Урок по химии в 10 классе на тему «Природные источники углеводородов»
10 класс
Тема урока: Природные источники углеводородов.
Цели и задачи урока:
Образовательные: ознакомить учащихся с природными источниками углеводородов,
составом, свойствами и методами переработки нефти; обратить внимание на проблему охраны окружающей среды от загрязнения нефтью и нефтепродуктами.
Развивающие: развивать у учащихся умение сравнивать, анализировать и применять информацию из других областей знаний, развивать коммуникативные способности, умение предъявлять результаты групповой деятельности.
Воспитательные: способствовать воспитанию у учащихся активной жизненной позиции.
Здоровьесберегающие технологии: следить за осанкой учащихся; проводить упражнения для снятия напряжения глаз; проветривание помещения.
Оборудование: ИКТ
Ход урока:
Организационный момент.
Проверка знаний: Основные механизмы протекания реакций
Основная часть.
1. Природные источники углеводородов
Вы уже знаете, что углеводороды являются важнейшим видом сырья для химической промышленности. В свою очередь, углеводороды достаточно широко распространены в природе и могут быть выделены из различных природных источников: нефти, попутного нефтяного и природного газа, каменного угля. Наша страна является одним из лидирующих стран по добыче и переработке природных источников углеводородов.
Состав нефти существенно зависит от места её добычи (месторождения); помимо алканов она может содержать циклоалканы и ароматические углеводороды.
Газообразные и твёрдые компоненты нефти растворены в её жидких составляющих, что и определяет её агрегатное состояние.
2. Нефть — маслянистая жидкость тёмного (от бурого до чёрного) цвета с характерным запахом, нерастворимая в воде. Её плотность меньше, чем у воды. Попавшая в водоёмы нефть растекается по поверхности водной глади, препятствуя растворению кислорода и других газов воздуха в воде и вызывая гибель микроорганизмов и животных.
Существуют бактерии, способные использовать компоненты нефти в качестве пищи, преобразуя её в безвредные продукты своей жизнедеятельности.
В природе нефть и попутный нефтяной газ, речь о котором пойдёт дальше, заполняют полости земных недр. Представляя собой смесь различных веществ, нефть не имеет постоянной температуры кипения. Понятно, что каждый её компонент сохраняет в смеси свои индивидуальные физические свойства, что и позволяет разделить нефть на её составляющие. Для этого её очищают от механических примесей, серосодержащих соединений и подвергают так называемой фракционной перегонке, или ректификации.
Перегонка осуществляется в специальных установках — ректификационных колоннах, в которых повторяют циклы конденсации и испарения жидких веществ, содержащихся в нефти.
В ректификационную колонну поступает нефть, нагретая в трубчатой печи до температуры 320—350 °С. Ректификационная колонна имеет горизонтальные перегородки с отверстиями — так называемые тарелки, на которых происходит конденсация фракций нефти. На более высоких тарелках скапливаются легкокипящие фракции, на нижних — высококипящие.
В процессе ректификации нефть разделяют на следующие фракции:
ректификационные газы — смесь низкомолекулярных углеводородов, преимущественно пропана и бутана, с температурой кипения ниже 40 °С;
газолиновая фракция (бензин) — углеводороды состава от С5Н12 до С11Н24 (температура кипения 40— 200 °С); при более тонком разделении этой фракции получают газолин (петролейный эфир, 40—70 °С) и бензин (70—120 °С);
лигроиновая фракция — углеводороды состава от С8Н18 до С14Н30(температура кипения 150—250 °С);
керосиновая фракция — углеводороды состава от С12Н26 до С18Н38(температура кипения 180—300 °С);
дизельное топливо — углеводороды состава от С13Н28 до С19Н40(температура кипения 200—350 °С).
Остаток перегонки нефти — мазут — содержит углеводороды с числом атомов углерода от 18 до 50. Перегонкой при пониженном давлении из мазута получают соляровое масло (С18Н38—С25Н52), смазочные масла (С28Н58—С38Н78), вазелин и парафин — легкоплавкие смеси твёрдых углеводородов. Твёрдый остаток перегонки мазута — гудрон и продукты его переработки —битум и асфальт используют для изготовления дорожных покрытий.
3. ГРЕКИНГ.
Полученные в результате ректификации нефти продукты подвергают химической переработке, включающей ряд сложных процессов. Один из них — крекинг нефтепродуктов.
Различают несколько видов крекинга: термический, каталитический, восстановительный крекинг высокого давления.
Термический крекинг заключается в расщеплении молекул углеводородов с длинной углеродной цепью на более короткие под действием высокой температуры (470—550 °С). В процессе расщепления наряду с алканами образуются алкены, например:
Образовавшиеся углеводороды могут снова подвергаться крекингу с образованием алканов и алкенов с ещё более короткой цепью атомов углерода в молекуле:
Каталитический крекинг происходит в присутствии катализаторов, в качестве которых используют природные алюмосиликаты состава nАl2O3 • mSiO2.
Осуществление крекинга с применением катализаторов приводит к образованию углеводородов, имеющих разветвлённую или замкнутую цепь атомов углерода в молекуле. Содержание углеводородов такого строения в моторном топливе значительно повышает его качество, в первую очередь детонационную устойчивость — октановое число бензина.
4. Попутный нефтяной газ
Месторождения нефти содержат, как правило, большие скопления так называемого попутного нефтяного газа, который собирается над нефтью и частично растворяется в ней под давлением вышележащих пород. Как и нефть, попутный нефтяной газ является ценным природным источником углеводородов.
Попутный нефтяной газ по сравнению с природным богаче по составу. При его фракционировании получают:
газовый бензин — легколетучую смесь, состоящую в основном из пентана и гексана;
пропан-бутановую смесь, легко переходящую в жидкое состояние при повышении давления;
сухой газ — смесь, содержащую в основном метан и этан.
5. Природный газ
Основным компонентом природного газа является метан, доля которого в зависимости от месторождения составляет от 75 до 99% по объёму. Кроме метана, в состав природного газа входят этан, пропан, бутан и изобутан, а также азот и углекислый газ.
6. Каменный уголь
Кроме нефти, природного и попутного нефтяного газов, природным источником углеводородов является каменный уголь.
Каменный уголь образует мощные пласты в земных недрах. Его разведанные запасы значительно превышают запасы нефти. Как и нефть, каменный уголь содержит большое количество различных органических веществ. Одним из основных способов переработки каменного угля является коксование — прокаливание без доступа воздуха. В результате коксования, которое проводят при температуре около 1000 °С, образуются:
коксовый газ, в состав которого входят водород, метан, угарный и углекислый газы, примеси аммиака, азота и других газов;
каменноугольная смола, содержащая несколько сотен различных органических веществ, в том числе бензол и его гомологи, фенол и ароматические спирты, нафталин и различные гетероциклические соединения;
надсмольная, или аммиачная, вода, содержащая, как ясно из названия, растворённый аммиак, а также фенол, сероводород и другие вещества;
кокс — твёрдый остаток коксования, практически чистый углерод.
Кокс используется в производстве чугуна, аммиак — в производстве азотных и комбинированных удобрений, а значение органических продуктов коксования трудно переоценить.
IV. Вывод: Таким образом, нефть, попутный нефтяной и природный газы, каменный уголь не только ценнейшие источники углеводородов, но и часть уникальной кладовой невосполнимых природных ресурсов, бережное и разумное использование которых — необходимое условие прогрессивного развития человеческого общества.
Д/з § 8 стр. 55-64; упр. 1,4-7, стр. 61-62
Видеоурок
https://www.youtube.com/watch?v=AZITS3_QQnA
простая перегонка
https://www.youtube.com/watch?v=0RRbZ5TEeQ0
подробная перегонка
https://www.youtube.com/watch?v=iDjaikb9hcI
общая – загрязнение, войны …
https://www.youtube.com/watch?time_continue=11&v=p8_xFg9ClfU
