Методическая разработка интегрированного урока по химии на тему "Нефть -основа цивилизации"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РСО-АЛАНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ВЛАДИКАВКАЗСКИЙ МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ ИМ Г. КАЛОЕВА»

Рассмотрено на заседании МК

Точных и естественных наук

«__ » __________2017 г. Протокол №___

Председатель МК________ Етдзаева С.Т.

Методическая разработка интегрированного урока по химии – географии на тему

«Нефть - основа цивилизации»

Преподаватель: Дзагоева Ф.Б.

Владикавказ – 2017 год

Методическая разработка интегрированного урока по химии – географии на тему «Нефть – основа цивилизации».

Описание материала: Методическая разработка интегрированного урока по химии – географии на тему «Нефть – основа цивилизации» предназначена для проведения занятия для обучающихся 2-х курсов в средних специальных учебных заведениях. Урок построен с применением методов проблемного обучения, межпредметных связей и использованием элементов исследовательской работы.

Технологическая карта урока

Ход урока

1. Организационный момент

2. Постановка цели и задач урока. Мотивация к учебной деятельности

Учитель химии:

Здравствуйте ребята! Сегодня у нас необычный урок, охватывающий знания по двум предметам химии и географии, а также экологии и выбранной вами профессии. Тему урока вы назовёте сами, посмотрев на слайд (слайд 3). О каком веществе идет речь?

Камни, почву раздробил специальный бур

Из земли фонтан забил, маслянист и бур.

Та, что есть в фонтане этом,

Всем нужна зимой и летом.

В ней потом найдут бензин,

И мазут, и керосин.

Итак - это НЕФТЬ.

Теперь мы должны поставить цель урока. Что же мы хотим узнать о нефти? (слайд 4)

План

1. История нефти

2. Теория происхождения нефти

3. Нахождение нефти в природе

4. Продукты переработки нефти

5. Мировые запасы нефти

6. Нефтяная промышленность России

7. Добыча и транспортировка нефти

8. Физические свойства и состав нефти

9. Переработка нефти (первичная и вторичная)

10. Экологические проблемы использования нефти

11. Методы очистки от нефтепродуктов.

Актуализация знаний.

Изучение нового материала на основе имеющихся знаний по географии и химии.

Учитель географии.

Вопрос: Что вам известно об истории этого вещества? (слайд 5)

Учитель географии дополняет ответы обучающихся. О нефти человек знает давно. Сведения о ней пришли к нам с Ближнего Востока. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что в долине реки Евфрат нефть и продукты ее окисления (асфальт и др.) люди добывали 6-8 тысячелетий назад. Древние шумеры использовали битум вместо связующего раствора в кладке, как клей для закрепления кремневых лезвий в орудиях труда. В гробницах на Ближнем Востоке, в развалинах древних городов Америки находят украшения и различные конструкции, скрепленные нефтяным цементом. Нефть в Древнем мире была грозным оружием: подожженная, она лилась на головы штурмующих крепостные стены, горящие стрелы, смоченные в нефти, летели в осажденные города (слайд 5)

В Древнем Египте нефть применяли для бальзамирования мумий. Ее использовали как средство для заживления ран и язв, для лечения глазных болезней. В Вавилоне нефтью освещали улицы. В раннем Средневековье нефть уже добывали из колодцев, затем в Италии, Германии появились первые скважина глубиной до 200-300 м.

Первые сведения о нефти в России относятся к 1584 г. В грамоте Ивана Грозного к английской королеве Елизавете в числе продуктов, которые вывозили из России, упоминалась и нефть. Нефть наряду со скипидаром применяли при приготовлении красок для окраски Грановитой палаты в Московском Кремле в 1688 г.

В 1745 году архангелогородцу Ф.С. Прядунову было «велено по желанию в Архангелогородской губернии, в пустом месте при малой реке Ухте построить нефтяной завод и, промышляя, нефть продавать» Академик И.И.Лепехин описал этот промысел: «Нефть била ключом со дня реки, и над ним был сооружен отстойный чан с отверстием в днище. Нефть из чана переливалась берестяными ковшами в деревянные ушаты, доставлялась в Москву для перегонки в лаборатории Берг- коллегии и продавалась как лекарственное средство.

Вопрос: Как образовалась нефть в толщах земли?

Учитель географии. Происхождение нефти - одна из тайн природы. Дискуссия на эту тему относится к числу так называемых великих геологических споров, до сих пор незавершенных.

Существует две теории происхождения нефти: неорганическая и органическая. (слайд 6)

Предположение о неорганическом происхождении нефти выдвинул в 1876 году Д.И.Менделеев. Он считал, что вода, попадавшая в недра Земли по трещинам- разломам в земной коре, под действием высоких температуры и давлении реагирует с карбидом железа, образуя углеводороды, которые поднимаются по трещинам, скапливаясь в пустотах – ловушках.

Основы органической (биогенной) теории происхождения нефти заложили М.В.Ломоносов и Н.Д.Зелинский, затем развивали В.И.Вернадский и И.М.Губкин. Согласно этой теории нефть образовалась из остатков наземной растительности, которые реки сносили в водоемы, и морского зоо- и фитопланктона. Один из существенных доводов в пользу этой точки зрения - наличие в составе нефти спор и пыльцы растений, а также азотсодержащих органических соединений.

Вопрос о присхождении нефти имеет не только теоретическое значение. Он напрямую связан с проблемой исчерпаемости ресурсов природных источников углеводородов. Согласно биогенной теории запасы нефти образовались в ранние геологические эпохи, и сейчас, сжигая это топливо, человечество необратимо тратит ту энергию, которую запасли доисторические живые организмы. Если же нефть постоянно образуется в глубинах Земли, то бурение глубоких скважин позволит найти практически неисчерпаемые запасы. Окончательное решение этого вопроса ученым еще предстоит найти, хотя на сегодняшний день все-таки наиболее доказанной считают теорию биогенного происхождения нефти.

Вопрос: Для чего человечеству нужна нефть? (слайд 7)

Ответ: Нефть – это сырьё для топливно-энергетической промышленности и нефтехимии. Она применяется в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей, источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив) масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битум, гудрон, асфальт); сырьё для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста. А так же национальное богатство, источник могущества страны, фундамент её экономики.

Вопрос: Почему нефть называют «чёрным золотом?»

Ответ: Потому, что нефть имеет огромное влияние на современную цивилизацию, даже большее, чем золото в древности. А так же национальное богатство, источник могущества страны, фундамент её экономики.

Вопрос: Какие страны являются лидерами по добыче нефти? (работа по атласам 10 кл.)

Учитель географии. Сегодня месторождения нефти имеются более чем в 80 странах мира. Однако основную часть этого вида топлива дает десяток стран, добывающих более 100 млн. тонн нефти в год (слайд 8).

К главным импортерам нефти относятся страны Азиатско- Тихоокеанского региона, США и европейские страны. В направлении этих регионов сформировались устойчивые потоки нефти и нефтепрдуктов из стран Ближнего и Среднего Востока, Латинской Америки, Африки, России.

В последнее время на географию добычи нефти и газа все большее влияние оказывает использование морских месторождений. К концу 1980 гг. вблизи берегов 40 стран их было открыто более 500. Запасы морской нефти оценивают в 20-30 млрд. тонн и более. Одним из важнейших районов добычи стала акватория Северного моря. Современная техника позволяет вести бурение в море на глубине 200-300 м.

На мировой рынок поступает свыше 2/5 добываемой сырой нефти и 15% нефтепродуктов. Мировая добыча составляет более 3,5 млрд. тонн, примерно 40% ее приходится на страны ОПЕК- организация стран – экспортеров нефти. На страны Персидского залива приходится 2/3 мировых разведанных запасов нефти и около 1/3 ее добычи. Первым в истории экспортером «черного золота» была Венесуэла: в 1539 году в Мадрид была отправлена бочка нефти.

Вопрос: Вспомните из курса географии за 9 класса где в России находятся основные месторождения нефти?

Ответ: На территории нашей страны выделяют несколько территорий, располагающих значительными запасами нефти. В их число входят как традиционные регионы добычи: Западная Сибирь, Поволжье, Северный Кавказ, так и новые нефтегазоносные провинции: на Европейском Севере (Тимано-Печорский регион), в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Месторождения Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции начали разрабатывать в 1964 году. В ее состав входят территории Тюменской, Томской, Новосибирской и Омской областей, Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов (слайд 9).

Вопрос: Чем объясняются экономические, политические и даже вооруженные конфликты на Ближнем Востоке?

Ответ: Конфликты на Ближнем Востоке связаны с нефтью, запасы которой постепенно уменьшаются.

Учитель географии. Действительно, согласно разных оценок, которые провели акулы нефтяного бизнеса, запасов нефти нам хватит в среднем на 50 лет. Однако пик добычи уже пройден и легкодоступные месторождения уже истощены. Нефть добывать всё тяжелее и дороже, а качество её всё хуже и хуже.

Вопрос: Где находятся залежи нефти в природе, как их добывают и транспортируют?

Ответ: Залежи нефти находятся в недрах земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. (слайд 10 ) Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли. Нефть добывают в основном с помощью бурения скважин турбобурами на суше, в морях и океанах. (слайд 11, 12 )

Учитель географии. Нефть, только что добытую из скважины, называют сырой. Её нельзя использовать ни в качестве топлива, ни в качестве сырья для химических процессов. Она должна быть переработана.

Учитель химии

Давайте определим физические свойства нефти.

Учащиеся проводят эксперимент и делают вывод: нефть - маслянистая жидкость темно-бурого цвета с характерным запахом, не растворимая в воде, легче воды. (слайд 13)

Учитель химии. Нефть разных месторождений имеет только ей присущий цвет: на Кавказе нефть темно-зеленая, в Сибири - желтоватая, в Белоруссии – розоватая, нефть Мангышлака черная.

Вопрос: От чего же зависит окраска нефти?

Ответ: Окраска нефти зависит от её состава.

Учитель химии. По составу нефть - это сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы, главным образом жидких. Обычно это алканы, циклоалканы и арены (слайд 14). В нефти, добываемой из разных месторождений, содержатся как углеводороды нормального строения, так и их изомеры.

Вопрос: Какие светлые нефтепродукты вам известны?

Ответ: Бензин, керосин, дизельное топливо.

Вопрос: Как их можно выделить из нефти? Как называется этот процесс и на чём он основан?

Ответ: Перегонка. Она основана на разных температурах кипения углеводородов, входящих в состав нефти.

Учитель химии. Главная операция первичной переработки нефти - ее перегонка. Перегонка (ректификация) основана на разнице температур углеводородов, входящих в состав нефти. Перегонку осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и ректификационной колонны. В печи находится трубопровод, по нему непосредственно подается нефть, нагревается до 350˚С и в виде паров поступает в ректификационную колонну. Внутри колонны имеются тарелки с отверстиями. Пары нефти через отверстия поднимаются вверх, при этом они охлаждаются и сжижаются (слайд 15).

Фракции, образующиеся при перегонке нефти (слайд 16 )

Переработка нефти в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности преследуют различные цели. Главная задача нефтеперерабатывающей промышленности - получение высококачественного моторного топлива. Но в любом случае продукты первичной перегонки нефти подвергают последующей переработке с использованием таких процессов, как термический и каталитический крекинг, каталитический риформинг.

При нагревании углеводородов выше 400 ˚С происходит разрыв С-С связей и образуется смесь более простых предельных и непредельных углеводородов.

C₁₆H₄₄ → C₈H₁₈ + C₈H₁₆

гексадекан октан октен

Процесс расщепления молекулы углеводорода на более простые молекулы называется термическим крекингом (слайд 17 ). Промышленный крекинг впервые был осуществлён русским инженером Владимир Григорьевич Шуховым в 1891 г.

Недостатком термического крекинга является то, что его продукты содержат большое количество неразветвленных алканов, поэтому с его помощью нельзя получить высокооктановый бензин.

Основными процессами вторичной переработки нефти являются каталитические процессы: крекинг и риформинг (слайды 18).

Процесс каталитического крекинга был открыт выдающимися русским химиком Владимиром Николаевичем Ипатьевым в 1900 году. В настоящее время треть добываемой нефти в мире перерабатывается на установках каталитического крекинга.

Каталитический крекинг проводят при температуре 450-500◦С, в качестве катализатора используют синтетические алюмосиликаты. Процесс сопровождается изомеризацией нормальных алканов в разветвленные, циклизацией и дегидрированием углеводородов. Бензин, который получается в результате каталитического крекинга, имеет высокое октановое число, т.к. содержит много разветвленных алканов и ароматических углеводородов.

Риформинг (от англ. reform -переделывать, улучшать) - процесс переработки бензиновых фракций под давлением водорода при температуре около 500 С. Основными реакциями, которые происходят при этих условиях, являются дегидроциклизация алканов в арены (слайд 19 ).

Наибольшую ценность имеют легкие фракции перегонки - бензин и керосин, выход которых при простой перегонке невелик -15%. Кроме того, бензин после перегонки получают низкого качества.

Вопрос: Что такое октановое число? Что оно означает?

Ответ: Октановое число показывает марку бензина. Чем оно выше, тем качественнее бензин.

Вопрос: Что такое детонационная стойкость бензинов?

Ответ: Детонационная стойкость – это стойкость бензинов к взрывному сгоранию при его сжимании, что приводит к износу двигателя.

Учитель химии. Устойчивость бензина к детонации выражают октановым числом (слайд 20). Октановое число н-гептана принято за ноль, а октановое число 2,2,4- триметил пентана (изооктана) считается равным 100. Для современных автомобильных двигателей требуется горючее с октановым числом 90 -100. Требования, предъявляемые к качеству бензина, постоянно повышаются. Так, по современным нормам (стандарт «Евро-4») содержание в них бензола не должно превышать 1%.

Вопрос: Какой вред приносит нефть и нефтепродукты окружающей среде?

Ответ: Нефть и нефтепродукты относятся к основным загрязнителям вод мирового океана.

Ежегодно в океан попадает 30-35 млн. тонн нефти: в результате ее естественных выходов в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. ( слайд 21).

Учитель химии. Загрязнение водных объектов нефтью в районах интенсивной добычи происходит повсеместно. Неправильные действия и технические неполадки в процессе бурения и эксплуатации скважин приводят к залповым выбросам нефти. Так, в результате выброса из скважины Санта- Барбара в Калифорнии нефть покрыла экваторию площадью 2072 км², а общий объем вылившейся нефти через 100 дней после выброса составил 15 млн. литров Сильно загрязняется водная среда при транспортировке нефти. В настоящее время 65% добытой нефти перевозят морским путем. Согласно прогнозам в будущем объем перевозок возрастет более чем вдвое при одновременном увеличении тоннажа и мощности танкерного флота.

Нефть нерастворима в воде, ее плотность меньше, чем у воды. Попадая в воду, нефть растекается по поверхности, препятствуя растворению кислорода.

Нефтяная пленка на поверхности воды препятствует обмену теплом, влагой и газами между водной средой и атмосферой, в результате нарушается биологическое равновесие. Литр разлитой нефти загрязняет приблизительно 40 тыс. л морской воды. Воздействие нефти на экосистемы проявляется по разному в зависимости от степени загрязнения. Это может быть как непосредственное отравление живых организмов с летальным исходом, так и нарушение физиологической активности.

Вопрос: Какие методы очистки от нефтепродуктов вы знаете?

Ответ: Методы очистки делятся на физико-химические и биологические. Сжигание, удаление с помощью песка; поглощение нефти соломой, опилками, гипсом; применение микроорганизмов грибов, которые способны разлагать нефть вплоть до углекислого газа и воды.

Учитель химии. Для удаления нефтепродуктов из сточных вод на заводах применяют типовые нефтеловушки, представляющие собой горизонтальные отстойники. Продолжительность пребывания воды в нефтеловушке обычно составляет 2 ч при расчетной скорости потока 3-8 мм в сек. В отечественной и зарубежной практике при доочистке сточных вод, прошедших нефтеловушку, применяют пруды дополнительного отстоя (слайд 22 ).

Давайте сделаем вывод: Почему нефть называют основой нашей цивилизации?

Ответ: Нефть является основой нашей цивилизации потому, что она является основой топливно-энергетической и химической промышленности в современном мире.

V. Первичное закрепление нового материала.

Ответьте на вопросы:

1. Укажите важнейшие месторождения нефти в Российской Федерации. Найдите их на карте полезных ископаемых нашей страны.

2. На каких свойствах нефти основана её перегонка? Укажите продукты ректификации нефти, области их применения.

3. Что такое крекинг? Какая химическая реакция лежит в основе этого процесса? Какие виды крекинга различают?

4. Назовите известные вам международные конфликты, которые связаны с контролем над нефтью.

5. Почему разные виды автотранспорта используют разные виды топлива? Каковы их октановые числа? Как от качества топлива зависит работа автомобильного двигателя? Как вы думаете почему?

5. Напишите уравнение реакции крекинга углеводорода состава С₂₀Н_42.

VI. Контролирующее задание (тест). Самооценка учебной деятельности

VII. Сообщение домашнего задания и инструктаж.

Закрепить изученный материал по параграфу

§ 9.6 стр. 177 -182 упр. 4-6

По желанию выполнить творческое задание «Составить кроссворд по теме».

VIII. Рефлексия учебной деятельности на уроке.

В конце урока обучающимся предлагается закончить предложения:

Сегодня я узнал…

Я удивился…

Теперь я умею…

Я хотел бы…

Наибольшее затруднение вызвало…

Своей работой на уроке я … (доволен /не доволен)

Контрольный тест

1. Укажите свойство, которое не относиться к нефти

А) Легче воды

Б) Растворима в воде

В) Густая темная жидкость

Г) Не имеет постоянной температуры кипения

2.   С увеличением числа атомов углерода в молекулах углеводородов температура кипения этих углеводородов

А) Уменьшается

Б) Не изменяется

В) Увеличивается

Г) Сначала увеличивается, потом уменьшается

3. Укажите фракцию нефти с наибольшей температурой кипения

А) Керосин

Б) Бензин

В) Лигроин

Г) Газойль

4. Укажите физический способ переработки нефти

А) Фракционная перегонка

Б) Риформинг

В) Каталитический крекинг

Г) Термический крекинг

5. При термическом крекинге из одной молекула алкана образуются две молекулы

А) Алканов

Б) Алкана и алкина

В) Алкенов

Г) Алкана и алкена

6. Детонационная устойчивость будет  наименьшей у бензина, который содержит углеводороды

А) Циклические

Б) Линейного строения

В) Ароматические

Г) Разветвленного строения

7. Наилучшую детонационную устойчивость имеет бензин со следующим октановым числом

А) 96

Б) 80

В) 76

Г) 92

8. Среди нижеперечисленных углеводородов выберите 3 основные компоненты нефти:

А) Алканы

Б) Алкены

В) Алкадиены

Г) Алкины

Д) Циклоалканы

Е) Арены