Конспект урока «Природные источники углеводородов и их переработка» по химии

Урок-конференция в 10 классе

Тема: «Природные источники углеводородов и их переработка»

Учитель химии Муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа № 12»

г. Балаково Саратовской области Пак Евгений Петрович

Цели урока.

1. Показать значение природных горючих нефтяных газов как источников энергии и сырья для химической отрасли промышленности.

2. Ознакомить с составом и свойствами нефти, способами ее переработки, показать направления использования нефти в качестве топлива и химического сырья.

3. Ознакомить с химической переработкой каменного угля и применением продуктов коксования.

4. Продолжить формирование знаний школьников о комплексном использовании сырья, о современной технологии, применяемой при синтезе полимеров, об охране окружающей среды.

5. Проверить умения учащихся решать химические задачи, составлять уравнения реакций, отражающих генетическую взаимосвязь углеводородов.

6. Продолжить формирование умений анализировать, вести дискуссию, развивать навыки общения.

7. Формировать черты социально направленной личности школьника.

Оборудование и реактивы: персональный компьютер, цифровой проектор, экран, презентация «Природные источники углеводородов и их переработка»; коллекции «Нефть», «Каучук», «Пластмассы»; схемы – конспекты (каждому учащемуся), макет двигателя внутреннего сгорания; стенд с сообщениями; географическая карта с обозначениями месторождений нефти, угля и газа; штатив, пробирки, колбы с образцами нефти; раствор перманганата калия, бензин (на каждый стол учащихся).

Ход урока

I. Тема и цели урока урока.

На экране - слайд № 1.

Учитель. Ребята, мы разобрали с вами основные классы углеводородов. Изученные нами углеводороды представляют интерес не только как соединения, на примере которых могут быть рассмотрены основные теоретические вопросы органической химии. Они имеют большое народнохозяйственное значение, т.к. служат важнейшим видом сырья для получения почти всей продукции современной промышленности органического синтеза и широко используются в энергетических целях. Сегодня наш урок пройдет в форме конференции, ознакомьтесь, пожалуйста, с планом работы (слайд № 2).

Затем выступают ребята; начинаются обсуждение и дискуссии.

II. Природные горючие и нефтяные попутные газы

На экране – слайд № 3.

Учитель. Природные горючие газы — смеси газообразных углеводородов различного строения, заполняющие поры и пустоты горных пород, рассеянные в почвах, растворенные в нефти и пластовых водах. Нефтяные попутные газы — смеси углеводородов, сопутствующие нефти и выделяющиеся при ее добыче на газонефтяных месторождениях. Эти газы находятся в нефти в растворенном виде и выделяются из нее вследствие снижения давления при подъеме нефти на поверхность Земли. Состав природных и попутных газов разных месторождений различен.

Основные месторождения природных горючих газов расположены в Северной и Западной Сибири, Волго-Уральском бассейне, на Северном Кавказе (Ставрополе), в Республике Коми, Астраханская область, Баренцево море.

Сообщение ученика на основе слайда № 3 о составе природных и попутных газов.

Учащиеся делают вывод о том, что попутные газы более разнообразны по углеводородным компонентам, чем природные, поэтому их выгоднее использовать как химическое сырье.

Учитель. 90% природных газов используют в качестве топлива. 10% используют в качестве химического сырья:

а) из метана получают водород, сажу, ацетилен;

б) если в газе не менее 3% этана, то его используют для получения этилена. В России действует этанопровод Оренбург—Казань, где из этана получают этилен для органического синтеза.

Сообщение учащегося о применении попутных газов.

На экране – слайд № 4

Учитель. Задание 1. Какие вещества можно получить из углеводородов, содержащихся в природных и попутных газах? Составьте соответствующие уравнения реакций.

Учащийся. Алкены, ацетилен, бутадиен, бензол, углеводороды изостроения.

III. Нефть

Учитель. Черная нефть струится,

Плещет тайги прибой,

И ощущают ноздри

Запах ее огневой.

Нефть — это ярость света,

Ветра напор у виска.

Нефть — голубая ракета, Рвущаяся в облака.

Учитель. Нефть и продукты ее переработки необходимы не только сегодня, но и в будущем. Нефть сегодня — основной источник энергии. Почему? Потому, что жидкое топливо наиболее удобно: высококалорийно, легко транспортируется, содержит мало примесей.

На экране – слайд № 5.

Основные месторождения нефти: Западная Сибирь — добывается 50% всей нефти, Тимано-Печорский бассейн в Республике Коми, Башкортостан, Татарстан, Самарская и Саратовская области, Северный Кавказ.

Нефть — сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы. Соотношения парафинов, циклопарафинов и аренов в нефтях разных месторождений различные.

Нефть — это маслянистая горючая жидкость обычно темного цвета со своеобразным запахом. Она немного легче воды (плотность 0,73—0,97 г/см³), в воде не растворяется. Кроме углеводородов в нефти имеются органические соединения, содержащие кислород, серу, азот и другие элементы, а также смолы. Всего нефть содержит около 100 различных соединений.

Сообщение учащегося об устройстве трубчатой печи для нагревания нефти и ректификационной колонне на основе слайда № 5 .

В таблицу на доске учащиеся записывают продукты первичной переработки нефти, дают им краткую характеристику и называют области применения.

На доске.

Продукты первичной переработки нефти

(ректификация при атмосферном давлении)

Светлые продукты (tкип., ос)	Темные продукты
Бензин(40-150) Лигроин(120-240) Керосин(150-300) Газойль (более 300)	Мазут (перегоняют при низком давлении, чтобы предупредить разложение) После перегонки: Смазочные масла Нефтяной пек (гудрон)

Учитель. А теперь поговорим о том, что такое крекинг — вторичная переработка нефти.

На экране – слайд № 6.

Учитель. Количество бензина, извлекаемое из нефти, не удовлетворяет стремительно возрастающего спроса на него. Как изыскать возможности дополнительного получения бензина из нефти?

Сообщение ученика о крекинге нефтепродуктов на основе слайда № 6.

Учитель. Во всем ли крекинг-бензин аналогичен бензину, получаемому непосредственно из нефти?

Учащийся. В крекинг-бензине много непредельных углеводородов.

Учитель. Сказывается ли присутствие непредельных углеводородов на свойствах бензина?

Учащийся. Такой бензин малопригоден для использования в качестве моторного топлива. Решить эту проблему помог процесс каталитического крекинга, позволивший направить реакции в сторону получения разветвленных углеводородов и уменьшить количество образующихся непредельных углеводородов. В результате повысилась устойчивость бензина при хранении и выросло его октановое число.

Сообщение ученика о детонационной стойкости бензина и об октановом числе (рассказывает о работе двигателя внутреннего сгорания, демонстрируя его макет).

Учитель. А теперь мы должны узнать, что такое риформинг и какого его значение.

На экране — слайд № 7.

Сообщение ученика об ароматизации и ее значении – на основе слайда № 7.

Учитель. Риформинг — это переработка бензиновых и лигроиновых фракций нефти для получения автомобильных бензинов, процесс превращения парафинов и циклопарафинов в ароматические углеводороды, вследствие чего существенно повышается октановое число бензинов.

На экране – слайд № 8.

Задание 2 (экспериментальное). Исследуйте содержание непредельных углеводородов в бензине. К 2 мл бензина прилейте 2 мл раствора перманганата калия. Сделайте вывод о содержании в бензине непредельных углеводородов.

Какими свойствами обладает крекинг-бензин? Как предотвратить способность крекинг-бензина осмоляться на воздухе?

Учащиеся выполняют задания и отвечают на вопросы.

На экране – слайд № 9.

Учитель. Задание 3. На основании данных количественного анализа о содержании химических элементов установите формулу углеводорода, входящего в состав печорской нефти.

В а р и а н т 1. Массовая доля углерода 92,3%, массовая доля водорода 7,7%. Относительная плотность по водороду 39.

Вариант 2. Массовая доля углерода 85,7%, массовая доля водорода 14,3%. Относительная плотность по водороду 43.

Учащиеся по вариантам решают задачи и дают ответы:

вариант 1— С₆Н₆, вариант 2 — С₆Н₁₂.

IV. Каменный уголь

На экране – слайд № 10.

Учитель. Каменный уголь — сложная смесь высокомолекулярных соединений, в состав которых входят следующие элементы: С, Н, N, О, S.

Сообщение ученика о теориях происхождения угля – на основе слайда № 10.

Учитель. В природе каменный уголь находится в следующих регионах: Подмосковный бассейн, Южно-Якутский бассейн, Кузбасс, Донбасс, Печорский бассейн, Тунгусский бассейн, Ленский бассейн.

При коксовании угля протекают физико-химические процессы, сопровождающиеся поглощением энергии. При нагревании угля (без доступа воздуха) до высоких температур происходит разложение высокомолекулярных соединений, при этом образуются летучие вещества и твердый остаток — кокс.

На экране – слайд № 11.

Сообщение ученика об устройстве коксовой печи и принципе производства – на основе слайда № 11.

Учитель. Почему коксовая печь состоит из множества камер, а не из одной? В чем заключаются технологические недостатки процесса?

Учащийся. Периодичность и длительность процесса, использование дорогостоящих коксующихся углей.

Учитель. Следующий вопрос — продукты коксования и их применение.

На экране – слайд № 12.

Сообщение учащегося о применении продуктов коксования на основе слайда №12.

На экране – слайд № 13.

Учитель. Задание 4. Составьте уравнения реакций, отражающие сущность процессов улавливания аммиака серной и фосфорной кислотами.

Учащиеся выполняют задание.

Учитель. Каковы же перспективы развития углехимии?

На экране – слайд № 14.

1. Получение жидкого топлива из угля. Жидкое синтетическое топливо — это высокооктановый бензин, дизельное и котельное топливо. Чтобы получить жидкое топливо из угля, необходимо увеличить в нем содержание водорода путем гидрирования. Гидрогенизацию проводят с использованием многократной циркуляции, которая позволяет превратить в жидкость и газы всю органическую массу угля.

2. Газификация угля. Газификация угля позволит использовать низкокачественные бурый и каменный угли на теплоэлектростанциях, не загрязняя окружающую среду соединениями серы. Это единственный метод получения концентрированного монооксида углерода (угарного газа) СО.

V. Экологические проблемы, связанные с нефтеперерабатывающим и коксохимическим производствами.

Сообщение ученика.

На экране – слайд № 15.

Учитель. Сформулируем выводы об аспектах охраны окружающей среды:

1. Необходимо удалять серу и азот из нефтепродуктов, чтобы при сжигании топлива атмосфера не отравлялась вредными оксидами.

2. Надо охранять среду от загрязнений отходами производства, от утечки нефти и нефтепродуктов.

3. Коксохимические производства и производства по переработке продуктов коксования обязательно должны быть оборудованы пылеулавливателями, предотвращающими попадание в окружающую среду вредных веществ.

Например, при загрузке шихты и выдаче 1 т кокса выбрасывается: 0,75 кг пыли, 0,55 кг сероводорода, 0,07 кг аммиака, 0,0004 кг цианидов, 0,13 кг фенола, 0,16 кг ароматических углеводородов.

VI. Обобщения по теме урока

На экране – слайд № 16.

Учитель. Чтобы подвести итог сказанному, ответим на несколько вопросов.

1. Какие химические процессы можно осуществить на основе использования природного и попутного нефтяного газов? Составьте уравнения реакций.

2. Обсудите с приведением уравнений возможные химические превращения при крекинге октадекана (С₁₈Н₃₈).

3. Сравните углеводороды различного строения по детонационной стойкости. Что способствует повышению октанового числа автомобильного горючего?

4. Назовите возможные химические синтезы на основе газов крекинга нефти и коксования каменного угля, приведите соответствующие уравнения реакций.

5. Какие меры, помимо отмеченных на уроке, вы можете предложить на предприятиях по переработке газа, нефти, каменного угля для защиты окружающей среды от возможных загрязнений? Ответ поясните.

Учащиеся отвечают на поставленные вопросы.

Учитель оценивает работы учащихся на уроке.