Суд над химической промышленностью
план-конспект урока по химии (10 класс) по теме

Обобщающий урок по теме: «Органические соединения»

 «Суд над химической промышленностью».

Цель:

создать условия для:

• развития интереса к предмету,
• стимулирования познавательной активности учащихся (чтения дополнительной литературы),
• творчества десятиклассников,
• расширение знаний о роли органических веществ в жизни человека,
• воспитание бережного отношения к природным богатствам.

Действующие лица:

1. секретарь
2. судья
3. обвиняемая – химическая промышленность
4. пострадавшая – земля
5. адвокат химической промышленности
6. прокурор (обвинитель)
7. свидетели обвинения (4 человека: об атмосфере, о гидросфере, народная целительница)
8. свидетели защиты (5 человек)

Оборудование: плакаты, заранее подготовленные учениками по темам выступления.

Ход судебного процесса.

Секретарь. Встать, суд идет!

Судья. В открытом судебном заседании мы слушаем дело о загрязнении окружающей среды. Земля обвиняет химическую промышленность. Слово предоставляется земле.

Земля. Для нужд химической промышленности человек ежегодно извлекает из моих недр более 100 млрд т руды, горючих и строительных материалов. Когда около 1 млн лет назад человек появился, и мы долгое время находились с ним в гармонии. А теперь, когда появилась химическая промышленность, вся моя поверхность изрыта, постоянно извлекаются газ, нефть, рубят леса. Мои силы и запасы не бесконечны. По последним данным запасов нефти и газа осталось на 20 лет.

Судья. Адвокат, что может на это возразить обвиняемая?

Адвокат. Ваша честь я бы хотел пригласить саму обвиняемую. Никто лучше нее не расскажет о том, для чего используется добываемый газ, нефть и т.д.

Химическая промышленность. Добываемый природный газ на 80-97% состоит из метана (СН4).

Демонстрируя плакат, рассказывает о том, для чего используется метан.

Что же касается нефти, то нефть и продукты ее естественного выхода на земную поверхность – асфальты и битумы – давно известны человеку. Их использовали в Вавилоне и Византии, как зажигательную смесь. В древнем Египте и Риме нефть применяли для строительства дорог и других сооружений. С конца XVIII века продукт переработки нефти, керосин, стал использоваться для освещения жилищ и улиц, а с XIX века, с изобретением двигателей внутреннего сгорания нефтепродукты стали основным видом топлива для различных транспортных средств.

Сырая нефть – это сложное вещество, имеет вид маслянистой жидкости и представляет собой смесь углеводородов. В результате ее переработки можно получить много необходимых для нас веществ.

Демонстрируя плакат, рассказывает о том, для чего используется нефть.

Прокурор. Ваша честь, несмотря на все рассказанное нельзя забывать о том, что предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, автомобильный транспорт и т.д. являются источником загрязнения атмосферы. Разрешите пригласить первого свидетеля?

 Свидетель обвинения. Я бы хотел остановиться на загрязнении атмосферы в результате работы ТЭС и автомобильной промышленности.

Известно, что ТЭС работают на природном газе, который на 80-97 % состоит из метана (СН4). В результате работы выбрасывается большое количество СО2, который является причиной уже всем известного «парникового эффекта». Кроме того, оказывается, что в печах ТЭС при высокой температуре азот воздуха реагирует с кислородом, и образуются оксиды азота, которые трубами выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее.

Что же касается автомобильной промышленности, то сейчас в мире имеется более 500 млн. автомобилей. На них приходится 60% всех вредных выбросов в атмосферу; в выхлопных газах содержится не менее 200 пагубных для здоровья компонентов (СО, NOx,SO2, углеводороды, и др.)

Например, СО связывается с гемоглобином в 200 раз активнее, чем кислород. Значит, снижается способность крови переносить кислород. Кроме того, выхлопные газы могут быть причиной образования смога над городами. Этот процесс можно представить схемой:

NO+1\2O2=NO2

Под действием ультрафиолета солнца NO2 может распадаться. Образовавшийся атомарный кислород при взаимодействии с молекулярным кислородом образует озон:

NO2+hν=NO+O

O+O2=O3

NO2+O2hν→NO+O3

O3+NO→O2+NO2

Озон и атомарный кислород вступают в реакцию с углеводородами, что приводит к образованию токсичного продукта – смога.

В целом выбросы автотранспорта значительно более токсичны, чем выбросы, производимые стационарными источниками. Наряду с угарным газом, окислами азота и сажей (у дизельных автомашин) работающий автомобиль выделяет в окружающую среду более 200 веществ и соединений, обладающих токсическим действием.

Еще в выхлопных газах содержатся соединения свинца – токсичного элемента, который действует на ферментные системы и обмен веществ, накапливается в морских отложениях и пресной воде.

Прокурор. Но и это еще не все, разрешите пригласить еще одного свидетеля?

Свидетель обвинения. Хочу рассказать о свалках, которые не только портят внешний вид, но и являются источниками загрязнения воздуха. На свалках, где большое количество органических веществ, но не большое количество кислорода, растет число анаэробных бактерий, которые разлагают органические вещества на простые фрагменты СО, СН4, СН3СООН и другие, которые загрязняют атмосферу.

А еще предприятия нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, коксохимической, азотно-туковой промышленности выбрасывают в атмосферу сероводород. В больших концентрациях сероводород ведет себя как сильный яд нервно-паралитического действия. При его концентрациях 1000 мг/м3 и выше у человека появляются судороги, может остановиться дыхание или наступить паралич сердца. Он блокирует дыхательные ферменты, раздражающе действует на слизистую оболочку органов дыхания и глаз. При хроническом воздействии сероводорода на организм человека в малых дозах ухудшается состояние сердечно-сосудистой и нервной систем. ПДК (Н2S) – 0,008 мг/м3.

Судья. Что этому может противопоставить адвокат промышленности?

Адвокат. Что касается сероводорода, то проводится его утилизация, например, по методу Клауса: SO2+2H2S=3S+2H2O, так получают серу в Оренбурге, Астрахани, Норильске.

По поводу загрязнения атмосферы автомобильной промышленностью, я бы хотел пригласить свидетеля, который докажет, что недостатки работы промышленности идут от иногда незнания и неполной изученности химических процессов.

Свидетель защиты. 

Кратко охарактеризуем основные направления решения проблемы по уменьшению загрязнения окружающей среды автотранспортом.

Совершенствование двигателя внутреннего сгорания.

Это технически вполне реальное направление может снизить удельное потребление топлива на 10—15%, а также уменьшить объемы выбросов на 15—20%. Бесспорно, что этот путь может стать весьма эффективным в самое ближайшее время, поскольку не требует серьезных перестроек ни в автомобилестроении, ни в системе обслуживания и эксплуатации автомобиля.

Перевод двигателя внутреннего сгорания на газообразное топливо.

Существующий многолетний опыт эксплуатации автомобиля на пропан-бутановых смесях показывает высокий экологический эффект. В автомобильных выбросах резко снижается количество угарного газа, тяжелых металлов и углеводородов, однако уровень выбросов окислов азота остается достаточно высоким. Кроме того, применение газовых смесей пока возможно лишь на грузовых автомобилях.

Перевод двигателя внутреннего сгорания на водородное топливо часто рекламируется как чуть ли не идеальное решение проблемы, однако при этом часто забывают, что окислы азота образуются и при использовании водорода и что добыча, горение и транспортировка больших объемов водорода связаны с большими техническими трудностями, небезопасны и весьма накладны в экономическом отношении.

Замена автомобиля электромобилем также весьма интенсивно рекламируется в популярной литературе, однако в настоящее время она столь же мало реальна, как и предыдущее предложение

Помимо разобранных выше существуют десятки других технических решений, многие из которых доводятся до опытных образцов.

Что же такое бензин, который используют в качестве топлива машины?

Как уже упоминалось нефть это смесь различных углеводородов.

Чтобы получить бензин нефть проходит первичную и вторичную переработку.

Первичную перегонку нефти проводят в ректификационных колоннах. Однако, оказывается, что выход бензина из ректификационной колонны очень низкий, кроме того, полученный бензин имеет низкое октановое число (О.Ч.).

О.Ч. – (ОЧ100) это величина, которая показывает способность топлива противостоять сжатию. Чем больше О.Ч., тем качество бензина выше.

Для повышения выхода бензина, и О.Ч. бензина осуществляют крекинг (разложение больших углеводородов на более простые, термическим и каталитическим способами).

Повышения детонационной стойкости топлива добиваются еще добавлением к нему антидетонаторов. Один из них – тетраэтилсвинец Рв(С2Н5)4. Но, как уже было указано, он ядовит, поэтому во многих странах от него отказались. Более эффективный антидетонатор – марганецорганическое соединение С5Н5Мn(СО)3, которое не является ядовитым и не загрязняет воздух.

Кроме того хочу заметить, что во всем мире наблюдается тенденция по введению более жесткого контроля за содержанием СО в выхлопных газах.

Судья. Прокурор, Вы удовлетворены?

Прокурор. По предыдущему вопросу возможно да.

Однако хочу напомнить, что добыча нефти с каждым годом растет. Нефть добывают в основном с помощью бурения скважин.

Первоначально нефть и сопутствующий газ находятся в пластах под давлением, т.е. нефть как бы вытесняется давлением на поверхность. Такой способ добычи называется фонтанным. По мере добычи нефти давление в пласте уже становится недостаточным, поэтому это давление создают искусственно. Для этого бурят рядом не одну, а две скважины и в одну из них пропускают газ под определенным напором, а через другую скважину этот газ вытесняет оставшуюся нефть. Таким образом, уродуется поверхность земли.

Но разрешите пригласить свидетеля, который расскажет о загрязнении гидросферы?

Свидетель обвинения – эколог. Вода – бесценное богатство, без нее не возможна жизнь на планете. С развитием промышленности расход воды увеличивается, при этом увеличивается загрязнение воды промышленными и бытовыми отходами. Важным показателем качества воды является количество растворенного в ней кислорода. Он необходим для жизни обитателей водоемов. За счет деятельности аэробных бактерий кислород используется для окисления органических веществ – останков животных и растительных организмов с образованием СО2, Н2О, -NO3, =SO4, PO4, эти ионы усваиваются растениями. Тем самым осуществляется самоочищение водоема. При избытке органических веществ, образующихся в увеличенном количестве в результате процесса фотосинтеза из увеличенного количества СО2, растворенного кислорода оказывается уже не достаточно для деятельности аэробных бактерий. В этих условиях процесс разложения органических веществ выполняют анаэробные бактерии, но в результате их деятельности образуются уже СН4, NH3, H2S, PH3. Вода приобретает гнилостный запах, гибнет рыба и другие обитателей водоемов. Источниками загрязнения воды являются в том числе:

1. горючее – смазочные вещества морского и речного флота,
2. нефть, покрывающая 1/4 часть поверхности Мирового океана, вследствие потери ее при подводной добыче, перевозках, авариях нефтеналивных судов. Немецкие ученые подсчитали, что ежегодно на морских трассах может возникнуть не менее 10 тысяч опасных ситуаций. При этом около одного миллиарда тонн нефти может вылиться в океан.
3. отходы животноводства.

Судья. Что, адвокат, Вы можете возразить?

Адвокат. Аварии нефтяных судов – это бич Мирового Океана.

Конечно, лучше если не будет не одной аварии, но реальность другая. Однако мы научились бороться с нефтью в океане.

Свидетель защиты. На сегодняшний день существует пять методов борьбы с нефтью в океане:

I Место – метод поглощения;

Всем вам известны солома и торф, – которые поглощают нефть, после чего их можно аккуратно собрать и вывести с последующим уничтожением. Правда, этот метод годится лишь в условиях штиля и только для небольших пятен. Однако, этот способ весьма популярен в последнее время из-за своей дешевизны и высокой эффективности.

II Место – методы химического рассеивания и ограждения;

Химическое рассеивание – существуют химические препараты для ликвидации пятен и одни из них:

1) впитывают нефть в себя как губка;
2) стягивают нефть в плоские маленькие пятна, которые потом уже легче убрать;
3) уплотняют нефть в кубики.

Самые эффективные из них называются диспергенты. Диспергенты – это вещества, которые разбивают нефтяной слой на мельчайшие капельки, не смешивающиеся друг с другом. А затем эти вещества вылавливаются большими сачками и сжигаются на суше.

Метод ограждения. Если нефтяное пятно окружить плавающими заграждениями, оно не будет увеличиваться в размерах. Такие заграждения называются – контейнерами. Их можно даже передвигать в удобное для ликвидации место. Затем специальное судно откачивает нефть из контейнеров насосами. Но эту откаченную нефть использовать как топливо нельзя, кроме того, этот метод применяется только при спокойной погоде, т.е. когда на море нет волн. А если авария произошла в полярных водах, нефть становится вязкой, что влечет за собой некоторые трудности.

III Место – методы осаждения и самоликвидации.

Самоликвидация – этот метод применяют в том случае, если нефть разлита далеко от берегов и пятно небольшое (в этом случае пятно лучше совсем не трогать). Постепенно пятно растворится в воде и частично выпарится.

Оседание. Ученые обнаружили, что если нефтяное пятно посыпать слоем мела, то мел будет впитывать в себя нефть, и очень быстро тонуть, очищая, таким образом, поверхность воды от нефтяных пятен, однако нефть остается на дне и продолжает отравлять флору и фауну океана.

Экологические проблемы волнуют промышленность во всех сферах.

Например, при отмывке цистерн из-под нефтепродуктов большинство промывочных станций применяют устаревшую традиционную пропарочную технологию. При этом температура острого пара составляет 100-120 0С. Пропарочная технология считается дорогостоящей, энергозатратной и экологически вредной.

В последнее время разработали моющее средство, которое не растворяет нефтепродукты, а отщепляет их от поверхностей. При этом температура рабочего раствора составляет 45-55 0С. Это замкнутая бессточная технология. Моющий раствор можно использовать вновь и вновь, а отмытые нефтепродукты при этом отделяются от рабочего раствора, и их можно использовать по назначению.
Первая промывочная станция, которая будет работать в Ленобласти, установлена в Шушарах.
 Судья. Прокурор?

Прокурор. Да, ваша честь. У нас есть еще свидетель.

Народная целительница. 

Ваша честь, я много лет лечу людей от всяких болезней. И могу с уверенностью сказать, что лучше природных лекарств ничего нет. Например, мы хорошо знаем о лечебных свойствах подорожника, зверобоя, мать-и-мачихи. Я почти уверенна, что любую болезнь можно вылечить травками. И природные ткани занимают достойное место среди прочих лечебных средств. Вот послушайте: в лечебных свойствах меха и кожи люди убедились еще в пещерные времена, когда перевязанные шкурами раны заживали быстрее и лучше. При обострении остеохондроза позвоночника самое эффективное средство – мех зайца (тут же к больному месту следует прикладывать ворс и носить не снимая). При бессоннице помогает подушечка с зашитым в нее заячьим хвостиком. Мех лисицы рекомендовали носить тучным людям, желающим похудеть. Сибиряки до сих пор считают, что шкура медведя, если полежать на ней денек-другой, спасает от любой боли, даже подагренной, которую, как известно, ни одно лекарство не берет. Обертыванием шкурой овцы народы Средней Азии и Закавказья лечат ревматизм и ломоту. И это вовсе не чепуха – такой метод лечения тысячелетней практикой доказал свое превосходное действие. Среди натуральных волокон шерсть – одно из самых эффективных лечебных средств.

Адвокат. Позвольте возразить и пригласить свидетеля, который докажет всю несостоятельность таких рассуждений?

Медик. Господа, о чем мы вообще говорим. Травки, конечно, хорошо, а что делать, если нужна операция? Вы предлагаете по старинке поить больного до бесчувствия или чем-то тяжелым бить по голове для отключения сознания? Думаю, что даже целительница не согласилась бы удалять зуб без местной анестезии, для которой используются анестезин, новокаин ( демонстрируются плакаты с формулами веществ), которые являются сложными эфирами п-аминобензойной кислоты. Или глицерин, который входит в состав многих лекарств, мазей и кремов. Раньше его получали гидролизом животных жиров (демонстрация плаката). Теперь из пропилена, получаемого из газов нефтепереработки (демонстрация плаката). И это только самые простые примеры. Что и говорить, что последнее время фармацевтика получает все новые и новые лекарства, которые так необходимы больным людям. Давно хорошо известно, что соблюдение элементарных правил гигиены может избавить от многих болезней. Я говорю хотя бы о мытье рук с мылом перед едой. Мыло раньше получали щелочным гидролизом животных жиров. Представьте, если бы не научились получать синтетические моющие средства. Сколько бы животных пришлось загубить

Адвокат. Что же касается волокон, то на этот счет у нас имеется другой свидетель.

Химик. Конечно никто не спорит. Что природные волокна и ткани из этих волокон хороши. Однако человечество растет, растет его потребность в тканях для пошива одежды. И человечество было поставлено перед необходимостью поиска новых волокон. Так были получены искусственные волокна на основе природного полимера целлюлозы, потом ученые задумались, почему бы ни научиться получать самим такие полимеры? Так в 30 годах 20 века были разработаны методы синтеза волокон из бензола, фенола, этилена, ацетилена, аммиака, синильной кислоты и т.д. (демонстрация плаката).

В 1975 году мировое производство химических волокон (искусственных и синтетических) составило свыше 10 млн. тонн.

К 2000 г. – до 35-45 млн. тонн. Получение такого количества текстильного сырья на основе природных волокон невозможно, т.к. всех площадей земного шара не хватает для выращивания хлопка и льна. Выпуск десятков миллионов тонн шерсти также не реален, если учесть, что из шерсти с одной овцы получают в год 4 кг волокна.

В заключение хочу привести пример новейших разработок ученых в области волокон. Рассказ о рубашке с витамином С.

Судья. Я хотел бы пригласить экономиста. И послушать, что он может сказать.

Экономист. Д.И. Менделеев считал, что «в химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье». Любые отходы могут быть использованы как сырье для получения других химических продуктов. К сожалению, в нашей стране пока перерабатывается лишь 1/3 всех отходов. Тогда как во всем остальном мире эта отрасль считается очень прибыльным делом. И, например, такая  индустриально развитая страна как Япония считается одной из самых чистых, благодаря эффективным очистным сооружениям.

Бытовые сточные воды обеззараживают хлором или озоном, а затем подвергают биологической очистке. При биохимическом окислении органических веществ образуется биомасса, которую используют для получения белково-витаминного концентрата для подкормки животных.

Адвокат. Итак, химическая промышленность признает свои ошибки. И обещает, что будет стремиться их исправить. В заключение хочу напомнить, что химическая промышленность всегда готова прийти на помощь в трудную для человека минуту. Например, во время Второй Мировой войны, во время блокады Ленинграда, когда была острая нехватка продовольствия, было предложено в качестве одного из компонентов примесей к хлебу использовать целлюлозу, предварительно подвергнув ее гидролизу. За годы блокады ленинградские предприятия выработали около 16 тыс. тонн пищевой целлюлозы.

В городе имелись некоторые запасы красок, приготовленных на растительных маслах. Был найден способ превращения красок в пищу. Можно привести еще примеры.

Судья. Итак, прослушав материалы данного дела, суд постановил: химическая промышленность не является виновной, т.к. зачастую человек не правильно или не полностью использует ее достижения.

Домашнее задание:

1. Предложите способ получения аминоуксусной кислоты (глицина, медикамента применяющегося как успокоительное средство) из метана.
2. На гидролизном заводе за сутки из древесных опилок получено 50 т 96%-го этилового спирта. Вычислите объем выделившегося углекислого газа в атмосферу. К чему может привести повышенное содержание СО2 в атмосфере?
3. При очистке сточных вод, содержащих органические вещества, методом брожения выделился газ с плотностью по кислороду 0,5, содержащий 75% углерода, 25% водорода и используемый на водоочистительных станциях как горючее. Что это за газ? Укажите его формулу.

Использованная литература:

1. «Я иду на урок химии» Книга для учителя, М. «Первое сентября», 2001
2. Материалы Интернет