Открытый урок по химии "Нефть и продукты ее переработки"

Богачёва Е.В., преподаватель

химии, биологии

Белгород, 2018

Урок построен на основе системно - деятельностного подхода. Основная идея его состоит в том, что новые знания не даются в готовом виде. Студенты «открывают» их сами в процессе самостоятельной исследовательской деятельности. Деятельностный подход на уроке осуществляется через моделирование и анализ жизненных ситуаций, использование активных методик, постановку проблемных вопросов.

Задачи:

Обучающие: создать условия для формирования знаний о нефти как о важнейшем углеводородном сырье, изучения свойства нефти, продуктов её переработки.

Развивающие: совершенствовать умения работать с литературными источниками, продолжить развитие умений устанавливать причинно-следственные связи, наблюдать и объяснять результаты эксперимента; развивать интерес к предмету и процессу познания.

Воспитательные: способствовать формированию представления о социально-экономическом развитии России, перспективных направлениях развития экономики.

Форма проведения учебного занятия: урок

Тип урока: комбинированный

Методы и методические приемы: словесный (объяснение, рассказ, опережающее задание-сообщение), наглядный (настенная карта, атласы, иллюстрации, схемы, видео метод), элементы метода проблемного обучения, исследовательского метода, частично-поискового.

Оборудование и реактивы: коллекция “Нефть и продукты ее переработки”, нефть, вода дистиллированная, гексан, бензол, керосин, растительное масло, бромная вода, водный раствор перманганата калия, металлический натрий, пробирки, химические стаканы; полиэтиленовые крышки, пленки, пластмассы, каучук, парафиновая свеча.

ХОД УРОКА

Эпиграф:

« Топить можно и ассигнациями» .

Д.И.Менделеев

I. Организационный момент. Взаимное приветствие преподавателя и обучающихся; проверка готовности к уроку.

II. Ориентировочно-мотивационный этап.

1. Тестирование по теме « Углеводороды» 5 вопросов 5 минут.

2. Введение в ситуацию урока.

Блестит, как золото. Такая же дорогая, как и золото. «Черное» золото, дающее возможность синтеза более 1000 видов химических веществ. Что же это за соединение? Нефть. Преподаватель записывает тему на доске.

1. Постановка проблемных вопросов:

Почему говорят, что нефть – это «чёрное золото»?

Как нефть связана с благосостоянием страны?

1. Подготовка к усвоению учебного материала. Актуализация опорных знаний.

Вы знаете, что органическая химия - это химия углеводородов и их производных. Изучение углеводородов приобретает особое значение, так как эти соединения являются структурной основой всех остальных классов органических соединений. Углеводороды являются важнейшим видом сырья для химической промышленности. Посмотрите на столах предметы, без которых невозможно представить жизнь современного человека. Например, каучук, пластиковые бутылки, полиэтиленовые пакеты, современные строительные материалы и.т.д. На каждом этапе развития человеческого общества осваивались все более эффективные виды топлива. Древесина была заменена углем, а с 60-х годов прошлого столетия пришли природные источники углеводородов: природный и попутный нефтяные газы, нефть, каменный уголь. Сегодня на уроке мы ознакомимся с нефтью как одним из важнейших источников углеводородов Мы рождаемся и живем в мире продук-

тов и вещей, полученных из нефти. В истории человечества были каменный и железный периоды. Как знать, может быть историки назовут нефтяным или пластмассовым наш период. Нефть – является наиболее титулованным видом полезных ископаемых. Ее величают и «королевой энергетики» и «царицей плодородия». А ее королевский сан в органической химии – «черное золото». Нефть создала новую отрасль промышленности – нефтехимию, она же породила ряд экологических проблем.

Это интересно! Сообщение студента: «Роль нефти в современном мире»

Нефть известна человечеству с давних времен. На берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э. Использовалась она для освещения жилищ, для бальзамирования. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческого огня». В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц. Вначале 19 века в России из нефти путем перегонки было получено осветительное масло, названное керосином, который использовался в лампах, изобретенных в середине 19 века. В тот же период в связи с ростом промышленности и появлением паровых машин стал возрастать спрос на нефть как источник смазочных веществ. Внедрение в конце 60-х гг. 19 века бурения нефтяных скважин считается зарождением нефтяной промышленности. На рубеже 19-20 веков были изобретены бензиновый и дизельный двигатели. Это привело к бурному развитию добычи нефти и способов ее переработки.

Нефть-это «сгусток энергии». Используя всего лишь 1 мл этого вещества, можно нагреть на один градус целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить ведерный самовар, нужно менее половины стакана нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает 1 место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с ней в этом отношении, так как содержание в них радиоактивных веществ настолько мало, что для извлечения 1 мг ядерного топлива надо переработать тонны горных пород.

Залежи сырой нефти и газа возникли 100-200 миллионов лет назад в толще Земли. Происхождение нефти - одна из сокровенных тайн природы.

Преподаватель рассказывает о трёх теориях происхождения нефти:

• Карбидная (неорганическая) теория. Д. И. Менделеев

• Органическое происхождение. Нефть возникла из сапропелевого вещества (это ил образованный планктоном) И. М. Губкин.

• Космическая теория. Нефть произошла из углеводородов, содержащихся в газовой оболочке Земли, при формировании её как планеты. (В. Д. Соколов)

1. Операционно-исполнительский этап. Усвоение нового материала.

1. Лабораторные опыты.

1) Изучение физических свойств нефти органолептически.

Опыт 1. Физические свойства.

• Откройте флакон с нефтью и понюхайте, соблюдая правила техники безопасности. Каков запах нефти?

• А теперь большим пальцем прикройте горловину флакона и встряхните. Обратите внимание на цвет нефти.

• Потрите нефть между большим и средним пальцами. Каково ваше ощущение?

Опыт 2. Удельный вес и растворимость нефти.

• В пробирку с водой налейте 1 мл нефти. Нефть располагается слоем сверху, так как она легче воды.

• К нефти прибавьте воду и смесь перемешайте встряхиванием. Жидкость расслаивается, так как нефть в воде не растворяется.

• Прибавьте 1 мл нефти к 1 мл керосина, взболтайте встряхиванием. При взбалтывании жидкости полностью смешиваются.

Опыт 3. Керосин как растворитель.

• В пробирки с керосином и водой наливают по 0,5 мл растительного масла и взбалтывают. Масло растворяется в углеводородах.

По результатам опытов самостоятельно составляют выводы.

2. Это интересно! Сообщение студента: «Нефтяная чума».

«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 море6 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.

Некоторые составные части нефти несут гибель морским беспозвоночным и Ракообразным животным. Моллюски, например, накапливают канцерогенные вещества, извлекаемые ими из нефти. Трудно перечислить все беды, которые причиняет «нефтяная чума» океану.

3.Объяснение нового материала преподавателем.

Нефть природная смесь углеводородов различной молекулярной массы, содержащих от 5 до 50 атомов углерода. В состав нефти входят следующие классы органических соединений:

Алканы

Циклопарафины

Ароматические углеводороды - арены

В основном в состав нефти входят алканы, как линейного так и разветвленного строения. В ней найдены все изомеры гексана, гептана. Кроме углеродов нефть содержит:

Состав нефти различных месторождений различен.

1. Это интересно! Сообщение студента: «Распределение основных запасов нефти в мире»

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?

В ходе долгих геологических исследований, было установлено, что нефть скорее всего будет там, где мощные пласты осадочного чехла смяты в складки и разорваны тектоническими движениями земной коры, образуя куполовидные изгибы пластов, так называемый антиклинальный тип природного скопления углеводородов, называемый залежью. Участки земной коры, содержащей одну или несколько таких залежей, называют месторождениями.

В мире открыто более 27 тыс. нефтяных месторождений, но лишь небольшая их часть (1%) содержит ¾ мировых запасов нефти, а 33 супергиганта- половину мировых запасов.

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).

5. Дополнение преподавателя: Нефть перерабатывают на нефтеперерабатывающих заводах. Способы переработки нефти:

1) Физический метод (первичная переработка самой нефти)

2) Химический метод (вторичная  переработка, т. к. перерабатывается не сама нефть, а фракции, полученные в процессе первичной переработки)

Физический метод. Перегонку нефти осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и ректификационной колонны. По трубопроводу подается нефть, где она нагревается до t=320-3500и в виде смеси жидкости и паров поступает в колонну. Внутри она имеет горизонтальные перегородки с отверстиями, так называемые тарелки. Пары нефти подаются в колонну через отверстия, поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются. Менее летучие получаются на первых тарелках, боле летучие поднимаются вверх. При этом выделяют следующие фракции (заполнить таблицу).

Остаток после перегонки (мазут) также подвергают вакуумной перегонке (при пониженном давлении) и получают: солярные масла (дизельное топливо), смазочные масла (машинные, цилиндровые), оставшаяся часть гудрон. Недостаток перегонки малый выход бензина (20%). (Спросить заполненную таблицу).

Химические способы переработки. (Выход бензина до 70%).

Крекинг- слово произошло от «тухрек»- раскалывать, расщеплять. Способ изобретен русским инженером Шуховым в 1891 г., в России начал осуществляться только после Октябрьской революции. Цель - получение бензинов, непредельных углеводородов. Сырье - соляровые фракции. Условия-t=470-5500. Р=2-7 Мпа. Процесс крекинга заключается в расщеплении молекул углеводорода с длинной углеродной цепью на более короткие под действием высокой t.

При термическом крекинге образуется много микромолекул газообразных углеводородов, которые можно использовать как сырье для получения спиртов, карбоновых кислот, В.М.С.(полиэтилен). Бензин низкого качества. В мире всего 10%  получают термического крекинга.

Каталитический крекинг, при нем расщепление углеводородов происходит при более низкой t  (450-5000) с применением катализаторов, процесс происходит с большой скоростью. Бензин более высокого качества, т. к. наряду с реакциями расщепления идет реакция изомеризации и образуются разветвленные углеводороды. Непредельных углеводородов содержится меньше, поэтому он более устойчив при хранении. Получают преимущественно авиационный бензин.

Пиролиз- наиболее жесткая форма термического крекинга, t больше 7000. Получают газообразные вещества (этилен, ацетилен). Сырье любое (от природного газа до нефти).

Риформинг- это процесс ароматизации бензина. Получают бензин высоких качеств и много ароматических углеводородов.

Таким образом, мы познакомились с основными способами переработки нефти.

1. Включение нового знания в систему знаний

1. Работа по заданиям (по группам).

Задание1. Написать уравнение реакций горения и крекинга эйкозана С₂₀Н_42. К Какому гомологическому ряду следует отнести данное вещество?

Задание 2. Возможно ли из керосина получить бензин? ( учебник стр. 59)

Задание 3. Среди углеводородов, содержащихся в бензине, есть нормальный октан С₈Н_18, имеющий линейную цепь из атомов углерода. Могут ли существовать другие углеводороды, имеющие такую же формулу? Напишите их структурную формулу. ( учебник стр.60 - 61)

1. Обсуждение результатов работы групп.

2. Обсуждение проблемных вопросов, поставленных в начале урока.

1. Рефлексивно-оценочный этап

Игра « Крестики- нолики»

Выполнение рефлексивного теста.

Рефлексивный тест

1. Как я усвоил материал?

А) Получил прочные знания;

Б) Усвоил учебный материал частично;

В) Мало что понял, надо поработать еще.

2. Как я работал?

А) Сам справился со всеми заданиями;

Б) Допускал ошибки;

В) Сделал много ошибок.

3. Как работала группа?

А) Дружно, совместно разбирали задания;

Б) Не все активно участвовали в обсуждении;

В) работа неинтересная, много ошибок.

4. Сформулируйте ваше мнение, ваши пожелания.

VI. Домашнее задание. §10 стр.66 упр. 2, 3, 11 (О.С.Габриелян).

Проблемные вопросы:

1.В России, США, Канаде, главные магистральные трубопроводы большей частью связывают регионы добычи нефти и газа с районами их потребления, в Западной Европе – морские порты с районами потребления, а в развивающих странах, напротив, районы добычи – с морскими портами. Объяснить эти различия.

2.Известно, что отрасли ТЭК относятся к “грязным” производствам, но развитие мирового хозяйства обусловливает рост потребности в них. Следовательно, добыча нефти и газа будут расти. Однако условия добычи ухудшаются. Как решить эти противоречия?

3.Запасы нефти на Земле ограниченны, а мировое потребление нефти увеличивается, то, как это должно отразиться на отношениях стран-потребителей нефти с другими странами. Подкрепите вашу точку зрения аргументами.