Тема урока: «Нефть, состав, свойства, переработка»

Проект урока химии  в 10 классе по теме:  «Нефть, состав, свойства,  переработка» Составила учитель химии Корниенко Н.С. Урок химии в 10 классе Тема урока: «Нефть, состав, свойства, переработка» Цели  урока: Образовательная:   1)Познакомить учащихся с составом, свойствами нефти, фракционной  перегонкой и областями применения нефтепродуктов;   2)Изучить понятие «октановое число бензинов», «детонационная стойкость  бензина»;  3) Познакомить со  способами получения и использования продуктов  нефтепереработки на примере химических процессов – крекинга, реформинга, пиролиза, гидроочистки;  4)Обратить внимание на проблему охраны окружающей среды от загрязнения  нефтью и нефтепродуктами. Развивающая:   1)Развитие   элементов   творческой   деятельности   как   качеств   мышления   – интуиции, пространственного воображения, умения самостоятельно добывать нужную информацию; 2)Развитие умения объяснять по схеме производственные процессы, работать  с обобщающими таблицами, схемами. Воспитательные:  1)Содействие   формированию   экологической   культуры   –   отношению   к изучаемому   природному   углеводороду,   как   к   исчерпаемому   и невозобновимому;   2)Воспитание самостоятельности, целеустремленности,  коммуникативности. Задачи: Образовательные:  углубить   и   расширить   знания   учащихся   о   способах получения   и   использования   продуктов   нефтепереработки   на   примере химических   процессов   –   перегонки,   крекинга   и   реформинга,   пиролиза, гидроочистки. Развивающие:    Создать   условия   для   развития   умений   по   статистическим материалам   анализировать, сравнивать, обобщать, делать выводы;  развитие информационной   компетентности;   Расширить   представление   о   значимости нефти, практически во всех сферах жизни;   Воспитательные: Создать условия работы в коллективе и  индивидуально, воспитывая     тем   самым   ответственность   перед   выполнением   заданий, добросовестность. Тип урока: комбинированный.  Методы   и   методические   приёмы:  Объяснительно  –  иллюстративный   метод изложения   материала;   использование   методики   эвристической   беседы   и средств мультимедиа, с применением элементов исследовательской работы. Оборудование: 1. Доска; 2. Мультимедийное оборудование; 3. Компьютерная презентация «Нефть, состав, свойства, переработка»; 4. Видеоролики: «Очистка воды от нефти»; 5. Фрагмент видеофильма «Каталитический крекинг»; 6. Экран;  7. Карточки с заданиями (тесты); 8. Карточки с дозированной помощью; 9. Учебник Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. Химия  10 класс.  Оформление доски: 16.04.13 Нефть, состав, свойства, переработка. План урока: 1. Организация начала урока………………………………..2 мин.; 2. Актуализация знаний……………………………………..5 мин.; 3. Изучение нового материала……………………………....24 мин.; 4. Этап проверки понимания и закрепления знаний………7 мин.; 5. Подведение итогов на рефлексивной основе……………2 мин. Ход урока: I. Организационный момент. Учитель.       На прошлом уроке мы начали изучение природных источников  углеводородов. Углеводороды имеют большое народнохозяйственное  значение, так как служат важнейшим видом сырья для получения почти всей  продукции современной промышленности органического синтеза и широко  используются в энергетических целях.   (слайд 1) Вопрос классу: Какие наиболее важные источники углеводородов вы знаете?  (слайд 2) ­ природные и попутные нефтяные газы; ­ нефть; ­ каменный уголь   (слайд 3) Учитель.  Давайте вспомним, каков же состав природного и попутного газов.  У вас на столах лежит карточка с заданием «Природный и попутный  нефтяной газы». Выберите правильный ответ.   (слайд 4) Тест по теме «Природный и попутный нефтяной газы» 1. Основной компонент природного газа                         а) метан              б) этан            в) пропан 2. Чем   выше   относительная   молекулярная   масса   углеводорода, тем ________ его в природном газе                                     а) больше             б) меньше 3. Природный газ используется как             а) топливо           б) топливо и сырье для переработки                      в) сырье для химической промышленности 4. В попутном нефтяном газе больше                                      а) метана            б) гомологов метана Проверка выполненного задания.   (слайд 5) II. Подготовительный этап. Актуализация знаний. Учитель.   (слайд 6) «Мы имеем каменный век, бронзовый век, железный век, и грядущие историки оглянуться на наш короткий период  развития человечества, и нарекут его нефтяным веком»                                                                                     Х.Хедберг         Все, что мы делаем каждый день, так или иначе связано с предметами и  веществами, для производства которых используют нефть. Из веществ, добываемых из нефти получают такие вещества как: пластмасса,  резина, синтетическиё ткани, моющие средства, горюче – смазочные вещества, а в частности бензин, на который приходится более 50% объёма от  всех  производимых  нефтепродуктов, и многое другое. Массовый выпуск мелочей  из пластмассы – гребней, коробок, пуговиц, игрушек – начался уже в конце  XIX века. Каждый год в мире производят около 180 миллионов тонн  пластмассы. Но, не смотря на огромный перечень продукции, нефть в мире  используют в основном, как топливо (продукты переработки).  Тема сегодняшнего урока: Нефть, состав, свойства, переработка.  Основная цель нашего урока ­  обобщить ранее изученный материал,  акцентировать ваше внимание на наиболее интересных фактах. III. Рассмотрение нового материала урока. 1. Свойства и состав нефти.   (слайд 7) Учащиеся по рисунку описывают физические свойства нефти. Нефть – горючая маслянистая  жидкость обычно темного цвета, иногда почти  чёрного, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто­зелёный цвет, и даже бесцветная,  с резким своеобразным запахом, немного легче воды  (плотность 0,73­0,97 г/см3), в воде нерастворима.  Учитель.      В зависимости от месторождения нефть имеет различный состав. Например, Бакинская нефть богата циклическими углеводородами (до 90%), в  грозненской нефти преобладают предельные углеводороды, а в уральской  нефти – ароматические. Наиболее часто встречаются нефти смешанного  состава. По плотности различают легкую и тяжелую нефть. Нефть – жидкость очень сложного состава, включающая в себя около 1000  различных веществ, большая часть которых – углеводороды (90%)и  органические соединения, содержащие кислород, серу, азот и другие  элементы. Обычно нефть содержит три вида углеводородов – алканы  (парфины), циклоалканы (циклопарафины) и ароматические.   (слайд 8) Вопрос классу: Какие углеводороды относятся к данным видам?   (слайд  9) Учащиеся. ­  Алканы (парафины) ­   насыщенные   (не   имеющие   двойных   связей   между атомами   углерода)   углеводороды   линейного   или   разветвлённого   строения. Подразделяются на следующие основные группы:  1. Нормальные парафины, имеющие молекулы линейного строения.  2. Изопарафины ­ с молекулами разветвленного строения.   (слайд 10) ­   Циклопарафины   (циклоалканы) ­   насыщенные   углеводородные соединения циклического строения.   (слайд 11) ­   Ароматические   углеводороды ­   ненасыщенные   углеводородные соединения,   молекулы   которых   включают   в   себя   бензольные   кольца, состоящие   из   6   атомов   углерода,   каждый   из   которых   связан   с   атомом водорода или углеводородным радикалом.   (слайд 12) Учитель.  Большая   роль   в   изучении   состава   нефти   различных   месторождений принадлежит российским химикам М. В. Ломоносову, Д.И. Менделееву, В.В. Марковникову, Н.Д. Зелинскому и др.   (слайд 13) 2. Переработка нефти. Учитель.   (слайд 14) Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. В сыром виде нефть не  применяют, ее подвергают переработке.  Нефть – это смесь углеводородов различной молекулярной массы, имеющих  различные температуры кипения, поэтому перегонкой ее разделяют на  отдельные фракции.  Перегонка (ректификация) – процесс разделения смесей на отдельные  компоненты, или фракции, на основании различия их температур кипения.  (слайд 15) В   промышленности   перегонку   нефти   осуществляют   в   установке,   которая состоит из трубчатой печи и  ректификационной (разделительной)  колонны. В печи   находится     По   трубопроводу непрерывно подается нефть, где она нагревается до 350°С и в виде паров поступает в ректификационную колонну (стальной цилиндрический аппарат высотой   50   ­   60 м).   Внутри   она   имеет   горизонтальные   перегородки   с отверстиями,  так называемые тарелки. Пары  нефти  подаются в колонну и через отверстия поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и (трубопровод). змеевик сжижаются.   Менее   летучие   углеводороды   конденсируются   уже   на   первых тарелках, образуя газойлевую фракцию.  Более   летучие   углеводороды   собираются   выше   и   образуют   керосиновую фракцию, ещё выше собирается  лигроиновая фракция.   Наиболее   летучие   УВ   выходят   в   виде   паров   из   колонны   и   сжижаются, образуя бензин. Часть   бензина   подается   обратно   в   колонну   для   орошения поднимающихся   паров.   Это   способствует   охлаждению   и   конденсации соответствующих УВ. Жидкая часть нефти, поступающей в колонну, стекает по   тарелкам   вниз,   образуя  мазут, представляющий   собой   ценную   смесь большого   количества   тяжёлых   углеводородов.   Такая   перегонка называется фракционной. Главный недостаток такой перегонки  (слайд 16) Учитель даёт задание классу: Используя  § 17 учебника  (Г. Е. Рудзитис, Ф. г. Фельдман)  (стр. 69 ­70), заполните таблицу,  а так же записать определения в тетрадь:   (слайд 17)  малый выход бензина (не более 20 ―  %) Название фракции Состав tкипения Применение Ректификационные газы Газолиновая фракция (бензин) Лигроиновая фракция Керосиновая фракция Дизельное топливо Мазут                                     Проверка самостоятельной работы. Учитель   демонстрирует   слайд,   содержащий   продукты   переработки   нефти (слайд 18) На нефтеперерабатывающих заводах выделяют несколько фракций  нефтепродуктов: 1. Газовая (температура кипения до 400С) содержит нормальные  и  разветвленные алканы СН4 – С4Н10. 2. Бензиновая фракция (температура кипения 40 – 2000С) содержит  углеводороды С5 Н12 – С11Н24.  при повторной перегонке выделяют  авиационный и автомобильный бензин. 3. Лигроиновая фракция (тяжелый бензин, температура кипения 150 –  2500С) содержит углеводороды состава С8Н18 – С14Н30, его применяют в  качестве горючего для тракторов, тепловозов, грузовых автомобилей. 4. Керосиновая фракция (температура кипения 180 – 3000С) включает  углеводороды состава С12 – Н26 – С18Н38. Ее используют в качестве  горючего для реактивных самолетов, ракет. 5. Газойль (температура кипения 270 – 3500С) используют как дизельное  топливо. 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, его применяют в дорожном  строительстве. 3. Детонационная стойкость бензинов. Учитель  задает   вопрос:   Ребята,   из   всего   услышанного,   о   многообразии продукции нефтепереработки, какое вещество вы назовёте первым?  (слайд 19) По всей вероятности, учащиеся ответят, что бензин. Учитель.  (слайд 20)  Одной из важнейших характеристик всякого  бензина как жидкого горючего  является его детонационная стойкость. Детонация – взрывное сгорание бензина. При работе двигателя внутреннего сгорания  в цилиндр двигателя  засасывается смесь паров бензина с воздухом, смесь сжимается поршнем и  поджигается посредством электрической искры. Образующиеся при сгорании углеводородов газы расширяются и совершают работу. Чем сильнее  сжимается смесь паров бензина с воздухом, тем большую мощность развивает  двигатель и тем относительно меньше он расходует горючего. Но не все сорта  бензина выдерживают сильное сжатие. Некоторые углеводороды при сжатии  воспламеняются преждевременно и сгорают с чрезвычайно большой  скоростью, с взрывом. От удара взрывной волны о поршень появляется резкий стук в цилиндре, происходит сильный износ деталей, падает мощность  двигателя.   (слайд 21) Бензин должен обладать достаточно высокой детонационной  стойкостью, которая зависит от строения молекул углеводородов,  входящих в его состав.  Наименьшей стойкостью к детонации обладают предельные углеводороды  неразветвленного строения. Предельные углеводороды с разветвленной  цепью, а также непредельные и ароматические более устойчивы к  детонации.   (слайд 22) 4. Крекинг. Для увеличения выхода высококачественных бензиновых фракций были  разработаны химические способы переработки нефтепродуктов. Вторичная  переработка нефти основана на химических процессах.   Исходным сырьем при вторичной переработке являются высококипящие  нефтяные фракции: керосин, газойль, мазут. Одним из первых способов химической переработки является крекинг.     Крекинг – процесс расщепления углеводородов, содержащихся в нефти, в  результате которого образуются углеводороды с меньшим числом атомов  углерода в молекуле.   (слайд 23) Промышленный крекинг предложен в 1891 году русским инженером  Владимиром Григорьевичем Шуховым.   (слайд 24) Сущность   крекинга   заключается   в   том,   что   при   нагревании   происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие, в том числе на молекулы, входящие в состав бензина. Обычно расщепление происходит примерно в центре углеродной цепи по С—С­связи, например:  С16Н34   С→ 8Н18 + С8Н16 гексадекан октан октен Однако   разрыву   могут   подвергаться   и   другие  С—С­связи.   Поэтому   при крекинге образуется сложная смесь жидких алканов и алкенов. Получившиеся   вещества   частично   могут   разлагаться   далее, например(СЛАЙД)  С→ 4Н10 + С4Н8 С8Н18  октан бутан бутен  С→ 2Н6 + С2Н6 С4Н10  бутан этан этилен Различают каталитический и термический крекинг. Учащиеся записывают в тетради определения термического и  каталитического крекингов.   (слайд 25 ­ 26) Демонстрация фрагмента видеофильма «Каталитический крекинг». Учитель даёт задание классу: Используя  § 17 учебника  (Г. Е. Рудзитис, Ф. г. Фельдман)   (стр.   73),   изучить   таблицу,     а   так   же   записать   определения термического и каталитического крекинга в тетрадь: Термический крекинг Каталитический крекинг  Расщепление молекул углеводородов  протекает при сравнительно высокой  температуре (470 – 5500С). Процесс  протекает медленно, образуя  углеводороды с неразветвленной цепью  атомов.  В бензине, полученном в процессе  термического крекинга, наряду с  предельными углеводородами  содержится много непредельных  углеводородов. Поэтому этот бензин  обладает большей детонационной  Расщепление молекул углеводородов  протекает в присутствии  катализаторов и при более низкой  температуре (450 – 5000С). По  сравнению с термическим крекингом  процесс протекает значительно быстрее, при этом происходит не только  расщепление молекул углеводородов,  но и их изомеризация, т.е. образуются   углеводороды с разветвленной цепью  атомов углерода. Бензин каталитического крекинга по  сравнению с бензином термического  крекинга обладает еще большей  детонационной стойкостью, потому  что в нем содержатся углеводороды  с разветвленной цепью углеродных стойкостью, чем бензин прямой  перегонки. атомов. В бензине каталитического крекинга  непредельных углеводородов  содержится меньше, и поэтому  процессы окисления и полимеризации в нем не протекают. Такой бензин более  устойчив при хранении  В бензине термического крекинга  содержится много непредельных  углеводородов, которые легко  окисляются и полимеризуются. Поэтому этот бензин менее устойчив при  хранении. При его сгорании могут  засориться различные части двигателя.  Для устранения этого вредного  воздействия  к такому бензину  добавляют антиокислители. Вопросы классу:   (слайд 27) 1. Какие углеводороды содержит бензин термического крекинга? 2. Какие углеводороды содержит бензин каталитического крекинга? 3. Бензин, какого крекинга обладает большей детонационной стойкостью?  Почему? 4. Бензин, какого крекинга более устойчив при хранении? Почему? Учитель.   (слайд 28) Таким   образом,   высокое   качество   бензина,   получаемого   каталитическим крекингом, обеспечивается наличием в его составе разветвленного строения углеводородов и ароматических углеводородов.  5. Пиролиз нефтепродуктов. Пиролиз – это разложение органических веществ без доступа воздуха при  высокой температуре.  Этот процесс протекает при температуре 650 – 8000С. в этих условиях  основными продуктами реакции являются непредельные газообразные  (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол) углеводороды.  (слайд 29) 6. Гидроочистка. Гидроочистка – это обработка водородом при нагревании и давлении в  присутствии катализатора. Актуальна в связи с проблемой окружающей среды : сернистые и азотсодержащие вещества, имеющиеся в нефтепродуктах, при  сгорании образуют оксиды серы и азота, вызывающие коррозию аппаратуры и  губительно действующее на все живое. С целью удаления этих химических  элементов и проводят гидроочистку. (слайд 30) 7. Риформинг. Качество бензина можно улучшить также  риформингом.   Риформинг  – это процесс ароматизации бензинов, осуществляемый путём нагревания   их   в   присутствии   платинового   катализатора.   Более   дешёвый   и лёгкий путь увеличения устойчивости бензина состоит в добавлении к нему некоторых   веществ,   изменяющих   характер   горения   топлива.   Так, детонационную   стойкость   бензина   увеличивают   небольшие   количества тетраэтилсвинца Pb(C2H5)4.   (слайд 31) Такой   бензин   называют этилированным. Однако   при   его   использовании   в окружающую среду из выхлопных газов попадают чрезвычайно вредные для неё и здоровья человека соединения свинца. Чтобы отличить этилированный бензин   от   обычного,   его   окрашивают   в   красновато­фиолетовый   цвет.   Во многих странах и большинстве городов России использование этилированного бензина запрещено.   (слайд 32) В   настоящее   время   в   мире   широко   распространены   антидетонационные кислородсодержащие   добавки   к   моторному   топливу,   такие,   например,   как метанол,   этанол   и   другие.   При   сгорании   топлива   с   этими   добавками   в выхлопных   газах   не   появляется   никаких   дополнительных   загрязнений.   К сожалению,   в   России   пока   применение   кислородсодержащих   добавок распространено мало.   (слайд 33) (Учитель   просит   записать   в   тетради,   а   одного   из   учащихся сконструировать на экране, формулу изооктана)  (слайд 34 ­ 35) Учащиеся записывают формулу изооктана, или 2,2,4 – триметилпентана.        СН3           I СН3­С­СН2­СН­СН3           I              I        СН3        СН3 8. Экологические последствия загрязнения нефтепродуктов. Учитель.   (слайд 36) Кроме   того,   сжигание   углеводородного   сырья   приводит   к   печальным экологическим последствиям: Вопрос классу: К каким?  Учащиеся.   (слайд 37) ­ от смога на улицах городов до увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере Земли, которые, по мнению некоторых учёных, может привести к глобальному изменению климата на планете. Вопрос классу: Какое влияние на природу оказывают отходы производства нефти и нефтепродуктов? Учащиеся. ­   Гибель   икры,   мальков,   молоди   рыб,  водоплавающих   птиц,   появление уродливых   нежизнеспособных   особей,   накопление   канцерогенов   по   цепям питания, нарушение фотосинтеза ­ уменьшение первичной биопродукции на 10%, нарушение обмена в системе океан­атмосфера. Учитель:  Пары нефти и нефтепродуктов вызывают у человека заболевания органов   дыхания,   центральной   нервной   системы,   онкозаболевания   кожи, повышенную утомляемость. Вопрос классу:  Как вы думаете, а виноват ли во всем в этом сам человек?  Учащиеся.   (слайд 38) ­   Да,   природа   могла   бы   сама   о   себе   позаботиться.   В   окружающей   среде нефтепродукты   постепенно     окисляются   аэробными   бактериями   до безвредных   веществ.   Но   экологические   бедствия   охватывают   большие территории, поэтому человек разработал методы очистки  воды от нефти. Демонстрационный  видеоопыт: «Очистка воды от нефти» Учитель.   (слайд 39) Важнейшие аспекты охраны окружающей среды:  1. Необходимо   удалять   из   нефтепродуктов   серу   и   азот,   чтобы   при сжигании топлива в атмосферу не попадали их оксиды. 2. Необходимо   охранять   среду   от   загрязнения   отходами   производства нефтью и нефтепродуктами. IV. Закрепление и осмысление знаний  Учитель.   (слайд 40) 1). Обратите внимание:  перед вами на партах лежат вопросы. Прочитайте текст   и   сделайте   пометки   «+»   (знаю),   «?»   (не   знаю,   не   уверен   в   этих знаниях или  хотел бы расширить свои знания по этому вопрос). Учащиеся делают пометки, представленные в раздаточном материале: 1. Нефть – основной источник углеводородного сырья. 2. Нефть – это сложная смесь углеводородов, в основном алканов линейного и   разветвлённого   строения,   содержащих   в   молекулах   от   5   до   50   атомов углерода. 3. Чтобы   выделить   из   нефти   индивидуальные   вещества   её   подвергают переработке. 4.   Перегонка   (ректификация)– это   физический   способ   разделения   смеси компонентов с различными температурами кипения. 5.   Крекинг   – это   процесс   термического   или   каталитического   разложения  углеводородов, содержащихся в нефти. 6. Детонация – это взрыв смеси газов в двигателях внутреннего сгорания при сжатии. 7. Пиролиз – это разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре. 8. Риформинг – это процесс ароматизации бензинов, осуществляемый путём  нагревания их в присутствии платинового катализатора.      2). Рефлексия.    (слайд 41) Предложи быстрый ответ на вопросы:  Перегонка нефти. (ректификация)  Разложение   органических   веществ   без   доступа   воздуха   при   высокой температуре. (пиролиз)  Расщепление углеводородов, содержащихся в нефти. (крекинг)  Маслянистая жидкость от светло­бурого до черного цвета. (нефть)  Остаток после перегонки нефти. (мазут)  Один   из   продуктов   крекинга   нефти   используемый   в   качестве охлаждающей жидкости для двигателя автомобиля. (антифриз) V.Подведение итогов урока. Рефлексия.    (слайд 42) В заключение – рефлексивный тест. 1. Узнал(а) много нового.  2. Мне это пригодится в жизни.  3. Было над чем подумать.  4. На возникшие вопросы я получил(а) ответ.  5. Поработал(а) добросовестно, цель достигнута.  На доске два рисунка с рожицами (с улыбкой и без).  Предлагается выбрать вариант ответа в рефлективном тесте и  зарисовать рисунок рожицы, который отражает отношение ученика к  проведенному уроку на листах с кроссвордом.  Учитель подводит итоги урока, благодарит учащихся за работу,  комментирует полученные оценки за урок.  (слайд 43)