Урок (методическая разработка) по химии Нефть: состав и способы переработки

ОГАОУ СПО «Белгородский машиностроительный техникум»





Методическая разработка открытого урока по химии по теме:

Природные источники углеводородов. Нефть: состав и способы переработки.





Выполнила: преподаватель химии Смирнова Н.А.



Белгород, 2015
Тема урока: Нефть: состав и способы переработки.
Цель урока: получить первоначальные представления о нефти и способах её переработки
Задачи урока: Развивающие: развитие социально значимых компетенций обучающихся (сотрудничество, толерантность, коммуникативность, умение рассуждать логически и формулировать свои мысли вслух, совместными усилиями находить верное решение).
Воспитательные: расширение кругозора обучающихся; активизация мыслительной деятельности; формирование познавательного интереса к предмету химии; воспитание бережного отношения к природным источникам углеводородов;
Образовательные: познакомить учащихся с составом и свойствами нефти, способами и продуктами ее переработки;
Тип урока: комбинированный
Форма урока: Урок изучения нового материала с элементами лабораторной работы.
Оборудование: проектор, ноутбук, презентация, коллекция «Нефть и продукты её переработки», набор для проведения лабораторного опыта: нефть, вода, химические стаканы.
Ход урока:Организационный момент. Актуализация
Учитель: Только что мы рассмотрели с вами такой источник углеводородов, как природный газ. Давайте еще раз скажем, какие углеводороды входят в состав природного газа? Каково их агрегатное состояние?
Учащиеся: Метан, этан, пропан, бутан. Это газообразные углеводороды.
Учитель: А существуют ли углеводороды в другом агрегатном состоянии при нормальных условиях? Можете вы их назвать?
Учащиеся: Да, конечно! Жидкие и твердые бывают. Например, бензол, парафин.
Учитель: А что является источником для этих углеводородов?
Учащиеся: Нефть.
Учитель: Вот о ней-то мы сейчас и поговорим. Поэтому тема нашего урока (запишите) Нефть, её состав и способы переработки.Во время работы на сегодняшнем уроке вам потребуется создать опорный конспект. Для этого у вас на столах есть специальные бланки, заполняя которые по ходу урока, вы получите конспект.
Нефть известна человечеству с древнейших времён, что иллюстрируется следующими данными:
Дата
Регион мира
Как использовалась
Доказательство использования

60004000 лет до н. э.
Берега [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Нефть и её образования использовались в качестве вяжущего материала в строительстве. Именно их  асфальт и битум применяли при строительстве стен Вавилона.
Подтверждено раскопками, установившими существование нефтяных промыслов.



[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Использовалась для бальзамирования умерших (асфальт, добытый на Мертвом море)
По свидетельству [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].


[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
В качестве зажигательной смеси, топлива
Упоминания об использовании нефти есть у [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Использовалась как топливо морского маяка греческой колонии [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] (найдены [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] с остатками нефти).


В средние века интерес к нефти, в основном, основывался на её способности гореть. С [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] н. э. сохранились сведения о «горючей воде  густе», привезённой с [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] при [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
До начала 18 века нефть преимущественно использовалась в натуральном, то есть не переработанном и неочищенном виде. Большое внимание на нефть в качестве [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] было обращено только после того, как в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] химиком Б. Силлиманом ([ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]) было доказано, что из неё можно выделить [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] , который использовался как осветительное масло. Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине 19 века, чему способствовал возникший в это время новый способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Первая в мире добыча нефти из буровой скважины состоялась в [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] на [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] вблизи Баку.
А как образовалась нефть в земных недрах? На этот вопрос мы попросим ответить специалистов-геологов, специально приглашенных на этот урок. А вы не забывайте вносить необходимую информацию в конспект.1-й Учащийся, исполняющий роль специалиста-геолога: Карбидная или абиогенная теория.В 1866 году французский химик М.Бертло предположид, что нефть образовалась (и образуется) в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, и ему удалось искусственно синтезировать углеводороды из неорганических веществ. Великий русский химик Д.И. Менделеев также поддерживал эту мысль. Он считал, что углеводороды образуются в недрах Земли из карбидов и воды.
2-й специалист-геолог. Космическая теорияКоллега, я с вами не согласен! Нефть имеет космическое происхождение! В эпоху генезиса Земли, углеводороды являлись частью первичного вещества нашей планеты (или же сформировались на первых этапах её генезиса в условиях высоких температур).
Под воздействием охлаждения первичного вещества, углеводороды смешивались с остывающей магмой и постепенно поднимались в её составе по разломам к земной коре, задерживаясь в осадочных породах. Так и образовалась нефть!

3-й геолог: Биогенная теорияПраво, это смешно! Нефть на 90% состоит из органических веществ! Значит, и происхождение у неё органическое, т.е. биогенное. Моя теория получила своё развитие в трудах Зелинского, Губкина и других учёных. Именно её принято считать классической. Теория предполагает следующие процессы:
Низшие животные и растения под влиянием кислорода и живых бактерий разлагались на газы и прочие продукты распада.
Газы смешивались с атмосферой, жиры с белками расщеплялись кислотами и спиртами, а всё что оставалось задерживалось в осадочных породах.
Со временем эти останки опускались глубже в недра Земли, где под воздействием высоких температур и давления превращались в нефть. Так-то вот!
Учитель: Не спорьте, уважаемые ученые! Каждая из ваших теорий имеет право на существование пока не будет опровергнута. Спасибо Вам за Вашу работу! (учащиеся занимают свои места)Вот мы и познакомились с теориями происхождения нефти. Давайте познакомимся и с самой нефтью поближе. У вас на столах есть баночки с нефтью. Отлейте совсем немного нефти в чистую пробирку. Оцените её физические свойства и запишите в бланки конспекта.Агрегатное состояние: жидкостьЦвет: от светло-коричневого до темно-бурого (бывают образцы изумрудно-зеленой нефти)Запах: специфический, зависит от состава и месторождения.(добавьте к нефти немного воды и определите её плотность и растворимость в воде).Плотность: легче воды, менее 1 г/см3.Растворимость в воде: нерастворима (Учитель демонстрирует под вытяжкой горение нефти: фитиль, смоченный нефтью, поджигает, учащиеся делают вывод о горючести)Горючесть: легковоспламеняется, горит.
Учащиеся: Нефть – вязкая, масляная жидкость, темно-коричневого цвета, обладает слабой флуоресценцией, нерастворима в воде, ее плотность меньше, чем у воды, поэтому нефть растекается по поверхности воды тонкой пленкой, препятствуя растворению в ней кислорода и других газов.
Учитель: что ж настала пора выяснить, из чего нефть состоит. В этом нам помогут слайды презентации. А вы вносите самую важную информацию в свой конспект.На презентации демонстрируется слайд «Химический состав нефти».
Нефть – это смесь различных углеводородов с примесями других веществ.  Углеводороды: алканы, циклоалканы, ароматические. Примеси: органические кислородные и сернистые соединения, вода, соли, песок, глина
Основные компоненты нефти - углеводороды (90 %) подразделяются на 4 класса:
алканы – 90 % от общего состава;
циклоалканы – 30 – 60 % от общего состава;
ароматические углеводороды – 20 – 40 % от общего состава;
алкены – 10 %.
Поскольку залегает нефть в недрах Земли, добыча её ведется, в основном методом бурения скважин. (на слайдах презентации – скважины на суше и нефтедобывающие платформы на море). Параллельно с нефтью при разработке месторождений добывают попутный нефтяной газ. (на слайде – добыча попутного нефтяного газа, его состав, состав природного газа). Его состав отражен в диаграмме. Сравните его состав с составом природного газа.Учащиеся: В природном газе преобладает метан, содержание которого достигает 80-98%. В попутном газе содержится 30-50% метана, но в нем содержится значительно больше ближайших гомологов - этана, пропана и бутана, до 20% каждого.Учитель: Таким образом, попутный нефтяной газ – ни что иное, как дополнительный источник углеводородов. Однако, и попутный газ и нефть – смеси веществ. В «сыром» виде их можно использовать только как топливо. Но еще Менделеев сказал, что «использовать нефть в качестве топлива – все равно что топить печь ассигнациями». Поэтому важным становится вопрос о том, как выделить отдельные органические вещества из этих ценнейших смесей. Это вопрос называется переработкой нефти. И об этом процессе мы сейчас посмотрим видео –фрагмент, а после заполним бланки конспектов.демонстрируется видео-фрагмент «переработка нефти».Итак, давайте систематизируем знания, полученные из видеофрагмента и дополним конспект. Нефть, добываемую из земных недр, называют сырой. Сырую нефть предварительно очищают от газов, воды и механических примесей (песок, глина, минеральные соли т.п.), а затем подвергают перегонке. Она основана на разности температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти. Процесс этот называют ректификацией. В результате него нефть разделяют на следующие фракции:
-бензин, содержит УВ от С5 до С11, кипит при температуре 40-180 °С, 14,5%;
-лигроин, содержит УВ от С8 до С14, кипит при температуре 120-240 °С, 7,5%;
-керосин, содержит УВ от С14 до С18, кипит при температуре 150-310°С, 18%;
-мазут, содержит УВ от С17 до С60, кипит при температуре 400-450°С, 55%;
из мазута получают соляровое масло, содержит УВ от С14 до С20, кипит при температуре 300-350°С, 5%;
-на тяжелое цилиндровое масло приходится 7%, на легкое цилиндровое – 3%, машинное – 5%, веретенное масло -10-12 %, на гудрон – 27-30%.
Какое количество бензина получают из нефти после ректификации?
Учащиеся: 15-20 % от массы нефти.Учитель: Возникает проблема. Число средств автомобильного и авиационного транспорта растет с каждым годом. Бензин и керосин, получаемые при перегонке нефти не могут удовлетворить все возрастающий спрос. Каким образом можно получить бензин, керосин дополнительно?
Учащиеся: перерабатывать тяжелые (темные) фракции.Учитель: Правильно. Это называется вторичной переработкой нефти. В неё входят процессы крекинга и риформинга. Что такое крекинг и кто его внедрил в нефтепереработку?
Учащиеся: Крекинг – процесс расщепления углеводородов с длинной цепочкой на более короткие. Внедрил этот процесс наш земляк - В.Г. Шухов.
Учитель: Правильно, крекинг делится на термический и каталитический. Отличие в том, что при термическом получают линейные углеводороды, а при каталитическом – разветвленные. А риформинг, или, как его называли раньше, пиролиз - обозначает процесс превращения углеводородов линейного и циклического строения в ароматические. Теперь ваши конспекты наиболее полно отражают материал урока.
Есть еще важный термин, неразрывно связанный с бензином и определяющий его качество. Возможно, кто-то из вас знает о чем речь?
Учащиеся: Октановое число?Учитель: Да, речь именно о нем. Правда, я не очень разбираюсь в топливе, поэтому пригласила специалистов, которые пояснят что обозначает этот термин.

Специалист по топливу 1: Качество топлива определяется стойкостью к детонации. Под детонацией понимают взрывное горение бензина при сжатии. Это негативное явление. Детонацию в основном вызывают углеводороды нормального строения. Разветвленные, непредельные, ароматические углеводороды снижают вероятность детонации. Т.е. чем меньше в составе бензина линейных углеводородов, тем лучше его качество. Детонационную стойкость характеризуют октановым числом. Детонационная стойкость гептана принята за 0, изооктана за 100. Если октановое число марки бензина равно 95, то это значит, что пары бензина можно сжать без детонации как смесь 95% изооктана и 5% гептана. Бензин прямой перегонки имеет невысокое октановое число, т.к. в нем много углеводородов нормального строения.

Специалист по топливу 2: Детонационная стойкость бензина повышается за счет проведения реакций изомеризации, ароматизации (риформинга) углеводородов или добавления к бензину специальных веществ, например, тетраэтилсвинца (ТЭС). Однако он очень ядовит, вызывает поражение нервной системы и др. тяжелые хронические заболевания. Поэтому при работе с этилированным бензином следует избегать его попадания на кожу и вдыхания паров.
Учитель: Спасибо, теперь нам все понятно! Да сколько важной и интересной информации о нефти мы узнали сегодня! Но бензин и топливо – это далеко не полный список тех отраслей, в которых может использоваться нефть. Используя современные технологии, из нефти получают не только высококачественный бензин, но и непредельные и ароматические углеводороды – этилен, пропилен, бензол, толуол и др. Они применяются для изготовления мыла, стиральных порошков, взрывчатых веществ, растворителей, пластмасс, полиэтиленовой пленки, а значит – игрушек, посуды, различных предметов быта. Из нефти научились производить синтетический каучук (а значит – резину, растворители, лаки, пластмассу) и синтетические волокна – капрон, лавсан, найлон. Капроновое волокно в 2,5 раза прочнее натурального шелка. Капроновая нить с сечением 1 мм2 выдерживает вес взрослого человека. В медицине пораженную часть кровеносного сосуда заменяют искусственной – из капрона или лавсана. В легкой промышленности из синтетических волокон производят ткани, одежду, белье, ковры. Нефть – это также сырье для добычи серы и редких элементов - стронция, ванадия, урана и др.
Из нефти получают даже продукты питания – искусственные масла, синтетический белок, которым подкармливают животных и птиц. Эксперты Всемирной организации здравоохранения предполагают, что в XXIв. рацион каждого человека будет на 25-30% состоять из заменителей мяса и молока.
В- общем, я делаю вывод, что нефть – самое замечательное вещество на Земле. Вы со мной согласны?Учащиеся: Это было бы так, если бы не тот вред, который наносит добыча нефти окружающей среде.Учитель: Расскажите поподробнее, что вы знаете об этом.Учащиеся: рассказывают о различных экологических катастрофах, связанных с нефтью.
Учитель: какой же выход из этой затруднительной ситуации, когда всем необходимо топливо, но добыча нефти наносит большой ущерб?Учащиеся: использовать альтернативные источники энергии, совершенствовать имеющиеся технологии добычи и переработки нефти.Учитель: Я согласна с вами. Осталось только претворять эти идеи в жизнь.А теперь я предлагаю вам обменяться конспектами с вашим соседом и оценить его работу на уроке: насколько полно и понятно составлен конспект? Есть ли такие, кто не справился с созданием конспекта? Отлично! Я благодарю вас за работу на уроке, Благодарю геологов и специалистов по топливу. И прошу вас оценить урок. Для этого обведите смайлик, который отражает ваше впечатление от урока, в самом низу конспекта. Сегодня вы забираете конспекты домой, а в следующий раз я выборочно проверю ваши работы.




Литература и интернет-ресурсы:
Глаголева О.Ф., Капустин В.М. Технология переработки нефти. /Под ред. О. Ф. Глаголевой и В. М. Капустина. - М.: Химия, КолосС, 2007.
Габриелян О.С. Химия, учебник для 10 кл., -М.: Дрофа, 2014
Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии, 10 кл., -М.: Дрофа, 2014
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]




Приложения:
Примерные варианты выступлений «ученых»
1-й Учащийся, исполняющий роль специалиста-геолога: Карбидная или абиогенная теория.В 1866 году французский химик М.Бертло предположид, что нефть образовалась (и образуется) в недрах Земли из минеральных веществ. В подтверждение своей теории он провел несколько экспериментов, и ему удалось искусственно синтезировать углеводороды из неорганических веществ. Великий русский химик Д.И. Менделеев также поддерживал эту мысль. Он считал, что углеводороды образуются в недрах Земли из карбидов и воды.
2-й специалист-геолог. Космическая теорияКоллега, я с вами не согласен! Нефть имеет космическое происхождение! В эпоху генезиса Земли, углеводороды являлись частью первичного вещества нашей планеты (или же сформировались на первых этапах её генезиса в условиях высоких температур).
Под воздействием охлаждения первичного вещества, углеводороды смешивались с остывающей магмой и постепенно поднимались в её составе по разломам к земной коре, задерживаясь в осадочных породах. Так и образовалась нефть!
3-й геолог: Биогенная теорияПраво, это смешно! Нефть на 90% состоит из органических веществ! Значит, и происхождение у неё органическое, т.е. биогенное. Моя теория получила своё развитие в трудах Зелинского, Губкина и других учёных. Именно её принято считать классической. Теория предполагает следующие процессы:
Низшие животные и растения под влиянием кислорода и живых бактерий разлагались на газы и прочие продукты распада.
Газы смешивались с атмосферой, жиры с белками расщеплялись кислотами и спиртами, а всё что оставалось задерживалось в осадочных породах.
Со временем эти останки опускались глубже в недра Земли, где под воздействием высоких температур и давления превращались в нефть. Так-то вот!
Специалист по топливу 1: Качество топлива определяется стойкостью к детонации. Под детонацией понимают взрывное горение бензина при сжатии. Это негативное явление. Детонацию в основном вызывают углеводороды нормального строения. Разветвленные, непредельные, ароматические углеводороды снижают вероятность детонации. Т.е. чем меньше в составе бензина линейных углеводородов, тем лучше его качество. Детонационную стойкость характеризуют октановым числом. Детонационная стойкость гептана принята за 0, изооктана за 100. Если октановое число марки бензина равно 95, то это значит, что пары бензина можно сжать без детонации как смесь 95% изооктана и 5% гептана. Бензин прямой перегонки имеет невысокое октановое число, т.к. в нем много углеводородов нормального строения.
Специалист по топливу 2: Детонационная стойкость бензина повышается за счет проведения реакций изомеризации, ароматизации (риформинга) углеводородов или добавления к бензину специальных веществ, например, тетраэтилсвинца (ТЭС). Однако он очень ядовит, вызывает поражение нервной системы и др. тяжелые хронические заболевания. Поэтому при работе с этилированным бензином следует избегать его попадания на кожу и вдыхания паров.