Поурочный план
Химия – 11 класс
Тема: Природные источники углеводородов
Тип урока: Изучение нового материала
Цели:
Образовательные: познакомить с природными источниками углеводородов, их составом и способами переработки; расширить знания о природных источниках углеводородов в Казахстане.
Развивающие: активизировать познавательную деятельность учащихся, умение работать с дополнительными источниками информации, навыки исследовательской работы; развитие умений выступать перед одноклассниками, т. е. коммуникационная компетентность
Воспитательные: формировать активную познавательность учащихся на уроке
Оборудование: презентация, раздаточный материал, ИКТ
Межпредменые связи: география
Ход урока
1. Организационный момент
2. Подготовка к восприятию темы
На кухне у мамы помощник отличный, он синим цветком расцветает от спичек (природный газ, табиғи газ, natural gas).
В глубокой древности славяне называли это вещество ропанкой, греки – петролеумом. Считается, что современное название родилось от арабского «нафта» – вытекать. Это вещество часто называют «черным золотом». О каком веществе идет речь? (Нефть, oil, мұнай).
Он черный и блестящий,
Людям – помощник настоящий.
Он несет в дома тепло,
От него в домах светло.
Помогает плавить стали,
Делать краски и эмали.
Ответ: Уголь, carbon, көмір
Тема нашего урока: «Природные источники углеводородов». (5 минут)
3. Изучение нового материала
Почему на протяжении веков люди стараются открыть месторождения нефти и газа, овладеть рынками их сбыта, нередко вступая в конфликты? (Запасы углеводородного сырья определяют экономический потенциал и мощь страны, а по уровню их переработки можно судить об уровне цивилизации общества).
Объем материала очень большой, поэтому давайте разделимся на мини группы и рассмотрим все аспекты по отдельности: разделение по группа, у каждого на парте лежит формула, а каждой команде название углеводородов: Алканы, Алкены, Алкины, Арены. Разделение на группы.
Каждая группа разбирает задания на А4, где указанно тема и критерии оценивания, работа.
1 группа: Нефть.
Критерии оценивания
Нефть и её физические свойства.
Нефть в природе.
Основные месторождения нефти в Казахстане.
Показать на карте месторождения нефти
Составить 3 вопроса для команд
2 группа: Газ.
Критерии оценивания
Состав природного и попутного нефтяного газа.
Месторождения газа в Казахстане
Газ как химическое сырьё.
Показать на карте месторождения газа
Составить 3 вопроса для команд
3 группа: Уголь.
Критерии оценивания
Запасы угля в мире и в Казахстане.
Состав угля и продукты переработки угля.
Показать на карте месторождения угля
Составить 3 вопроса для команд
4 группа: Переработка нефти
Критерии оценивания
Крекинг. Реформинг.
Их виды и суть.
Составить 3 вопроса для команд
(10 минут)
Выступление с пасторами, объяснение основных аспектов. Каждая команда должна назвать «+», «-» и «вопрос», после этого выступающая команда должна задать вопрос каждой команде
(15 минут)
4. Закрепление знаний
«Ложная альтернатива». (Да или Нет)
1. Основной компонент природного газа метан.
2. Сопровождающим нефть является конденсат
3. Основной тип переработки природного газа получение ацетилена.
4. Экономически и экологически выгодное топливо каменный уголь
5. Перегонка нефти основана на разных температурах кипения составляющих компонентов (5 минут)
5. Подведение итогов.
Рефлексия (Написать пожелание и приклеить на дерево)
Приложение 1
Нефть
Нефть представляет собой маслянистую вязкую жидкость, обычно, тёмного цвета со своеобразным запахом. Нефть не растворяется в воде, но может растворяться в органических растворителях. В воде нефть не тонет, потому что её плотность меньше, чем плотность воды. В зависимости от месторождения, она составляет 0,73 — 0,98 г/мл.
Нефть — сложная смесь веществ, основной частью которой являются углеводороды (алканы, циклоалканы и ароматические углеводороды). В состав нефти входит более 150 различных углеводородов. Она — смесь жидких углеводородов, поэтому нефть не имеет формулы. Кроме этого, она содержит неорганические вещества, воду.
Нефть состоит из:70% — углеводородов,30% — неуглеводородов (соли, песок, глина),1 % — вода. Нефть, добытую из земных недр, называют сырой нефтью. Её очищают от воды и примесей газов. Очищенную нефть называют товарной нефтью.
Нефть в природе. Происхождение нефти.
Вокруг проблемы происхождения нефти до сих пор идут жаркие споры. Какие же существуют теории о происхождении нефти? Загадка, которую по-прежнему не могут разгадать ученые. Из множества теорий в настоящее время выделяют две основных: неорганическая и органическая.
Согласно органической теории на дне морей скапливались останки погибших растений и микроорганизмов. Постепенно под действием тяжести и без доступа воздуха отложения начали изменяться и со временем превратились в нефть и газ.
Главный «строительный материал» по неорганической теории — это химические реакции, идущие в недрах земли. Нагретые горячей магмой углеводороды вступают в реакции и образуют нефть. Возможно, здесь и таится секрет огромной теплотворной способности нефти.
От того, какая теория победит, зависит то, где нам искать новые месторождения. Если нефть действительно образовалась из «мертвой рыбы», то искать ее надо на том месте, где когда-то давно был древний океан. Если же это «кровь земли», которая в некоторых местах поднимается близко к поверхности, то искать ее нужно в местах крупных разломов земной коры.
Основные месторождения нефти в мире и в Казахстане.
Залежи нефти обнаружены на каждом континенте и на дне мирового океана, но основные ее запасы сосредоточены в нескольких районах. Так, на Ближнем Востоке находится 65% мировых запасов нефти, причем львиная доля здесь принадлежит Саудовской Аравии.
Казахстан занимает 13-е место в мире по объёму разведанных запасов нефти, который составляет 2,8 млрд. тонн. В 1899 году, началась добыча нефти в Казахстане. Первый фонтан нефти забил из скважин Карашунгула на Эмбинском месторожде¬нии. В настоящее время На сегодняшний день в Казахстане действует более 160 месторождений нефти и ещё 60 находятся на стадии разработки. Основным нефтеносным районом является Западный Казахстан. В бассейне реки Эмбы расположен нефтеносный район с нефтепромыслами Макат, Доссор и другими. Мангыстау называют полуостровом сокровищ, здесь обнаружены огромные запасы нефти. Наиболее известные месторождения — Жетыбай, Узень, Тасболат, Теньге и другие. В Атырауской области — Каражамбас и Каламкас, Тенгиз. Немалая доля всех ныне известных нефтяных богатств Казахстана находится в Актюбинской области. Самое крупное на территории области нефтегазовое месторождение Жанажол занимает 4-е место в республике по количеству добываемой нефти. А знаете ли вы, что нефтеразведочные работы в нашей области были организованы ещё в конце 19-го века сыновьями известного шведского предпринимателя — иммигранта Эммануила Нобеля — Робертом и Людвигом Нобелями и в 1914 году в районе Эмбы были открыты месторождения Жуса и Мортык. Благодаря таким крупным месторождениям как Жанажол и Кенкияк, наша область занимает одно из ведущих мест в экономике Казахстана.
Газ
Геологический сосед нефти — природный газ — тоже непростое по своему составу вещество. Больше всего — до 95% по объему — в этой смеси метана. Также в нём присутствуют этан, пропан, бутан, изобутан, азот, углекислый газ. Более тщательный анализ позволил обнаружить в природном газе и небольшие количества гелия.
Попутный нефтяной газ тоже является природным, но получил особое название потому, что встречается в составе месторождений нефти и растворен в ней под давлением. Попутные газы содержат меньше метана (30-50%), но больше его гомологов: этана, пропана, бутана и других углеводородов.
Основные месторождения газа в мире и в Казахстане.
Первое место по доказанным запасам газа в мире продолжает удерживать Россия. На втором месте располагается Иран. Казахстан по общим запасам газа занимает 13-е место в мире. В Казахстане встречается природный газ (месторождения Тенге и Устютр на полуострове Мангышлак) и попутный газ (Атырау-Эмбенский и Мангистауский бассейны). К крупнейшим газовым месторождениям относятся Жанажол, Имаш, Тасболат, Узень и другие месторождения. Попутный нефтяной газ — это газ, существующий вместе с нефтью, он растворен в нефти и находится над ней, образуя «газовую шапку», под давлением. На выходе из скважины давление падает, и попутный газ отделяется от нефти. Этот газ в прошлые времена не использовался, а просто сжигался. В настоящее время его улавливают и используют как топливо и ценное химическое сырьё.
Применение природного и попутного газа
Где находит применение природный газ? Природный газ является ценнейшим видом топлива. При сгорании газа выделяется много теплоты, поэтому он служит энергетически эффективным и дешёвым топливом в котельных установках, доменных, мартеновских и стекловаренных печах. А также он является источником сырья для химической промышленности: получение ацетилена, этилена, водорода, сажи, различных пластмасс, уксусной кислоты, красителей, медикаментов и других продуктов.
Долгое время попутный нефтяной газ не находил применения и его сжигали на месте. В настоящее время его улавливают и используют в качестве топлива или как химическое сырье. Для более рационального использования попутный нефтяной газ разделяют на фракции:
1. газовый бензин (C5H12, C6H14) — используется в качестве добавок к бензину;
2. пропан-бутановая смесь (C3H8, C4H10) — в качестве топлива и как бытовой газ;
3. «сухой газ» (СН4, С2Н6 )— как топливо. В то же время он является важным источником сырья для химической промышленности и применяется для получения пластмасс, растворителей, удобрений, красок, водорода и многого другого.
Уголь
Мировые запасы угля
Мировые запасы угля среди природных источников энергии составляют 80 % ( а нефть и газ только 8 5 %), Прогнозные запасы угля приближаются к 15 трлн. т, из которых 4 трлн, т можно извлечь современной техникой. Если к 2000 году его будут добывать ежегодно по 10 млрд. т, то упомянутых выше 4 трлн. т прогнозных запасов хватило бы на 400 лет. Большая часть залежей угля образовалась в каменноугольный период (286-360 млн. лет назад) в результате разложения древовидных папоротников и других растений первобытных тропических лесов, которые, вероятно, росли в болотистой местности. В процессе гниения вещества растительного происхождения превращались в торф (в отдельных районах это происходит и сегодня), затем постепенно затвердевали, образуя лигнит, бурый уголь, и, наконец, превращались в каменный уголь.
Казахстан занимает 8-е место в мире по запасам угля, на его территории сконцентрировано 3,3% мировых запасов угля.
Месторождения угля в Казахстане
На территории Казахстана (в урочище Караганды) уголь был открыт ещё в 1833 году. Именно поэтому наш город называют «шахтёрской столицей», что напрямую связано с добычей каменного угля.
Запасы каменного угля в Казахстане велики, разведано свыше 400 месторождений. Большая их часть расположена в Центральном Казахстане. Наиболее крупным является Карагандинский угольный бассейн — здесь уголь высоко качества (3 угольная база). Экибастузский угольный бассейн — угли здесь отличаются большой зольностью. Они доступны разработке открытым способом и поэтому дешевы. Наиболее крупным бассейном месторождения бурого угля является Тургайский на севере Казахстана.
Уголь — ценное химическое сырьё
Уголь — «чёрное золото» — ценнейшее химическое сырьё. Запасы каменного угля в природе значительно превышают запасы нефти. Поэтому каменный уголь — важнейший вид сырья для химической отрасли промышленности.
По химическому составу каменный уголь представляет собой смесь высокомолекулярных ароматических соединений с высокой массовой долей углерода, а также воды и летучих веществ с небольшими количествами минеральных
примесей. Основными продуктами переработки угля являются:
— кокс (используется в металлургии в производстве чугуна и стали),
— коксовый газ (используется в отоплении, содержит в своём составе водород, метан и другие ценные газы ),
— каменноугольная смола (используется для получения ароматических углеводородов,
— аммиачная вода (используется в производстве удобрений).
Способность угля давать при переработке самые различные продукты, совсем непохожие на исходные материалы, является почти безграничной. Многие люди, покупая в аптеках сульфидин, аспирин, салол, новокаин, стрептоцид, вряд ли догадываются, что все эти лечебные препараты созданы из угля.
Переработка нефти
Переработка нефти осуществляется физическими и химическими способами: физический – прямая перегонка; химический – термический крекинг; каталитический крекинг; гидрокрекинг; каталитический риформинг; пиролиз.
Крекинг.В процессе крекинга крупные молекулы высококипящих фракций сырой нефти расщепляются на меньшие молекулы, из которых состоят низкокипящие фракции.
В результате крекинга получают бензины, а также алкены, необходимые как сырье для химической промышленности. Крекинг, в свою, очередь подразделяется на три важнейших типа: гидрокрекинг, каталитический крекинг и термический крекинг.
Гидрокрекинг. Эта разновидность крекинга позволяет превращать высококипящие фракции нефти (воски и тяжелые масла) в низкокипящие фракции. Процесс гидрокрекинга заключается в том, что подвергаемую крекингу фракцию нагревают под очень высоким давлением в атмосфере водорода. Это приводит к разрыву крупных молекул и присоединению водорода к их фрагментам. В результате образуются насыщенные молекулы небольших размеров. Гидрокрекинг используется для получения газойля и бензинов из более тяжелых фракций.
Каталитический крекинг. Этот метод приводит к образованию смеси насыщенных и ненасыщенных продуктов. Каталитический крекинг проводится при сравнительно невысоких температурах, а в качестве катализатора используется смесь кремнезема и глинозема. Таким путем получают высококачественный бензин и ненасыщенные углеводороды из тяжелых фракций нефти.
Термический крекинг. Крупные молекулы углеводородов, содержащихся в тяжелых фракциях нефти, могут быть расщеплены на меньшие молекулы путем нагревания этих фракций до температур, превышающих их температуру кипения. Как и при каталитическом крекинге, в этом случае получают смесь насыщенных и ненасыщенных продуктов.
Термический крекинг имеет особенно важное значение для получения ненасыщенных углеводородов, например, этилена и пропена. Для термического крекинга используются паровые крекинг-установки, в которых углеводородное сырье нагревают в печи до 800°С и разбавляют паром. Это увеличивает выход алкенов. После того, как крупные молекулы исходных углеводородов расщепятся на более мелкие молекулы, горячие газы охлаждают водой, которая превращается в сжатый пар. Затем охлажденные газы поступают в ректификационную (фракционную) колонну, где они охлаждаются до 40°С. Конденсация более крупных молекул приводит к образованию бензина и газойля. Несконденсировавшиеся газы сжимают в компрессоре, который приводится в действие сжатым паром, полученным на стадии охлаждения газов. Окончательное разделение продуктов производится в колоннах фракционной перегонки.
Риформинг. В отличие от процессов крекинга, которые заключаются в расщеплении более крупных молекул на менее крупные, процессы риформинга приводят к изменению структуры молекул или к их объединению в более крупные молекулы. Риформинг используется в переработке сырой нефти для превращения низкокачественных бензиновых фракций в высококачественные фракции. Кроме того, он используется с целью получения сырья для нефтехимической промышленности. Процессы риформинга могут быть подразделены на три типа: изомеризация, алкилирование, а также циклизация и ароматизация.
Изомеризация. В этом процессе молекулы одного изомера подвергаются перегруппировке с образованием другого изомера. Процесс изомеризации имеет очень важное значение для повышения качества бензиновой фракции, получаемой после первичной перегонки сырой нефти. Процесс нагрева данной фракции до 500-600°С под давлением 20-50 атм носит название термического риформинга.
Для изомеризации неразветвленных алканов может также применяться каталитический риформинг. Например, бутан можно изомеризовать, превращая его в 2-метилпропан, с помощью катализатора из хлорида алюминия при температуре 100°С или выше.
Алкилирование. В этом процессе алканы и алкены, которые образовались в результате крекинга, воссоединяются с образованием высокосортных бензинов. Такие алканы и алкены обычно имеют от двух до четырех атомов углерода. Процесс проводится при низкой температуре с использованием сильнокислотного катализатора, например, серной кислоты.
Циклизация и ароматизация. При пропускании бензиновой и лигроиновой фракций, полученных в результате первичной перегонки сырой нефти, над поверхностью таких катализаторов, как платина или оксид молибдена(VI), на подложке из оксида алюминия, при температуре 500°С и под давлением 10-20 атм происходит циклизация с последующей ароматизацией гексана и других алканов с более длинными неразветвленными цепями.
Отщепление водорода от гексана, а затем от циклогексана, называется дегидрированием. Риформинг этого типа в сущности представляет собой один из процессов крекинга. Его называют платформингом, каталитическим риформингом или просто риформингом. В некоторых случаях в реакционную систему вводят водород, чтобы предотвратить полное разложение алкана до углерода и поддержать активность катализатора. В этом случае процесс называется гидроформингом.
Очистка от серы. Сырая нефть содержит сероводород и другие соединения, содержащие серу. Содержание серы в нефти зависит от месторождения. При перегонке сырой нефти органические соединения, содержащие серу, расщепляются, и в результате образуется дополнительное количество сероводорода. Сероводород попадает в нефтезаводской газ или во фракцию сжиженного нефтяного газа. Поскольку сероводород обладает свойствами слабой кислоты, его можно удалить, обрабатывая нефтепродукты каким-либо слабым основанием. Из полученного, таким образом, сероводорода можно извлекать серу, сжигая сероводород в воздухе и пропуская продукты сгорания над поверхностью катализатора из оксида алюминия при температуре 400°С.
607
87 491 
