературный крекинг нефтепродуктов (его называют пиролизом) осуществляют специально для получения газообразных непредельных углеводородов. Процесс в таком случае ведут при температуре 650—750 градусов. Эти углеводороды идут на синтез полиэтилена, красителей, моющих средств.

«1 канал» Вопрос экономистам: Мне известно, что на месторождениях нефти, совместно с залежами нефти, есть газ. Я знаю, что раньше на некоторых месторождениях этот газ сжигали. Как вы используете попутный газ и просчитывали ли вы насколько выгоднее его применение?

Экономист: Попутный нефтяной газ несколько отличается от природного газа  по составу. Особое название он получил потому, что находится в залежах вместе с нефтью. Он растворен в ней и находится над нефтью, образуя газовую шапку. При извлечении нефти на поверхность, он, вследствие резкого падения давления, отделяется от нее. Если в природном газе содержится больше метана, то в попутном, наряду с ним содержатся значительное количество пропана, бутана, пентана. Поэтому он чаще используется не как топливо, а идет на производство различных веществ и материалов. Да и вообще ученые всего мира работают над тем, чтобы получить другие виды топлива и энергоносителей. Ведь еще в свое время Д.И. Менделеев сказал, что топить нефтью, все равно, что топить ассигнациями.

Газета «Аргументы и факты»: Почему для разных видов транспорта используют разные виды топлива? У меня машина иномарка, работает на бензине высокого качества 95, а раньше я пользовался бензином даже 80, в чем такая разница и почему машины так реагируют на топливо. Иногда, после заправки даже дорогого бензина появляется резкий стук в цилиндре, затем резкий хлопок, похожий на взрыв. Почему это происходит,  и как вы планируете контролировать качество продаваемого бензина? Где может произойти обман? Или на нефтеперерабатывающем заводе, или уже на заправках продавцы разбавляют его низкосортным бензином? Как определить качество бензина?                     От чего зависит цена бензина?

Технолог 3:  В состав различных нефтепродуктов входят разные УВ. Значит при горении они будут выделять различное количество тепла. Продукты с большим числом атомов углерода  при сгорании выделяют больше тепла, следовательно газойли используют для тяжелых дизелей. А разные марки бензина зависят от детонационной стойкости бензина.

Одной из важнейших характеристик всякого бензина является его детонационная стойкость.

 Чем сильнее сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощность развивает двигатель и тем большую мощность развивает двигатель и тем относительно меньше он расходует горючего. Не все сорта бензинов выдерживают сильное сжатие. Некоторые углеводороды при сжатии воспламеняются преждевременно и сгорают с чрезвычайно большой скоростью, со взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре, происходит сильный износ деталей, мощность двигателя падает. Это взрывное сгорание бензина носит название детонации.

Наименьшей стойкостью к детонации обладают парафины нормального строения.

Углеводороды разветвленные, а так же непредельные и ароматические более устойчивы к детонации.

Для количественной характеристики детонационной стойкости бензинов выработана октановая шкала. Октановое число изооктана (2,2,4-триметилпентана), обладающего высокой детонационной стойкостью, принято за 100.

76 бензин  (76% изооктана + 24% н-гептана),  80 бензин ( 80% озооктана + 20% н-пентана)     95 бензин (95% изооктана + 5 % н-пентана) и т.д.

Чтобы повысить детонационную стойкость бензина, его подвергают ароматизации. Этот процесс называется риформингом.

Он осуществляется путем нагревания их в присутствии платинового катализатора. В этих условиях идут реакции превращения парафинов и циклопарафинов в ароматические углеводороды, вследствие чего октановое число бензинов повышается .

Директор: Прошу экологов дать справку о состоянии

«НТВ» экологам:

Какие задачи стоят перед вашим предприятием, чтобы обеспечить безаварийную работу, а так же качественную очистку выбросов, чтобы избежать загрязнения окружающей среды?

Эколог: Среди многих проблем, которые стоят перед человечеством, охрана окружающей среды от последствий его производственной деятельности является одной из первоочередных. Собственно само понятие «загрязнение окружающей среды» появилось в связи с добычей, транспортировкой и переработкой нефти. Да, нефть дала неисчислимые блага человечеству. Но за этим не сразу заметили чад, отравляющий планету. Нефть дала толчок не только к развитию производительных сил общества, но и породила многие экологические проблемы.

 Использование нефтепродуктов неизбежно ведет к загрязнению окружающей среды. Прежде всего – это нефтяные пятна на дорогах, которые попадают в почву, реки. С выхлопными газами автомобилей в воздух попадает много веществ, влияющих на его чистоту.  И, конечно, настоящим бедствием становится разливы нефти и нефтепродуктов при техногенных авариях

Инженер по технике безопасности: С целью очистки газообразных продуктов, которые выбрасываются в атмосферу, их подвергают гидроочистке. За исправностью оборудования постоянно следят работники нашего предприятия. Но все же самое главное, нужно стремиться к безотходному производству, что понизит себестоимость продукции, и снизит выброс вредных веществ в атмосферу. Для этого нужно поднять уровень науки и технологии. Важную роль в этом должны сыграть вы, представители прессы, пропагандируя интерес к знаниям, науке.

Вопросы для беседы:

1. Оценить с экономической  точки зрения замену Ув сырья как топлива другими веществами. Каковы основные трудности в решении данного вопроса?
2. Нефтехимия и безотходное производство. Совместимы ли они?
3. Каковы перспективы нефтехимии, учитывая, что запасы нефти не безграничны?
4. В последние годы значительно выросли цены на продукцию нефтехимии. Связано это с экономическими задачами или является чьим-то волевым решением?
5. Основные валютные поступления в нашей стране – за счет продажи нефти и газа. Предложите другие пути увеличения валютных поступлений?
6. Дайте оценку технологическому уровню нефтехимии в России. Предложите пути улучшения ситуации на УВ рынке.
7. Возможно ли мирное сосуществование нефтехимии и окружающей среды? Какие для этого нужны условия?
8. Пути решения проблемы замены пищевого сырья для технических целей непищевым.
9. Влияние нефтедобычи на внешнюю и внутреннюю политику России.
10. Перспективы развития нефтяной промышленности.

III. РЕФЛЕКСИВНО – ОЦЕНОЧНЫЙ ЭТАП

Председатель: Благодарю всех участников нашего совещания. Всем необходимо принять все сказанное к сведению и усилить контроль за качеством выпускаемой продукции. Всем службам обратить внимание на вопросы охраны окружающей среды.

Подведение итогов урока, выставление и комментирование оценок

Рефлексия

Домашнее задание