"Нефть,ее состав,свойства,продукты перегонки."
план-конспект урока по химии (10 класс)

МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Министерство образования и науки Луганской Народной Республики

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Луганской Народной Республики

«Луганский медико – биологический лицей – интернат»

Мультимедийный урок

Химии

в 10 классе

на тему:

«Нефть. Ее состав, свойства, продукты перегонки»

Урок составлен

учителем биологии

Дараган Людмилой Владимировной.

Луганск,2025 г.

Цели и задачи:

сформировать знания учащихся о составе, физических и химических свойствах нефти;

ознакомить учащихся со способами добывания, строением и работой основных аппаратов по перегонке нефти;

продолжить воспитание бережного отношения к природе.

Тип урока:

изучение нового материала.

Оборудование:

Периодическая система Д.И. Менделеева, мультимедийная доска, проектор.

Методы и приемы:

Фронтальный опрос, информационно -рецептивный, рассказ учителя, составление опорной таблицы.

План урока:

I.Организационный момент.

II.Мотивация познавательной деятельности (объявление темы урока, целеполагание).

III.Актуализация опорных знаний и умений.

IV.Изучение нового материала.

V.Закрепление полученных знаний.

VI.Итог урока.

VII.Домашнее задание

Ход урока:

#1054;рганизационный момент:

Приветствие, проверка отсутствующих.

#1052;отивация:

- На прошлом уроке мы с вами начали изучение новой для вас темы «Природные источники углеводородов».Как вы уже знаете, природный газ, попутные нефтяные газы, нефть и каменный уголь относятся к не возобновляемым природным ресурсам. На этом основании те государства, на территории которых находятся крупнейшие месторождения этих ископаемых являются поставщиками этих ресурсов по всему земному шару. Этих стран, как и самих природных ископаемых, на Земле не так уж и много. Поставщиками природного и попутного нефтяного газа являются Россия, Алжир, Иран, США а нефти и каменного угля – Россия, Саудовская Аравия, Кувейт, Иран, Азербайджан.

- В связи с этим, человечеству необходимы разработки все новых и новых месторождений, но, при этом, необходимо учитывать и то обстоятельство, что ранее открытые месторождения необходимо использовать с максимальной пользой и очень рационально. И здесь, конечно же, не обойтись без химической переработки. Об этом, а так же о том, что представляет собой нефть, каковы ее свойства, какими способами ее можно перерабатывать, какие механизмы при этом используются и какую опасность представляет собой нефть для биосферы мы и будем сегодня говорить. Вашим заданием будет самостоятельное ведение конспекта. А теперь мы повторим о том, что вы уже знаете.

#1040;ктуализация:

Учитель:

- Давайте вспомним, что такое природный газ? Какой состав он имеет? Где он применяется?

Ученик:

- Природный газ представляет собой смесь газообразных углеводородов различного происхождения, заполняющие пустоты горных пород.

Его состав: 98% - СН4 (метан) ,2% - С2Н6 (этан), С3Н8 (пропан), С4Н10 (бутан),N2, CO2, Н2, Н2S . Применяется природный газ на 90% как топливо, как химическое сырье - на 10% (сажа, водород, ацетилен, растворители).

Учитель:

- Хорошо! Следующий ряд вопрос. Что называют попутным нефтяным газом? Каков его состав? В каких сферах он применяется?

Ученик:

- Попутный нефтяной газ- «шапка» над нефтью, он представляет собой смесь углеводородов, сопутствующие нефти и выделяющиеся при ее добыче. Его состав: 30-40% - СН4 (метан), 7,5% - С2Н6 (этан), 21,8% - С3Н8 (пропан), 20,5% - С4Н10 (бутан), примеси - N2, CO2, Н2, Н2S. Его применяют в различных сферах: прежде всего, как топливо, а так же в виде химического сырья для производства пластмасс, каучуков, сухого газа, пропан – бутановой смеси, газованного бензина.

Учитель:

- Хорошо!

- Ребята, а что вы знаете о нефти из литературы, газет, телевидения, истории, Интернета?

Ученик :

- Слово нефть означает - «нечто исторгаемое (землею)», в русский язык слово «нефть» пришло из турецкого слова «neft». Залежи сырой нефти появились в недрах Земли 100 -200 млн. лет назад. Она имеет осадочное происхождение - она образовалась из органического материала - останков живых организмов. По мнению ученых, исходным материалом для образования нефти служили микроорганизмы, населяющие прибрежные морские воды – планктон, 90% которого составляет фитопланктон. По химическому составу нефть очень похожа на каменный уголь – в нем тоже основным составляющим компонентом является углерод. Поэтому нефть и газ, наряду с углем, торфом и сланцами, ученые относят к одному классу ископаемых – каустобиолитов. В состав сырой нефти входит около 1000 компонентов. Залежи этого ценнейшего полезного ископаемого располагаются на глубине от десятков метров до 5-6 км. В конце XIX века русский ученый В. Д. Соколов предположил, что молекулы углеводородов содержались в газопылевом облаке, из которого образовалась наша планета.

История открытия нефти уходит своими корнями в начало истории всего человечества. Так, сырую нефть выкачивали из-под земли в Китае, в Сычуани еще 2500 лет назад. Китайцы первыми пробурили нефтяную скважину еще в 327 году н.э. Китайские инженеры использовали бамбуковые трубы для бурения на глубину 240 метров под поверхностью земли и добычи первых капель нефти. В то время нефть называлась "горящей водой" и использовалась для испарения морской воды и производства соли. В древнем Вавилоне битум использовался при строительстве зданий и для герметизации морских судов. Древние египтяне и впоследствии греки использовали для освещения примитивные лампы, топливом для которых служили легкие нефти. Нефть использовалась и в Древнем Египте для бальзамирования умерших . А в Древней Греции, нефть использовали в качестве топлива, о чем упоминается в произведениях Плутарха. Во времена Византийской империи ( с VII века н.э.) византийцы использовали «греческий огонь» - зажигательную смесь нефти с негашеной известью -он был грозным оружием, так как попытки потушить его водой только усиливали горение. Эта смесь использовалась против вражеских кораблей: ею смазывали наконечники стрел или изготовляли примитивные гранаты.

Первая в мире нефтяная скважина была пробурена на берегу Каспийского моря в 1846 году. Тогда еще не существовало автомобилей, основным рынком сбыта нефти была фармацевтика. Нефть носила название «каменное масло». Первое разработанное с платформы месторождение начало функционировать в 1891 году на Великом Озере Сент- Мери и велось компанией Riley and Banker's Oil. Озеро расположено в 70 милях к западу от города Колумбус, штат Огайо. В 1900 году в России добывалось больше половины от общемировых объемов добычи нефти. Первое бурение в открытом море было проведено в 1955 году компанией «Шелл Ойл» в Мексиканском заливе к югу от Нового Орлеана. Добыча нефти достигла пика в 2005. Начиная с 2011 года мир теряет около 10% нефти каждый год.

Ученик :

- Предположения о родственных взаимоотношениях между различными горючими полезными ископаемыми — нефтью, газом, углем, торфом и горючими сланцами — делались очень давно, начиная еще с высказываний гениального ученого М. В. Ломоносова – в 1763 году он опубликовал труд «О слоях земли», где он предположил, что и нефть и каменный уголь происходят разными путями из одного и того же органического вещества.

Учитель:

-Молодцы! Вы прекрасно осведомлены в вопросах истории!

Проблемный вопрос:

- Как вы уже заметили, прологом нашего сегодняшнего урока я выбрала слова Дмитрия Ивановича Менделеева: «Нефть -не топливо, топить можно и ассигнациями!» (Ассигнации -денежные купюры, распространенные в XIX веке в России )

Как вы думаете, почему Д.И.Менделеев высказал такую точку зрения?

IV.Изучение нового материала.

- Хорошо! Ребята, давайте посмотрим на следующий слайд. На нем вы видите свечу, керосиновую лампу, тюбик вазелина, тени для век и губную помаду в виде крема, автозаправочную станцию и тарелку с росписью. Что, по вашему мнению, может связывать эти предметы?

Ученик :

- Я думаю, что бензин, керосин и вазелин получают из нефти, путем ее переработки. На основе вазелина можно получить кремообразную текстуру различных косметических средств. Парафин и основу красящих веществ – масла так же выделяют при переработке нефти и нефтепродуктов.

Учитель:

-Абсолютно верно! Все эти вещества не существовали бы, если бы человечество не научилось выделять из нефти вещества, которые ее образуют. Это и углеводороды, и высокомолекулярные соединения, и органические вещества, и, конечно же вода и минеральные соли. В одной ее капле содержится около 1000 соединений! Таким образом, можно сказать, что нефть – природная сложная смесь углеводородов с другими органическими веществами.

В мире ежедневно добывается 85 200 000 баррелей, или 13 546 800 000 литров нефти (по данным на начало 2009 года)

- А на этом слайде вы видите различия в цвете и, конечно же, составе нефти, добываемой из различных месторождений:

- В чем, по вашему мнению, может заключаться причина таких различий в составе и физических свойствах нефти?

Ученик :

- Я думаю, что состав и свойства нефти различных месторождений могут отличаться ввиду разных климатических условий, глубины залегания месторождения, давления и температуры на этой глубине.

Учитель:

- Абсолютно верно! Причиной этой разности служат природные условия местности, в которой формировались нефтяные отложения, уровень давления, температуры и влажности на горизонте породы, глубина залегания нефтяных пластов и, конечно же, тот природный материал, из которого за многие миллионы лет природа и сотворила чудо под названием нефть.

По физическим свойствам нефть представляет собой маслянистую горючую жидкость, обычно темного цвета со своеобразным, резким запахом, она немного легче воды, в которой не растворима. Нефть представляет собой вещество, не имеющее определенной температуры кипения.

- На следующем слайде вы можете увидеть процесс добычи нефти и масштабы мощностей для ее добычи:

Учитель:

- За добычей нефти следует ее переработка, которая осуществляется с помощью физических и химических способов. К физическим способам относится ректификация, к химическим - крекинг, алкилирование, ароматизация.

Одним из основных способов переработки нефти является физическая (прямая) перегонка или ректификация. Ректификация – разделение многокомпонентных жидких смесей на отдельные компоненты.

Перегонка нефти основана на разности температур кипения углеводородов, входящих в ее состав. Фракция – часть сыпучего или кускового твердого материала либо жидкой смеси, выделенная по определенному признаку.

Основные виды фракций : газовая, бензин, лигроин, керосин, дизельное топливо, мазут.

Наряду с удобством ее использования, существует и значительный недостаток - выход бензина составляет всего 17-20 % :

- На следующих слайдах вы можете увидеть производственные сооружения и схематический рисунок ректификационной колонны в разрезе :

- Другим способом перегонки является химическая перегонка или крекинг, который был изобретен русским ученым В.Г.Шуховым в 1891 г. Этот способ не утратил своей актуальности и сегодня. Он представляет собой непрямую переработка нефти- процесс расщепления нефтепродуктов на углеводороды с меньшим числом карбоновых атомов.

- А сейчас давайте ознакомиться с основными видами химического крекинга. Первым является термический- расщепление молекул углеводородов на алканы и алкены нормального строения

Условия: t=450°С - 5500°С, р=2-7 МПА.

Продукты крекинга – сырье для получения спиртов, карбоновых кислот, высокомолекулярные соединения.

Второй вид химического крекинга - каталитический – расщепление молекул углеводородов на алканы и алкены разветвленного строения

Условия: t=450°С -5000°С,катализатором выступает Al2O3 и SiO2

Продукты крекинга – углеводороды разветвленного строения являются сырьем для химической промышленности.

Бензин обладает высоким качеством – с большим октановым числом и детонационной стойкостью.

Существенным недостатком этого метода является то, что бензин, полученный при крекинге нефти, малопригоден в виде моторного топлива.

- Следующими способами переработки нефти являются ее алкилирование и ароматизация. Ароматизация представляет собой пиролиз нефти, реформинг, «облагораживание» бензина. Непрямая химическая переработка бензиновых и лигроиновых фракций при t =500°С -5400 °С, c целью получения высокооктановых бензинов.

Результатом является схема: алканы – циклоалканы – ароматические углеводороды. Таким образом, происходит повышение октанового числа бензина.

Алкилирование- процесс введения в молекулы соединений радикалов -CH3, -C2H5. Этот способ используется для получения высокооктанового топлива, поверхностно - активных веществ, инсектицидов, антиокислителей.

- Конечно же, говоря о добыче и переработке нефти, нельзя не сказать о влиянии последствий нефтяного загрязнения на окружающую среду и биосферу в целом. Среди экологических последствий нефтяного загрязнения - гибель водоплавающих птиц, гибель икры, мальков, молоди рыб, появление уродливых, нежизнеспособных особей, накопление канцерогенов по цепям питания, нарушение фотосинтеза- уменьшение первичной биопродукции на 10%, нарушение обмена в системе океан – атмосфера. И это – далеко не весь перечень последствий человеческой деятельности, связанной с добычей, транспортировкой и перегонкой нефти и ее производных. К примеру, в результате взрыва скважины Macondo, которая бурилась с платформы Deepwater Horizon в Мексиканский залив вылилось примерно миллионов баррелей нефти. Одна капля нефти делает непригодным для питья 25 литров воды! На следующих слайдах вы увидите последствия экологических катастроф, связанных с разливом нефти. Все живые организмы, попавшие в нефтяное пятно, которое порой достигает десятков квадратных километров, обречены на мучительную гибель. По всей его поверхности вода покрывается нефтяной пленкой различной плотности, через которую газообмен воздух – вода просто невозможен, помимо этого, нефть очень быстро нагревается под действием солнечных лучей, что, в свою очередь приводит к повышению температуры воды. Животные в таких условиях обречены на гибель.

- И, к сожалению, большинство подобных катастроф происходят по вине человека, который пока не в силах ни предотвратить катастрофу, ни справиться с ее последствиями…

#1047;акрепление нового материала:

Учитель:

Как вы уже знаете, нефть и продукты ее перегонки используются в огромном количестве сфер и отраслей человеческой деятельности. Её иногда называют «черным золотом», поскольку она даёт примерно половину энергии, потребляемой сегодня во всем мире. Где же она используется? Перечислите, пожалуйста, все сферы и отрасли ее применения.

Ученик:

- Нефть используется для получения разнообразных видов жидкого топлива: бензина различной степени чистоты, дизельного и авиационного топлива. Также из нефти получают масла и смазки, обеспечивающие работу машин и механизмов, асфальт для дорожных покрытий и огромное количество органических и неорганических соединений, используемых в химической промышленности. Вещества, полученные из нефти, применяются в косметической, фармацевтической, лакокрасочной промышленности, а также для производства удобрений, взрывчатых веществ, синтетических волокон, парафина, чернил, инсектицидов, пластмасс и резины.

Учитель:

-Молодец! Нефть уникальна именно комбинацией качеств: высокая плотность энергии -на тридцать процентов выше, чем у самых качественных углей, ее легко транспортировать, по сравнению с газом или углём, например, наконец, из нефти легко получить массу вышеупомянутых продуктов/

А теперь давайте выполним следующие задания :

1. В состав феромона тревоги у муравьев - древоточцев входит углеводород. Каково строение углеводорода, если при его крекинге образуются пентан и пентен, а при его горении - 10 моль углекислого газа.

(Ответ: декан).

2. Задача. В лабораторной установке из 120 л ацетилена (н.у.) получили 60 г бензола. Найдите практический выход бензола.

Решение.
3C2H2 (650 оС, активированный уголь) = C6H6
n(C2H2) = V(C2H2)/ VM = 120 л : 22,4 л/моль = 5,35 моль
n(C6H6)теор = 1/3 х n(C2H2) = 1/3 х 5,35 моль = 1,785 моль
n(C6H6)практ = m(C6H6)/ M(C6H6) = 60 г : 78 г/моль = 0,77 моль
W = (nпракт : nтеор) х 100% = (0,77 : 1,785) х 100% = 43%

Ответ: 43%.

3. Задача. Какой объем воздуха (н.у.) потребуется для сжигания смеси, состоящей из 5 л метана и 15 л ацетилена?

Решение:

(1) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

на 1 моль CH4 -- 2 моль 2O2

(2) 2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O

на 2 моль 2C2H2 -- 5 моль 2O2

Объем кислорода, который пойдет на сжигание заданного объема метана V1(O2) и ацетилена V2(O2), составит:
V1(O2) = 2V(CH4) = 2 х 5 л. = 10 л
V2(O2) = 5/2 V(C2H2) = 5/2 х 15 = 37,5 л
V(O2) = V1(O2) + V2(O2) = 10 л + 37,5 л = 47,5 л
Отсюда рассчитаем объем воздуха на сжигание (содержание кислорода в воздухе принимаем равным 21% по объему):
V(воздуха) = V(O2) : 0,21 = 47,5 л : 0,21 = 226 л

Ответ: V(воздуха) = 226 л.

VI. Итог урока:

- Учитель:

-Таким образом, на сегодняшнем уроке мы с вами узнали о том, что представляет собой нефть, каковы ее физические свойства, где применяется нефть и продукты ее переработки, каковы основные способы ее переработки, а так же позитивные стороны и недостатки каждого из них, Так же вы узнали о последствиях нефтяного загрязнения для биосферы в целом. А теперь мне хотелось бы услышать ваш ответ на проблемный вопрос, поставленный мной в начале нашего урока. Почему Д.И.Менделеев считал, что «Нефть –не топливо, топить можно и ассигнациями!»

Ученик:

- Великий ученый считал, что деньги имеют гораздо меньшую ценность ,чем нефть и продукты ее переработки! Он предвидел колоссальное значение нефти для развития человеческого общества. И теперь, в наше время, нефть действительно называют «черным золотом»! Так же в этом высказывании он говорит о том , что нефть принадлежит к не возобновляемым природным ресурсам ее необходимо использовать, извлекая максимальную пользу из каждой ее капли и делать это нужно крайне рационально.

Учитель:

-Да, ты абсолютно прав!

#1044;омашнее задание:

- А сейчас запишите, пожалуйста, домашнее задание: заполните таблицу «Основные фракции нефти»,в которой, опираясь на конспект сегодняшнего урока, укажите фракцию нефти, углеводородный состав, температуру кипения и сферы применения данной фракции.

Вторым заданием будет решение расчетной задачи.

Ее условие:

При термическом крекинге пропана объемом 13,44 л. (н.у.) получена смесь метана и этилена. Рассчитайте массу бромной воды, которую могут обесцветить продукты крекинга (массовая доля брома в бромной воде равна 3,2 %) .

(Ответ: 3 кг.)

- Благодарю за внимание! До свидания.