Методична розробка уроку хімії у 10 класі з теми «Переробка нафти»

Тема: Переробка нафти.
Мета: ознайомити учнів зі способами переробки нафти, підкреслити роль хімії у вирішенні сировинної та енергетичної проблем, показати широкі межі використання нафтопродуктів.
Обладнання: флакон з нафтою, таблиця: “Нафтохімія”, колекція: “Нафта та продукти її переробки”, саморобні таблиці та схеми на кожну групу учнів.
Девізи:
         Нафта – не паливо.
Опалювати можна і асигнаціями.
                    Д. І. Менделєєв
Я  знаю:   нафта      чорна   кров  планети,
Мільйони  років тому утворилась на Землі,
Щоб людство, розірвавши гравітації тенета,
Могло  у Всесвіт  вивести космічні кораблі.
Хід уроку.

І. Мотивація навчальної діяльності.
Ми продовжуємо вивчення теми “Нафта”, однієї з найважливіших тем у курсі органічної хімії. Обґрунтуйте це положення. У чому полягає важливість знань про нафту та нафтопродукти?
(як правило, учні говорять про енергетичну кризу в Україні та в світі, про широкі межі використання нафтопродуктів, про значення нафти в економіці.)
ІІ. Оголошення теми та мети уроку.
На минулому уроці ми здійснили подорож у далеке минуле, коли на дні моря з решток організмів утворилася нафта. Вона акумулювала у собі сонячну енергію і сьогодні віддає її людям.
Тема нашого уроку: “Переробка нафти”.
Сиру нафту використовувати економічно невигідно.
Ми дізнаємося, як хімічні процеси дозволили збільшити вихід бензину у    2-2,5 рази, зупинимося на екологічних проблемах нафтової промисловості.
Зверніть увагу: девізи сьогоднішнього уроку суперечать один одному. Тож, всебічно розглянувши проблему, в кінці уроку ми вирішимо: чим повинна бути нафта в сучасному світі – паливом, чи сировиною.
ІІІ. Перевірка знань учнів.
1.                 Робота біля дошки за завданнями:
·        Опишіть фізичні властивості нафти за типовим планом;
·        З готових частин складіть установку для перегонки нафти в лабораторії, поясніть принцип її дії;
·       Використовуючи частини схеми “Нафтопродукти”, складіть дану схему на магнітній дошці.
2.                 Фронтальне опитування:
·        Назвіть природні джерела вуглеводнів;
·       Чи є родовища нафти в Україні? В Сумській області?
·       Які речовини входять до складу нафти?
(біля 1000 речовин, переважно алкани, циклопарафіни, ароматичні вуглеводні)
·       Як використовували нафту в давні часи?
(як джерело тепла і світла, як лікарський засіб, для будівництва мостів та
 доріг, у військовій справі)
·       Як використовують нафту у наш час? (як джерело енергії)
·       Назвіть основні нафтопродукти, які отримують у результаті перегонки
      нафти. (Бензин, гас, газойль, мазут)
3.                 Конкурс на краще запитання.
Додому було задано підготувати цікаве запитання по темі: “Нафта”, від кожної групи учні представляють одне запитання. Учні не лише відповідають на запитання, але й оцінюють їх, визначають найцікавіше.
Приклади запитань, підготованих учнями.
1. У 1723 році за наказом Петра І в головне аптекарське управління Москви з Баку привезли 100 тон нафти. Але чому нафту привезли в аптеки?
(нафта в той час використовувалася переважно як ліки)
2. У 1823 році на Кавказі було збудовано завод з перегонки нафти, де отримували фотоген. Що виробляв даний завод? Підказую: “фото” – світло, “генос” – народжувати, створювати.
  (на підприємстві по виробництву фотогену виготовляли гас для гасових ламп)
3. У другій половині ХІХ століття російські промисловці проводили конкурс з розробки способів знищення “диявольської домішки” до гасу, яка часто приводила до вибуху гасу в гасових лампах. Про яку “диявольську домішку” йдеться?       ( вибух гасу в гасових лампах спричинювали домішки бензину)
4.  Напередодні Першої світової війни англійці вдвічі збільшили військову міць свого флоту. Вони не збудували жодного нового корабля, але ті, що вже існували почали плавати набагато швидше і могли не заходити в порт по сім тижнів (а раніше кожні 15 днів мали поновлювати запас палива). Цього було досягнуто завдяки переведенню флоту з вугілля на мазут. Як це пояснити?
(вугілля має нижчу температура згоряння, ніж мазут)
Доповнення: мова йде про англійське вугілля дуже невисокої якості.
Але виграш був би в кожному разі: нафта – найбільш теплоємне  паливо.
5. У ХІХ столітті в місті Грозному було кілька десятків колодязів, куди   виливали цей  продукт перегонки нафти. Так, лише за один рік у них було злито 70 тисяч тон цього нафтопродукту. Що це був за нафтопродукт? Чому його виливали? Що робили, коли колодязь заповнювався?
(цим нафтопродуктом був бензин. Спалювати його боялися через небезпеку
вибуху. Колодязі ніколи не заповнювалися  бо по тріщинах в породах
бензин опускався вглиб землі)
6. Що ви подумаєте, побачивши геолога, руки й обличчя якого вимащені нафтою?
а) що він таким чином рятується від комарів;
б) що він лікує якусь хворобу шкіри;
в) що нещодавно він святкував відкриття нового нафтового родовища.
(в), у геологів існує звичай вмиватися нафтою щойно відкритого родовища)  
IV. Вивчення нового матеріалу.
План:
1.                 Перегонка нафти в промисловості.
2.                 Крекінг:        а) термічний        б) каталітичний
3.                 Нафтохімія
4.                 Нафта і екологія.
1.Перегонка нафти в промисловості.
Принцип  перегонки  нафти  в  лабораторії  ми  розглянули  на  минулому  уроці.
Пригадайте: переганяючи  нафту  в  лабораторії,  нагрівання  слід  вести  швидко  чи  повільно?  (Повільно,   для  розділення  фракцій  потрібен  час).

Якщо  необхідно  перегнати  не  5-10 г,  а  5-10 т нафти,  як  це  вплине  на  швидкість  процесу ? (Перегонка  буде  відбуватися  дуже  повільно).
Тож  чи  вигідно  переганяти  нафту  на  нафтопереробних  заводах,  використовуючи  установки,  подібні  до  лабораторних?
При  перегонці  нафти  на  заводі  її всю  нагрівають  до  320-350 °С. При  цьому  майже  вся  нафта  переходить  у  газоподібний  стан  і  подається  в  атмосферну  колону. Піднімаючись  угору,  газ  охолоджується  та  зріджується.  У  верхній  частині  колони  виділяють  фракцію  бензину,  у  нижній – мазут.
Мазут  розганяють  у  вакуумній  колоні,  бо  там  він  має  нижчу  температуру  кипіння:  300-400 °С. При  атмосферному  тиску  його температура  кипіння  на  100 °С  вища  й  мазут  розкладається.
                                                                                         Схема 1.           
Атмосферно-вакуумна установка для перегонки нафти
 


Кількість  фракцій  залежить  від  складу  нафти  й  потреб  господарства.
Кожну  фракцію  можна  розігнати  ще  раз. Так,  лише  бензинів  відомо  кілька  десятків  різновидів,  що  відрізняються  температурою  кипіння:
·        петролейний  ефір (до 50 °С) – це  так  звана  пускова  фракція. Від  його  вмісту  залежить,  наскільки  легко  заведеться  мотор;
·        автомобільний  бензин  (50-200 °С);
·        авіаційний  бензин (50-130 °С) ;
·        літній  бензин , зимовий  бензин ( на  10° С  нижча,  ніж  у  літнього);
·        важкий  бензин ( 130-200 °С) – використовується  як  розчинник.
З  легких  і  важких  масел,  при  їх  охолодженні,  виділяють  твердий парафін – сировину  для  мікробіологічної  промисловості.
 В  Україні  10  нафтопереробних  заводів,  які  можуть  переробити  в  20  разів  більше  нафти,  ніж  її  добувають  в  Україні,  але  лише  один  з  них – завод  у  Лисичанську – відповідає  світовим  стандартам ( 1-2% втрат).  На  інших  підприємствах  втрати  складають  40-50%.
2. Крекінг нафтопродуктів.
Коли в ХІХ ст. з 1 т нафти отримували біля 500л гасу і лише 120л бензину, це цілком задовольняло потреби суспільства. Основним продуктом нафтової промисловості був гас – пальне для гасових ламп.
? Як змінилися потреби суспільства в ХХ ст.? (зросла потреба в бензині)
? З чим пов’язана ця зміна?(з винайденням двигуна внутрішнього згорання)
У 1894 році у світі було лише чотири автомобілі. У 1994 році їх налічувалося більше 400 мільйонів. Потреби в бензині зросли у сотні мільйонів разів, і крім нарощування обсягів нафтовидобутку постало питання збільшення виходу бензину.
Але як цього досягти?
На допомогу прийшов випадок. У ХІХ ст. на одному з нафтопереробних заводів США через неуважність недосвідченого робітника нафту при перегонці перегріли. В результаті з 1 т нафти отримали 400л бензину і лише 50л гасу. Робітника звільнили, адже за тодішніми мірками нафту було зіпсовано.
Але в ХХ столітті цим випадком зацікавилися вчені-хіміки. Вони вивчили це явище й розробили рекомендації для практичного використання його в промисловості.
Спробуємо і ми розібратися в даному явищі. Зверніть увагу на таблицю “Продукти перегонки нафти”.
Таблиця: “Продукти перегонки нафти”.
Нафтова
фракція
Кількість атомів С
Температура
кипіння, °С
Застосування
Бензин
С5 – С11
40 – 200
Пальне для двигунів внутрішнього згорання
Гас
С10 – С14
200 – 250
Дизельне та реактивне пальне
Газойль
С11 – С20
250 – 350
Дизельне пальне, котельне паливо
Мазут
20
>350
Котельне паливо, сировина для виготовлення масел
? Яку кількість атомів Карбону мають вуглеводні фракції бензину? (від 5 до 10)
? Яку кількість атомів Карбону мають вуглеводні інших фракцій? (більше 10)
Демонструємо модель молекули н-гексадекану – С16Н34 

? До якої фракції належить дана молекула? 16 – фракція газойлю)
При підвищенні температури зростає швидкість руху молекул.
Зрештою дана молекула розпадається на дві приблизно однакові частини, кожна з яких містить по 8 атомів Карбону.
Запишемо рівняння даної реакції:
С16Н34 → С8Н18 + С8Н16
                    гексадекан     октан       октен
? До якої фракції належать молекули октану та октену? (до фракції бензину) Процес розщеплення вуглеводнів нафти отримав назву крекінг.
? Якого походження це слово за звучанням ? (англійське)
? Перекладіть з англійської “to crack”. (розщеплювати)
? Як ви розумієте вираз “термічний крекінг” ?
 (Розщеплення вуглеводнів під дією високих температур)
Отже, крекінг нафти – це процес розщеплення вуглеводнів нафти під дією високих температур, що дозволяє значно підвищити вихід бензину.
Крім термічного широко використовується також каталітичний (вірніше було б сказати – термокаталітичний) крекінг.
? Як пояснити вираз “каталітичний крекінг” ?
(розщеплення вуглеводнів при наявності каталізатора)
Розгляньте таблицю: “Переробка нафти” і дайте відповідь на запитання:
? Як відрізняються температури перегонки та крекінгу?
? Чому перегонку відносять до фізичних процесів, а крекінг – до хімічних?
(при перегонці речовини не змінюються, а при крекінгові – руйнуються
хімічні зв’язки і утворюються нові речовини)
 ? Порівняйте умови перегонки та крекінгу; термічного та каталітичного
крекінгу.
? Порівняйте вихід бензину при перегонці та крекінгу, якість бензину, яка
визначається октановим числом.
Таблиця: “Переробка нафти”.

                          Переробка нафти

   Фізична

перегонка
                             Хімічна
                               крекінг
     термічний                   каталітичний
Умови:
температура
тиск
каталізатор

350 °С
атмосферний
 

550°С
40 – 50 атмосфер
 

450°С
20 атмосфер
алюмосилікати
Сировина
нафта
мазут
гас, газойль
Продукти
бензин
гас
газойль
мазут
масла
гудрон
бензин
гас
крекінг-гази:
2Н4, С3Н6, С4Н8 та інші)
бензин
гас
крекінг-гази:
2Н4, С3Н6, С4Н8 та інші)
Бензинова фракція:
Вихід бензину
Наявність ненасичених сполук
Октанове число бензину

≈ 5%
 

60 – 70

≈ 40%
≈ 50%

70 – 80

≈ 40%
≈ 25%

95 і більше
Повідомлення учня: “Октанове число бензину” за книгою М. Д. Василеги “Цікава хімія”.
До процесу переробки нафтопродуктів належить також риформінг – ізомеризація вуглеводнів на платиновому каталізаторі, при цьому різко зростає октанове число бензину, та піроліз – розщеплення нафтопродуктів при температурі 600-700°С, при цьому утворюється велика кількість крекінг-газів – сировини для нафтохімії.
Інформація для тих, хто хоче поглибити знання              
Хімічні основи крекінгу:
1.     Розщеплення карбонового ланцюга:
СnH2n+2 CkH2k+2 + CmH2m   , де mk , m + k = n
При розщепленні карбонового ланцюга утворюється алкан і алкен. Чим більша довжина карбонового ланцюга вихідної речовини, тим легше відбувається крекінг
2.      Дегідрування:
СnH2n+2  →СnH2n + Н2
Дегідрування – явище небажане. Утворюються ненасичені вуглеводні, які з часом
полімеризуються, утворюючи смолисті речовини, які знижують якість бензину. Дегідрування залежить від тиску.
 ? Проаналізуйте вплив тиску на рівновагу реакції дегідрування.
3.      Ізомеризація:
С­Н3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 → С­Н3 – СН – СН2 – СН2 – СН3
                                                                            С­Н3
Ізомеризація – реакція каталітичного крекінгу та риформінгу. Утворюються
вуглеводні з розгалуженим ланцюгом, завдяки наявності яких підвищується
октанове число бензину.
4.      Ароматизація:
С6Н14 → С6Н6 + 4Н2
Ароматизація – важлива реакція, яка проходить лише за наявності каталізатора.  В результаті даної реакції утворюються прозорі рідини, без кольору, з характерним запахом: бензол, толуол, ксилол, завдяки наявності яких в бензині підвищується його октанове число.
5.    Алкілування:
          С­Н3                                                            С­Н3  
С­Н3 – С – Н + С­Н2 = СН – СН2 – СН2→ С­Н3 – С– С­Н2 –СН2– СН2– СН2
           С­Н3                                                             С­Н3
Алкілування не лише приводить до синтезу вуглеводнів з розгалуженим ланцюгом, що збільшує октанове число бензину, але й зменшує в ньому частку алкенів.
6.     Полімеризація: 
С­Н2 = СН2 + С­Н2 = СН2 → С­Н2 = СН – СН2 – СН3
Полімеризація з одного боку зменшує відсоток ненасичених сполук, а з другого приводить до утворення смолистих речовин, які знижують якість бензину.
     3. Нафтохімія.
Лабораторна робота “Ознайомлення зі зразками продуктів нафтопереробки”
    Учні розглядають колекцію зразків продуктів нафтопереробки. Називають їх, характеризують їхні властивості та галузі застосування.
Лише 10% нафти не спалюється, а переробляється на потрібні людям речі. 
Використання нафти. 
Сировиною нафтохімії є крекінг-гази, з яких виробляють тисячі найменувань різних речовин, без яких неможливо собі уявити наше життя.
Виставка “Продукція нафтохімічної промисловості”
Завдання підібрати експонати для виставки учні отримали на попередньому уроці. Вони демонструють ці експонати та дають їм стислу характеристику.
Пластмаси. ХХ століття – вік пластмас. Вони замінили деревину, скло, метал інші традиційні матеріали. Існує багато різноманітних пластмас, які мають різні властивості. Вироби з них є в кожному домі. Зараз ми бачимо на учнівських столах ручки, лінійки, калькулятори, виготовлені з використанням пластмас, зошити, обгорнуті поліетиленовою плівкою тощо.
Гума. Індіанці Північної Америки отримували каучук із соку гевеї, з нього вони виготовляли одяг, взуття, що не пропускали вологи, м’ячі для гри. Зараз гу-
му отримують із нафтопродуктів. Вона використовується для виготовлення шин
 автомобілів, взуття, іграшок.
Синтетичні волокна. Раніше одяг шили з хутра, шкіри, шерстяних та бавовняних тканин, зараз їм на зміну приходять синтетичні волокна: більш дешеві, міцні, красиві. Приклади одягу з синтетичних тканин є сьогодні на кожному з нас.
Миючі засоби. Миючі засоби сьогодні є в кожному домі. Це мило, шампунь, пральний порошок, зубна паста тощо. Раніше їх виготовляли з тваринної та рослинної сировини, але якість їх була значно нижчою, ніж у сучасних миючих засобів, сировиною для виготовлення яких є нафтопродукти.
Ароматичні речовини. Усі жінки світу користуються нафтою. Навіть коли ми купуємо дорогі парфуми, це не гарантує, що в їх складі відсутні нафтопродукти. Більш дешева парфумерія повністю виготовляється з нафтопродуктів. Від цього її аромат анітрохи не гірший.
Ліки. Більше 200 найменувань лікарських препаратів виготовляється з продуктів переробки нафти. Вони допомагають хворим щодня. Деякі з них добре відомі всім: анальгін – знеболююче, аспірин – жарознижуюче, димедрол – заспокійливе, стрептоцид – бактерицидне, новокаїн – анестезуюче та інші. Отже продукція нафтохімічної промисловості добре знайома нам, без неї важко уявити наше життя.
Завдання.
Розгляньте малюнок 30 підручника та поясніть чим відрізняється зображення на першій та другій картинках.
Крім сировинної, нафта допомагає і у вирішенні продовольчої проблеми. З парафінів нафти виготовляють мікробний білок, який згодовують тваринам.
1 т зерна .................. 0,3 т білка;
1 т парафінів .......... 1 т кормового білка.
4. Нафта і екологія.
Дуже стисло (для цього буде відведено окремий урок) розглянемо екологічні проблеми, пов’язані з переробкою нафти.
Пройдемо весь ланцюжок: добування ® транспортування ® використання.
? Які негативні наслідки пов’язані з добуванням нафти?
(знищується навколишня природа, палають смолоскипи побіжного газу)
? Які проблеми пов’язані з транспортуванням нафти?
(аварії танкерів та трубопроводів, що спричиняють розлив нафти)
? Які наслідки для навколишнього середовища має спалювання нафтопродуктів?
 (кислотні дощі, забруднення атмосфери сполуками Плюмбуму (етилований бензин), парниковий ефект, використання кисню атмосфери)
Уже сьогодні Європа споживає кисню втроє більше, ніж виробляють її ліси. Через 150 років рівень О2 знизиться до критичної межі, але значно раніше – через 20-25 років вичерпаються запаси нафти, а через 50 років людство може залишитися без природних джерел вуглеводневої сировини.
V. Узагальнення та систематизація знань.
Дискусія “Нафта – паливо, чи сировина”
                Нафта - паливо
Нафта - сировина
+ Людство не може обійтися без енергії. Сучасна цивілізація використовує енергію нафти.
+ Нафта – найбільш теплоємне паливо.
+ Нафта – джерело пального. Не буде нафти – не буде транспорту.
Екологічні проблеми: забруднення атмосфери, парниковий ефект, випалювання кисню.
Через 20-25 років нафта закінчиться. Пошук альтернативи слід розпочати сьогодні.
+ Сьогоднішній світ не може обійтися без виробів з нафти.
+ Ці вироби більш дешеві, часто більш якісні, ніж виготовлені з рослинної та тваринної сировини.
+ Нафту спалювали тисячі років, нафтохімія з’явилася порівняно недавно. Ми ще не знаємо межі її можливостей.
Екологічні проблеми: забруднення навколишнього середовища як відходами виробництва, так і самою продукцією.
? Тож який висновок ми можемо зробити про доцільність використання нафти?
(спалювати нафту – нерозумно, більш раціонально використовувати її як сировину для виготовлення різноманітної продукції)
VI. Домашнє завдання.
Опрацювати §38, повторити§37, *скласти твір “Світ через 25 років” у контексті проблеми забезпечення нафтою, підготувати повідомлення “Підземна газифікація вугілля”.
VII.        Висновок.
Ось і підійшов до кінця наш урок. Багато було сказано, ще більше залишилося поза нашою увагою. Ми не змогли охопити дати, імена, всю історію нафтовидобутку та нафтопереробки.
Закінчити урок я б хотіла історією, яка нагадує казку.
Була собі на світі одна дуже бідна країна. Не було в ній ні річок, ні лісів, ні родючих ґрунтів. Суха, мертва, спекотна пустеля. Жителі її дуже бідували, бо коли бідна країна, бідний і її народ.
А в ХХ столітті виявилося, що нафта, за запасами якої країна посідає перше місце в світі, потрібна багатьом державам. Країна продавала нафту й ставала дедалі багатшою. Безкоштовна освіта, медицина, високий рівень доходів населення – такою стала сьогодні...
Ви здогадалися, про яку країну йде мова? (Саудівська Аравія)
Була на світі ще одна бідна країна. Тут було багато жителів, але мало землі. Лісу, води, ґрунту на кожного припадало дуже небагато. У цій країні майже немає корисних копалин, а нафти за рік добувають стільки ж як в США за 24 години. Сьогодні – це країна “великої сімки”, куди входять найбільш економічно розвинені країни світу. Рівень доходів на душу населення у ній – найвищий у світі.
Про яку країну йдеться? (Японія)
Завдяки чому ця країна стала розвиненою і багатою? Що є її найбільшим багатством?
Найбільшим багатством будь-якої іншої країни є її громадяни. Лише ми з вами можемо забезпечити свій добробут і добробут своєї держави.

Коментарі

Популярні дописи з цього блогу

Створюємо електронний підручник за допомогою сервісу Google Sites

Як підготувати та провести майстер-клас