Учитель географии. 1. Назовите эру, в которой произошло наиболее значительное образование залежей каменного угля. (Карбон, палеозой.)
2. Каков климат этой эры? (Теплый, влажный.)
3. Назовите растения, которые послужили основой для образования угля. (Хвощи, плаунообразные.)
4. Назовите период мезозойской эры, когда происходило образование и накопление торфа, горючих сланцев, угля. (Меловой.)
Вывод. В геологической истории Земли были периоды интенсивного образования и накопления полезных ископаемых.
Нефть: происхождение, пути переработкиУчитель химии.
«Черная нефть струится, |
Нефть - это один из самых главных природных источников углеводородов. С ней человек познакомился давно. Сведения о нефти дошли до нас с Ближнего Востока. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что в долине реки Евфрат нефть добывали и перерабатывали восемь тысячелетий назад. Битумом покрывали дно бассейнов, применяли его для предохранения от гниения деревянных балок. Асфальтом бальзамировали мумии. Нефть применялась в медицине для заживления ран, язв и лечения глазных болезней. С прорывом нефтяных фонтанов связывают гибель Содома и Гоморры. Существует легенда о том, что во время установления палатки Александра Македонского на берегу Аму-Дарьи был обнаружен источник нефти. Это было великое предзнаменование, которое положило конец колебаниям полководца, и армия направилась на покорение Индии. В истории известен греческий огонь - это смесь нефти и селитры. Она использовалась для огнеметов.
В России нефть стали добывать и использовать в ХVIII в. Первый завод по ее переработке был построен в 1745 г. на реке Ухте. Главным продуктом являлся керосин.
Открытым остается вопрос о происхождении нефти. Существуют две гипотезы.
Первая гипотеза - органическая (происхождение нефти из растительных и животных остатков). Процесс их превращения в нефть протекает на глубине 2,5-6 км при температуре 160 °С без доступа воздуха под высоким давлением.
Вторая гипотеза - неорганическая. Приверженцем этой гипотезы был Д.И.Менделеев. Он считал, что в недрах земли под действием температуры из углерода и водорода образуются нефтяные углеводороды, которые накапливаются в подземных ловушках.
Нефть - это смесь различных углеводородов. Состав нефти зависит от месторождения: бакинская нефть богата циклопарафинами, ферганская - предельными углеводородами, пермская - ароматическими углеводородами. Нефть - ценное химическое сырье.
Вопросы и задания учащимся1. Какие известны пути переработки нефти?
2. На чем основана простая перегонка? Какие продукты можно получить при перегонке? Где они применяются? В чем недостаток процесса простой перегонки? Что такое крекинг?
3. Какие бывают виды крекинга? Каковы преимущества и недостатки данного способа переработки нефти?
4. Как практически отличить крекинг-бензин от бензина простой перегонки?
Задача. Определить объем бутана, образующегося в процессе каталитического крекинга октана массой 57 г, если выход бутана составляет 70% от теоретически возможного. Учитель географии. Каменные угли и нефть встречаются не повсеместно, а сосредоточены в отдельных районах земного шара, где имелись благоприятные условия для их образования. Крупнейшие каменноугольные бассейны относятся к осадочному чехлу платформ и расположены в северном полушарии, на материках Америки и Евразии. Задания учащимся
1. Назовите страны, где расположены перечисленные ниже бассейны:
Рурский - ………..........…... (Германия), Донбасс - ……......... (Украина, Россия), Саарский - …..….....…...…. (Германия), Силезский - ….......……...….. (Польша), Ленский - …..…….……...……. (Россия), Аппалачский - ….......…....…..… (США), Кузбасс - …..………......…….. (Россия), Канско-Ачинский ...…............. (Россия). |
2. Назовите и покажите на карте страны, где ведется наибольшая добыча угля. (США, Китай, Россия.)
3. Назовите и покажите на карте моря и заливы, со дна которых добывают нефть.
Обратите внимание, что четыре из восьми крупнейших угольных бассейнов расположены на территории России. Нефтяные месторождения связаны с обширными погруженными областями земной коры, предгорными краевыми прогибами. Особо выделяется район Персидского залива. По числу месторождений-гигантов (45) лидируют страны этого региона (показывает на карте): Саудовская Аравия, Ирак, Иран, Кувейт, Бахрейн, Объединенные Арабские Эмираты.
Вопросы экологииУчитель химии. Добыча каменного угля и нефти, развитие промышленности по их переработке, транспортировка - все это ведет к ухудшению экологической обстановки планеты. Вот факты:
· ежедневно в мире сливается в океан 18 тыс. т нефти;
· сжигается до 90 тыс. т нефти;
· 56 млн т углекислого газа выбрасывается в атмосферу.
Более 20 лет назад Тур Хейердал, известный ученый, писал: «Посреди океана, открытого для Европы Колумбом, теперь нельзя руку сунуть в воду, чтобы не вымазаться в грязи». Конечно, он имел в виду нефть. Если и дальше ничего не изменится к лучшему, мировой океан покроется нефтяной пленкой и все живое в нем погибнет.
«Океан седой гремит набатью, Он таит обиду в глубине, Черные раскачивая пятна На крутой разгневанной волне. Стали люди сильными, как боги, И судьба Земли у них в руках. Но темнеют страшные ожоги У земного шара на боках. Мы давно освоили планету, Широко шагает новый век. На Земле уж белых пятен нету, Черные сотрешь ли, Человек?» |
Очаги экологического нездоровья на нашей планете - места наиболее интенсивной добычи нефти. Средиземное море - это уже не большое синее море, а резервуар черной жижи. Через несколько десятков лет оно может превратиться в большой мертвый водоем.
Северное море... Принц Чарльз назвал его большой клоакой. Балтика, Ладога, реки, озера... «Мы наполнили реки дерьмом, мусором, нефтью, красками, ядами», - замечает американский эколог Джон Берд. И все-таки основные загрязнители вод - нефть и нефтепродукты. Очистить огромные водные пространства от этих веществ трудно.
Задание учащимся. Предложите способы очистки воды от нефти.
Ученики отвечают и проводят эксперимент по очистке воды с использованием пробки, пенопласта.
1. Издержки при добычи нефти на 1 т составляют:
Саудовская Аравия - 4-7 долларов, США - 60-80 долларов, район Северного моря - 75-100 долларов.
2. Доход на душу населения в Объединенных Арабских Эмиратах и Саудовской Аравии составляет 27 000 долларов.
3. Условия работы на месторождении Прадхо-Бей в США впору назвать экстремальными: температура воздуха здесь опускалась до -74 °С.
4. Залежи и добыча нефти оказывают влияние на топонимику.
Задание учащимся. Как переводится название города Майкоп?
(Тюрские слова «май» - масло и «копа» - болото.)
Расшифруйте названия городов:
Карамай (Китай) («кара» - черное, «май» - масло), Небит Даг
(Туркмения) («небит» - нефть, «даг» - гора).
5. Нефти в Кувейте и Объединенных Арабских Эмиратах хватит на 100 лет.
6. Нефтяной кризис повлиял на быт: температура в государственных учреждениях Германии не должна превышать 18 °С; на лестницах домов свет зажигается на минуты, которые необходимы человеку для того, чтобы подняться на свой этаж.
7. На острове Тринидад в Карибском море есть асфальтовое озеро глубиной 1 км. Оно содержит 15 млн т асфальта. Происхождение его неизвестно.
8. Огнетушитель придумал О.Лоран случайно, когда тушил горящую нефть пивом. Викторина
На партах учащихся имеются карточки.
1. Необходимо по характеристике страны - лидера по добыче нефти определить ее название:
а) подавляющая часть страны исповедует ислам;
б) подавляющая часть населения арабы;
в) в стране находится Мекка - родина основоположника ислама Мухаммеда (Магомета);
г) страна, где, по преданию, в г. Медине находится гробница основателя ислама.
2. По названию столицы определите государство:
Каракас - ………...……..... (Венесуэла), Джакарта - ……...……..... (Индонезия), Тегеран - ………...……...........… (Иран), Багдад - …………...……….....….. (Ирак), Эль-Кувейт - …...……….....…. (Кувейт), Эр-Рияд - …........ (Саудовская Аравия). |
3. Как переводится слово «петролеум»? (Каменное масло.)
4. Вы уже знаете о древних каменноугольных деревьях, которые произрастали в первобытном лесу. А мы с вами вырастим свое небывалое угольное дерево. Дерево это, конечно, воображаемое. Но листья на нем самые настоящие (рис.). Чтобы одеть дерево в листву, необходимо вспомнить, какие вещества можно получить из каменного угля.
Дети дают ответ. После каждого правильного ответа на дереве рисуют листочек.
Учитель химии (обобщает). Растут на угольном дереве пластмассовые игрушки. Это потому, что многие пластмассы делают из переработанного угля.
Одна из ветвей угольного дерева проросла прямо в аптеку. На ней висят всякие лекарственные вещества, добываемые из угля.
Ах какой душистый запах у этой ветки угольного дерева! Это потому, что из угля добывают ароматические вещества. А на этой ветке опасный плод - взрывчатка.
Автомобильные шины и тонкая прозрачная одежда из капрона, холодильники и рыболовные сети, краски, лаки, пластмассы - все это растет на угольном дереве.
3.1 Задачи по теме: «Природные источники углеводородов»1. При сжигании 1,6 г органического вещества было получено 1,12 л диоксида углерода (н.у.) и 1,8 г паров воды. Плотность паров исследуемого вещества по воздуху равна 1,104. Определите молекулярную формулу вещества.
2. При действии соляной кислоты на 2 г смеси магния и оксида магния выделился газ, при сгорании которого образовалось 0,9 г воды. Определите массовую долю магния в смеси.
3. Какая соль и сколько ее по массе получится при пропускании газа - продукта сжигания 16 г серы - через 500 мл 1М раствора гидроксида натрия?
4. Какой объем 0,25М раствора гидроксида натрия потребуется для превращения оксида углерода(IV), выделившегося при полном сжигании 6,4 г 2,2,3-триметилгексана, в кислую соль?
5. Сколько граммов нитробензола образуется из 39 г бензола и 39 г азотной кислоты?
6. При хлорировании 78 г бензола действием 1 моль хлора получено 0,5 моль хлорбензола. Каков выход в процентах от теоретически возможного?
7. Для реакции сульфирования смешали 150 мл 96%-й серной кислоты ( = 1,84 г/мл) и 150 мл бензола ( = 0,8 г/мл). При нагревании смеси получили продукт (назовите его) с выходом 80% от теоретически возможного. Определите массу продукта реакции.
8. Сколько известняка необходимо обжечь, чтобы карбидным способом получить ацетилен, которого хватило бы для получения 500 г 25%-го раствора ацетальдегида?
9. К 500 г 12%-го раствора сахара добавили еще 50 г сахара. Какова массовая доля сахара (в %) в полученном растворе?
10. При дегидрировании этана объемом 89,6 л (н.у.) с выходом 80% получили этилен. Какой объем растворителя 1,2 дихлорэтана можно получить из этого этилена? (Плотность 1,2-дихлорэтана -
1,24 г/мл.)
11. Сколько миллилитров 20%-го раствора азотной кислоты ( = 1,12 г/мл) требуется для приготовления 200 мл ее 0,1М раствора?
12. Для реакции с 8 г смеси меди и оксида меди(II) потребовалось 200 мл 0,5М раствора соляной кислоты. Вычислите массовую долю меди в смеси (в %).
13. Какой объем аммиака (н.у.) необходим для приготовления 3 л раствора с массовой долей аммиака 10%, если плотность - 0,95 г/мл?
14. Через 500 мл 1М раствора едкого натра пропущено 11,2 л диоксида серы (н.у.). Какая получилась соль и сколько ее по массе образовалось?
15. Газ, полученный при растворении 9,6 г меди в концентрированной серной кислоте, пропустили через 200 мл 2,8%-го раствора гидроксида калия ( = 1 г/мл). Какая соль образовалась в растворе? Какова ее масса?
16. При пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра образовалось взрывчатое вещество, не содержащее водорода. Какова структурная формула соединения? Сколько литров ацетилена потребуется для получения 24 г продукта реакции, если выход составляет 89% от теоретического?
17. Из ацетилена объемом 3,36 л (н.у.) получили бензол объемом 2,5 мл. Определите выход продукта, если плотность бензола равна 0,88 г/мл?
18. При действии соляной кислоты на 6,5 г смеси цинка с оксидом цинка выделился газ, при сгорании которого образовалось 0,9 г воды. Найдите массовые доли (в %) металла и его оксида в исходной смеси.
19. Диоксид углерода, полученный при прокаливании 200 г известняка, содержащего 8% примесей, пропустили через раствор гидроксида бария. Сколько граммов осадка образовалось?
20. Рассчитайте, сколько миллилитров 19%-го раствора гидроксида натрия ( = 1,1 г/мл) потребуется для нейтрализации газа, выделившегося при получении бромбензола из 31,2 г бензола.
21. Остаток, полученный после термического разложения хлората калия КClО3 в присутствии МnО2, растворили в воде. К этому раствору добавили избыток раствора нитрата серебра и получили 57,4 г осадка. Какой объем кислорода выделился при разложении бертолетовой соли?
22. Газ, выделившийся при действии 16,6 мл раствора хлороводорода ( = 1,1 г/мл) с массовой долей кислоты 20% на 10 г сульфида железа(II), пропустили через 0,5 л раствора гидроксида натрия с массовой долей (NaOH) = 0,4% ( = 1 г/мл). Какая соль и в каком количестве образовалась?
23. При нагревании предельного одноатомного спирта массой 12 г с концентрированной серной кислотой образовался алкен массой 6,3 г. Выход продукта оставил 75%. Определите формулу спирта.
24. При обработке 75 г смеси стружек меди и алюминия концентрированной азотной кислотой выделился газ, при взаимодействии которого с водой было поглощено 4,48 л кислорода (н.у.). Определите массовые доли (в %) металлов в исходной смеси.
25. Предельный одноатомный спирт массой 30 г взаимодействует с избытком металлического натрия, образуя водород, объем которого при н. у. составляет 5,6 л. Определите формулу спирта.
26. Сожгли 2,24 л метана. Образовавшийся диоксид углерода пропустили через 19,1 мл 32%-го раствора гидроксида натрия (= 1,35 г/мл). Какая соль образовалась и какова ее массовая доля в полученном растворе?
27. При действии избытка щелочи на 3 г сплава алюминия с магнием выделилось 3,36 л водорода (н.у.). Найдите массовую долю магния в сплаве.
28. 12,2 г железа сплавили с 64,4 г серы. К полученному продукту реакции добавили избыток соляной кислоты. Выделившийся газ пропустили через 299 г 15%-го раствора хлорида меди(II). Определите массу образовавшегося осадка.
29. Сожгли 5,6 л этана. Весь полученный газ был поглощен 315 мл 6%-го раствора едкого натра ( = 1,06 г/мл). Какая соль и сколько ее образовалось?
30. Алкен нормального строения содержит двойную связь при первом атоме углерода, а 0,7 г этого алкена присоединяют 1,6 г брома. Определите формулу алкена, напишите формулы его возможных изомеров и назовите их.
3.2 Практическая работа. Ознакомление с образцамипродуктов нефтепереработки и коксования каменного угля
Оборудование. Коллекции «Продукты нефтепереработки», «Продукты коксохимической переработки каменного угля»; учебные схемы «Перегонка нефти. Трубчатая печь и ректификационная колонна», «Фрагмент установки каталитического крекинга нефтепродуктов», «Коксохимическое производство», «Основные научные принципы современного химического производства», «Выход продукта и отходы производства. Экологические проблемы».
Нефть - природная смесь углеводородов, обычно содержащая три вида углеводородов (в зависимости от месторождения) - парафины, цикланы и арены (ароматические).
Крекинг - процесс расщепления углеводородов нефти с образованием более легких углеводородов (т. е. с меньшей температурой кипения).
Схема трубчатой печи (1) и ректификационной колонны (2)
Схема получения в лабораторных условиях жидких и газообразных продуктов перегонки нефти (установка И.Т.Сыроежкина)
Термический крекинг протекает при 470-550 °С. Процесс медленный. Образуются углеводороды с неразветвленной цепью, в том числе непредельные углеводороды, легко окисляющиеся и полимеризующиеся. Продукт неустойчив при хранении.
Каталитический крекинг протекает при 450-500 °С в присутствии катализаторов. Скорость процесса больше, чем при термическом крекинге. Происходит изомеризация (разветвление). Продукт обладает большей детонационной стойкостью. Непредельных углеводородов в смеси меньше, следовательно, образующийся бензин более устойчив при хранении.
Пиролиз - это высокотемпературный (700 °С и больше) крекинг без доступа воздуха (продукты - этен, этин, бензол, толуол и др.).
При радикальном разрыве -связей (связи С-С примерно в середине углеродной цепи и связи С-Н в 2-положении от места разрыва связи С-С) из одной молекулы алкана образуется две сравнительно короткие молекулы новых алкана и алкена. Например, из н-октана получается н-бутан и бутен-1:
Дальнейший пиролиз можно описать такими реакциями:
Схема использования продуктов нефтепереработкиКаменный уголь - твердое горючее ископаемое растительного происхождения. Составные части каменного угля: горючая или органическая часть (основная), влага и минеральные включения, образующие при сжигании золу. Горючая масса содержит элементы С, Н, N, O и S.
В настоящее время ученые разрабатывают экономически выгодные методы получения синтетического жидкого топлива гидрированием угля (с использованием эффективных катализаторов). Другим перспективным способом получения жидкого топлива является его синтез из оксида углерода(II) и водорода.
Продукты пиролиза каменного угляСхема прокаливания каменного угля без доступа воздуха ЛИТЕРАТУРА1. Бердоносов С.С., Менделеева Е.А. Химия. Учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2003, 224 с.;
2. Бердоносов С.С., Менделеева Е.А., Коробкова М.Н. Химия. Методические рекомендации: 8-9 классы. Пособие для учителей. М.: Просвещение, 2004, 191 с.;
3. Химическая энциклопедия. М.: Большая Советская энциклопедия, 1988-1990; Энциклопедия для детей. Т. 17. Химия. М.: Аванта+, 2000, 640 с.;
4. Цыркин Е.Б., Олегов С.Н. О нефти и газе без формул.
Л.: Химия, 1989, 160 с.; Хаин В.Е. Нефть: условия залегания в природе и происхождение. Соросовский образовательный журнал, 2001, т. 7, № 7;
5. Куров Б. В XXI век на экологически чистом автомобиле. Наука и жизнь, 1999, № 8;
6. Бусаров В. Успех поиска путей (концепция перехода к УР в области энергетической политики). Зеленый мир, 1999, № 16-17;
7. Медоуз Д.Ч., Медоуз Д.Л. За пределами роста. М.: Прогресс, 1994, 304 с.
