«Нефть и продукты ее переработки».
методическая разработка по химии (10 класс)

    Тема урока: «Нефть и продукты ее переработки».

Цели и задачи урока

Цель урока – рассмотреть основные природные источники углеводородов в свете двух направлений их использования: в качестве энергетического сырья и основы химического синтеза.

Задачи урока

• Обучающие. Сформировать  у учащихся знания о нефти как важнейшем источнике углеводородов, изучить состав нефти, способы ее переработки, обосновать существующую проблему ликвидации нефтяных загрязнений. Дать характеристику нефтяной промышленности мира, России и Краснодарского края.
• Развивающие. Способствовать развитию умений применения полученных знаний в повседневной жизни, работы с различными источниками информации, частично поисковой и исследовательской деятельности; умению ориентироваться в большом потоке информации, критическому отношения к ней
• .Воспитательные. Показать значимость химических знаний в жизни современного общества, формирование научного мировоззрения, способствовать экологическому воспитанию учащихся, повышению мотивации к изучению предмета.

Тип  урока:  урок изучения нового материала.

Оборудование урока:  пробирка с нефтью, коллекция «Нефть и нефтепродукты, информационные карточки, мел, ноутбук, интерактивная доска, слайдовая  презентация.

План урока.

1. Организационный момент
2. Подготовка к основному этапу урока. Обеспечение мотивации. Понимания учащимися цели учебно-познавательной деятельности, актуализация опорных знаний.
3. Основной этап  урока.
4.  Исследовательский практикум. Применение знаний и способов действий. Установление правильности и осознанности учебного материала, выявление пробелов и их коррекция..
5. Ситуативная  игра.
6. Творческие домашние задания. Формирование  направлений проектной  деятельности.
7. Подведение итогов урока. Анализ и оценка успешности достижения цели, определение перспективы последующей работы.
8. Рефлексия.

Ход урока.

I Организационный момент.

Приветствие учащихся.

II .  Мотивация. Урок начинается с постановки вопроса.

Учитель химии.

 «У греков есть огонь, подобный небесной молнии. Они направляли его на врага и сжигали дотла»                                                                                                                

В настоящее время ее величают «королевой энергетики»,  она определяет экономику государства,  но вместе с тем   породила ряд экологических проблем.

Шторм в ноябре 2007 года затопил четыре судна в Керченском проливе,  два танкера получили повреждения.  Из танкеров  в море вылилось около двух тысяч тонн мазута.

Итак, тема сегодняшнего урока « Нефть и  продукты  ее переработки»

Цель сегодняшнего урока:   не  только

изучить состав нефти, способы и  продукты ее переработки,  но и  познакомиться  с  экологическими  проблемами, принять активное участие в  их решении.

Некоторые из вас, проделав  информационно- поисковую  работу,  готовы  представить  данный материал не только с  точки зрения  химии, но и  географии,  экологии.

3. Основной этап  урока. Изучение  нового материала.

Вопрос:  Что же такое нефть

Лабораторный опыт «Ознакомитесь со свойствами нефти»

Сырая нефть - маслянистая жидкость, темного цвета, (от светло-коричневого до чёрного, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет),  с резким своеобразным запахом, в воде нерастворима ( растекается  по поверхности, образую тонкую пленку), легче воды

Вопрос: Можно ли  нефть записать одной  формулой?

Работа  с  учебником  стр

(Нет) А почему?

По составу нефть - сложная смесь, главной частью которой являются парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды  и органические соединения, содержащие кислород, серу, азот и другие элементы. (  Аромат нефти придают сопутствующий сероуглерод, остатки растительных и животных организмов)

Например, грознинская  нефть богата парафиновыми углеводородами, башкирская  нефть –циклопарафинами, а уральская –ароматическими.

 Состав нефти определяется  условиями и местом  залегания.

Учитель географии

Распределение основных запасов нефти в мире, России. Нефть в  Красндарском  крае и важнейшие нефтеперерабатывающие  заводы.

Слово «нефть» появилось в русском языке в 17 веке и происходит от арабского «нафата», что означает «извергать». Так называли в 4-3 тыс. до н. э. жители Месопотамии- древнего очага цивилизации- легковоспламеняющуюся маслянистую черную жидкость, которая действительно иногда извергается на поверхность земли в виде фонтанов.

Поэтому, с древних времен и до середины 19 века нефть добывали там, где она изливалась в виде источников, проходя по разломам и трещинам в горных породах. Но когда начали ее искать вдали от мест непосредственного выхода нефти, возникли вопросы: как это делать? где бурить скважины?

Анализируя распределения мировых разведанных ресурсов нефти по регионам и странам,  приходим к выводу, что исключительная роль приходится на Юго-Западную Азию, а именно 2/3 мировых ресурсов нефти залегают в странах Персидского залива (СА, Ирак, ОАЭ, Кувейт, Иран).

Нефть перерабатывают на нефтеперерабатывающих заводах.

Учитель химии.

Перегонка нефти.

           А  еще совсем  недавно  в 1840 г. губернатор г. Баку направил в санкт-петербургскую Академию наук несколько бочек с нефтью для изучения её промышленного использования и получил через некоторое время ответ: «Это вонючее вещество пригодно только для смазки колёс у телеги».  И уже в эти годы уже появились первые перегонные заводы в России и в Америке.

          В настоящее время современная нефтепереработка – это сложный комплекс производственных процессов, направленный на получение нефтепродуктов, а также сырья для  органического синтеза.

О перегонке нефти расскажет Кондаурова А. А вам ребята  необходимо в  процессе работы заполнить таблицу.

Продукты фракционной перегонки нефти

(выступление  Кондауровой)

Так как нефть – сложная смесь природных углеводородов различной молекулярной массы, то первичная переработка – это перегонка нефти, которая позволяет разделить нефть на отдельные фракции в соответствии с различной  температурой кипения углеводородов

          Перегонка (ректификация) – процесс разделения смесей на отдельные компоненты, или фракции, на основании различия их температур кипения. 

В  промышленности перегонку нефти осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и  ректификационной (разделительной)  колонны.  По трубопроводу непрерывно подается нефть, где она нагревается до 350°С и в виде паров поступает в ректификационную колонну. Пары нефти  поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются, оседая на специальных тарелках.

 Менее летучие углеводороды конденсируются уже на первых тарелках, образуя газойлевую фракцию, которая  используется  как дизельное  топливо

Более летучие углеводороды собираются выше и образуют  керосиновую фракцию. Ее используют в качестве горючего для реактивных самолетов, ракет.  

Ещё выше собирается  лигроиновая фракция, так называемый  тяжелый бензин, который применяют в качестве горючего для тракторов, тепловозов, грузовых автомобилей.

 Наиболее летучие углеводороды выходят в виде паров из колонны и сжижаются, образуя бензин, основное автомобильное топливо. Часть бензина подается обратно в колонну для орошения поднимающихся паров. Это способствует охлаждению и конденсации соответствующих углеводородов.

После отгонки светлых нефтепродуктов, остается темная вязкая жидкость – мазут. Его используют как топливо в котельных установках, но основную массу подвергают перегонке при низком давлении. При этом из мазута выделяют:

1. Соляровые масла – дизельное топливо;
2. Смазочные масла – автотракторные, авиационные, индустриальные;
3. Вазелин  - основа для косметических средств и лекарств;
4. Парафин – применяют для производства свечей и в медицине.

        После отгонки остается  гудрон – твердый остаток:  - битум и асфальт (для дорожных покрытий)

           А как вы  думаете, какой  продукт  перегонки в  настоящее время  считается  более ценным  и востребованным?

Бензин

 Вы правы. Если основной целью  первой перегонки  на Кавказе, проводимой братьями  Дубиниными,  было получение керосина (из 30 вёдер нефти получали 16 вёдер керосина;  керосин широко применяли как топливо для керосиновых ламп, керогазов), то  с изобретением двигателя внутреннего сгорания именно  фракция – бензин – оказалась едва ли не самым главным, самым ценным продуктом нефтепереработки.

Но есть  и главный недостаток такой перегонки ― малый выход бензина (не более 20 %)   

Значительно больше получается лигроиновой и керосиновой фракций, в которых С-Н имеют более длинную цепь чем в бензине.

Возможно ли из керосина получить бензин?

Давайте  обратимся  к учебнику на  ст.    (Беседа)

При нагревании С-Н керосиновой фракции до 500-600°С молекула алкана разрывается пополам, образуя 2 С-Н с более короткой цепочкой:

                  С16Н34 → С8Н18 + С8Н16

                            гексадекан          октан           октен

Способ осуществления такого химического превращения предложил в 1891 г. русский инженер Шухов. Описанный процесс с конца 19 в.стал широко внедрятся в промышленность и получил очень точное название – КРЕКИНГ.(расщеплять)

КРЕКИНГ – процесс термического расщепления С-Н. 

Различают каталитический и термический крекинг.

Учитель даёт задание классу: Используя  §  учебника  (Г. Е. Рудзитис, Ф. г. Фельдман)  (стр. 73), изучить таблицу,  а так же записать определения термического и каталитического крекинга в инструктивную карту урока:

Расщепление молекул углеводородов протекает при сравнительно высокой температуре (470 – 5500С). 

Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при более низкой температуре (450 – 5000С).

Вопросы классу:   

1. Какие углеводороды содержит бензин термического крекинга?                                                      

При термическом крекинге образуются предельные и непредельные  углеводороды неразветвленного строения.                                                          

2. Какие углеводороды содержит бензин каталитического крекинга?

При каталитическом крекинге образуются   углеводороды разветвленного строения и ароматические.

Приезжая на заправку, многие из вас наверное видели на колонках цифры:  92,

 95, 98?????

 Вопрос: Что означают эти записи? Провел исследовательскую работу  Демин  Олег.

3. Исследовательский  практикум.

Буква «А» - автомобильный бензин. Цифра – «октановое число», т.е. детонационная устойчивость – это основная характеристика бензина, устойчивость бензина к сжатию в цилиндре внутреннего сгорания. Низкая устойчивостьк воспламенению паров бензина и даже взрыву.

Устойчивым к детонации является бензин, полученный   крекингом,  нежели  прямой  перегонкой, так  как содержит  непредельные, разветвленные  и ароматические  углеводороды. В бензине термического крекинга содержится много непредельных углеводородов, которые легко окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при хранении. Бензин более высокого октанового числа  содержит разветвленные  и  ароматические  углеводороды, что делает его более устойчивым  к хранению и окислению

Был для  исследования  взят бензин А-95

 Опыт по определению качества  бензина. Для этого необходимо иметь воду, йодную настойку, бензин.

 Нальем в пробирку немного воды около 0,5мл, затем йодной настойки и прильем бензин.. Наблюдаем за окраской.  Окраска исчезла,  перед вами крекинг-бензин  более низкой марки, содержащий непредельные углеводороды

Возможно октаное число  было завышено путем  этилирования или добавления  газов. Повысить октаное  число можно и  помощью соединений свинца,  а не  платиновых  дорогостоящих катализаторов. «Применение такого бензина законодательно запрещено еще в  2003 году» - об этом  сообщил сотрудник  пресс-службы «Лукойла» Владимир Семаков  Очевидным подтверждением подобных ухищрений служит сильный запах газа на АЗС, а.  также  повышенное  содержание соединений свинца  возле автомагистралей. Соединения  свинца  являются  ядами, поражающими  центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт, нарушающими  процессы обмена веществ

Я  думаю, что такое исследование и  выявление проблемы  может стать началом  создания  проекта.

Итак, мы  видим, что в  основном  продукты  переработки нефти используются  как топливо.

Д.И. Менделеев говорил, что топить нефтью, это всё равно, что топить

ассигнациями?  Как понимаете вы эти слова?  

Менделеев  предполагал,  что из нефти  можно получать более ценные продукты.

 Я думаю, что вы  правы.

  К сожалению,  приходится констатировать, что более 90 % нефти расходуется пока как топливо, и только 10 % тратятся на химическую переработку.

И эти  10  – то, без чего сегодня человечество не проживет и дня. Мы рождаемся и живём в мире продуктов и вещей, получаемых  из нефти.

Выступление  Маслова Г.
             Однако, в последние годы продукты переработки нефти все шире используются как сырье для химической промышленности. Около 8% добываемой нефти потребляются в качестве сырья для современной химии. Например, этиловый спирт применяется примерно в 150 отраслях производства. В химической промышленности применяются формальдегид (HCOH), пластмассы, синтетические волокна, синтетический каучук. 
           Продукты переработки нефти применяются и в сельском хозяйстве. Здесь используются стимуляторы роста, протравители семян, ядохимикаты,  мочевина, пленки для парников и т.д.

            В пищевой промышленности применяются полиэтиленовые упаковки, пищевые кислоты, консервирующие средства, парафин, производятся белково-витаминные концентраты, исходным сырьем для которых служат метиловый и этиловый спирты. В фармацевтической и парфюмерной промышленности из производных переработки нефти изготовляют   хлороформ, формалин, аспирин, вазелин и др. Производные  нефтесинтеза находят широкое применение и в деревообрабатывающей, текстильной, кожевенно-обувной и строительной промышленности. 

Действительно, нефть в умелых руках специалистов превращается в незаменимые продукты.  Однако транспортировка, нефтепереработка нефти и  использование  полученных продуктов порождает  ряд   актуальных экологических проблем.

Учитель географии

           Скажите, ребята, о каких Экологических проблемах, связанные с нефтью вы слышали из СМИ

Транспортировка нефти по суше в настоящее время осуществляется путем нефтепроводов, железнодорожных цистерн, между континентами ― с помощью танкеров. Во время добычи и транспортировки нефти случаются катастрофы, которые приводят к тяжелейшим последствиям.

В Мировой океан поступает около 10 млн. тонн нефти в год. В результате уже треть всей водной поверхности планеты покрыта нефтяной плёнкой разной толщины. Рыбный промысел в местах наибольших загрязнений приходит в упадок. Но больше всего страдают водные морские животные и птицы.

Сообщение ученика.

«Нефтяная чума» появилась не сегодня и не внезапно. Еще в 1922 году в Великобритании принято постановление, запрещающее слив нефти в ее территориальные воды. В дальнейшем заключались международные соглашения, проводились международные совещания, создавались советы и комитеты по борьбе с нефтяным загрязнением морей. Но благополучного решения проблемы пока не видно.

Ежегодно в мировой  океан по тем или иным причинам сбрасывается от 2 до 10 млн. тонн нефти. Аэрофотосъемкой со спутников зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана и их берега.

Источников поступления нефти в моря и океаны много: это сброс очистных вод, принос загрязняющих компонентов реками. В настоящее время из каждых 10 добываемых в море тонн нефти 7-8 тонн доставляется к местам потребления морским транспортом. Почти каждый год случаются крупные катастрофы. В 1967 году произошла авария супертанкера «Тори Каньон» у берегов Западной Европы. В море попало 120 тыс. тонн нефти. Огромное нефтяное пятно обезобразило прибрежные воды и берега Франции и Англии. Погибло 50 тыс. водоплавающих птиц, т.е. 90% морских птиц этих районов.

Если перечислять все происходившие за последние годы аварии судов, получится громадный список. А всего 1 литр попавшей в воду нефти лишает кислорода, столь необходимого рыбам, 40 тыс. литров морской воды.

1 тонна нефти загрязняет 12 км2 поверхности океана. Личинкам некоторых морских рыб необходимо сделать первый глоток воздуха. Нефтяная пленка не позволяет этого сделать, и они гибнут.

Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое воды. Опасность встречи с нефтью здесь особенно велика. На 1 гектаре морской поверхности может погибнуть более 100 миллионов рыбок, если имеется нефтяная пленка. Чтобы ее получить достаточно вылить 1 литр нефти.

Учитель химии.

Лабораторный  опыт.

 Нефть снижает защитную функцию оперенья (перья намокают и птица тонет), а также очистка перьев требует от птицы больших затрат энергии (это приводит к переохлаждению).

Птица ……..символ экологических бедствий.

5.Ситуативная  игра.

Учитель химии

         Конечно, самый верный способ борьбы с загрязнениями – не допускать аварий. Ну, а если беда всё-таки случилась? Что делать?

Проблемная ситуация.

Внимание! Пришло сообщение!

Нефтяной танкер потерпел крушение, пятно нефти расползается по воде. Нефть поступает к берегу. Необходимо срочно принять меры для удаления нефтяной пленки с поверхности воды.

 Предложите возможные способы решения этой проблемы

- Можно поставить на пути разливающегося нефтяного пятна преграды, чтобы уменьшить площадь его распространения.

- Использовать химические вещества – адсорбенты, которые могли бы впитать в себя  нефть, мазут.

- Попробовать потопить нефтепродукты на дно моря.

- Поджечь.

А какой, как вы думаете, может самым эффективным?

-Один из способов, предложенных вами, - поджог. Сможет ли сгореть нефть в воде?

-Может произойти частичная   очистка поверхности воды.

- Оцените экологические последствия такого способа утилизации нефтепродуктов.

- Мне кажется, что сжигание может нанести большой вред экологии атмосферы, из-за попадания в нее продуктов горения.

- Второй, названный вами способ – механическое ограждение. -  В случае шторма нефтяное пятно  частично выходит за пределы  границы.

- На поверхность нефтяного пятна  мы  посыпали мелом и наблюдаем, что оно практически полностью осело на дно.

- На самом ли  деле такой способ эффективен?

-Я думаю, что  на морском дне нефть все еще опасна для водорослей и глубоководных животных.

- В качестве очистки поверхности воды можно  использовать и сорбенты, но  это  приводит к частичному поглощению нефтепродуктов. К тому же  поверхность еще и загрязняется   механическими примесями. торфяную крошку, которая выполняла  роль  сорбента. Наблюдаем  частичное поглощение нефтепродуктов, большая их часть осталась на поверхности воды, к тому же ее поверхность еще загрязняется мелкими механическими примесями.

- Какой же, на ваш взгляд метод очистки оказался наиболее эффективным?

- На наш взгляд это механическое собирание.

Несмотря на неполную очистку, оно приводит к меньшим экологическим последствиями.

- Кстати, возвращаясь к сообщению, прозвучавшему в начале урока, Ирина Владимировна, какой способ был использован для ликвидации последствий экологической катастрофы в  Керченском  проливе.

-По даным МЧС России «В Керченском проливе установили дамбу, которая препятствовала прохождению пятна нефти в Азовское море. Так же выставили  боновые заграждения между мысом Тузла на Таманском полуострове России и украинским островом Тузла». Это способствовало концентрации нефтепродуктов на ограниченной территории, что облегчило их откачивание в специальные контейнеры.

6.Вывод. Творческие домашние  задания.

- Итак, на уроке мы убедились в том, что ни один из предложенных способов не приводит к идеальному результату по очистке поверхности воды от нефтяных загрязнений.

Но работы в этой области продолжаются. Так, британские ученые разработали новое средство, представляющее собой специальный гель, вызывающий затвердевание нефтяной пленки. А русские ученые изобрели специальный адсорбирующий порошок, 20 кг которого позволяют  собрать тонну нефти.   Большинство из них находятся в стадии разработки.

Домашнее задание.

2.Собрать информацию в различных источниках СМИ о современных способах очистки поверхности воды от нефтяных загрязнений.

Актуальные темы  для  проектной  деятельности:

1 Кто такие нефтяные сорбенты: рекламные иллюзии и реальные перспективы?

(Не будут ли  такие  меры борьбы  очень дорогостоящими, трудоемкими ?  И смогут ли они  не оказать серьезное влияние на окружающую среду? )

2. Экологические  последствия  сжигания  углеводородного сырья.

3 Экологический  вред выхлопных газов  автомобилей.

 Выхлопные газы  автомобилей  содержат большое количество вредных веществ, среди  которых: не только упомянутые уже свинцовые соединения, но и:

Оксид углерода СО- угарный газ. Ядовитый газ без цвета и запаха. При вдыхании связывается с гемоглобином крови. Небольшие концентрации вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедление реакции у водителя. Высокая концентрация даже при кратковременном воздействии может привести к смерти. Кислородное голодание прежде всего разрушает головной мозг и особенно пагубно для сердечной мышцы, вызывает заболевание сердца- стенокардию.

Альдегиды. Относятся к отравляющим веществам, раздражающе действуют на глаза, дыхательные пути, поражая почки и печень.

Сажа. Чем больше сажи, тем чернее дым. Сажа действует на органы дыхания, как любая пыль, но самое страшное, что на поверхности частиц сажи оседают канцерогенные вещества, очень опасны для человека даже при малой концентрации, поскольку накапливаются в организме, эти вещества вызывают раковые заболевания.

Сернистый газ. С парами воды в атмосфере образует серную кислоту. Длительное вдыхание вызывает нарушения деятельности нервной системы.

Оксид азота.

Оксид углерода СО2

В ходе сбора материала и исследовательской  работы  найдите причины данных проблем и предложите свое видение их решения.

7.Подведение итогов урока.

8 Рефлексия.

В  инструктивной  карте  урока  изображена  пробирка,  заполните  ее нефтью (рисование) до того уровня, который, по-вашему  мнению, будет  означать объем ваших знаний, полученный  на  уроке, а  также  интерес  к  изучаемой  теме..

Заключительное слово.

… Пора бы человечеству понять,

Богатства у природы отбирая,

Что Землю надо тоже охранять,

Она, как мы, такая же живая».

                   Ирины Трофимовой