Урок 6 Нафта. Склад, властивості нафти - Хімія 11 клас - Старша школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Старша школа » Хімія 11 клас

Урок 6 Нафта. Склад, властивості нафти

Урок 6

Нафта. Склад, властивості нафти

Мета уроку: розглянути склад, походження, фізичні й хімічні властивості, застосування нафти; ознайомити учнів з основними процесами видобутку вуглеводнів із нафти.

Очікувані результати: учні мають знати про походження, склад і переробку нафти.

Обладнання: зразки нафти й продукти її переробки, модель нафтопереробної установки.

                                                                                                                                                        

Тип уроку: урок вивчення й первинного закріплення нових знань.

  • 1. Організаційний етап

1.1. Привітання.

1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,

кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.

1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.

1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.

  • 2. Етап перевірки домашнього завдання

2.1. Перевірка письмового завдання біля дошки.

2.2. Перевірка знань за усними запитаннями з підручника (фронтальне опитування).

2.3. Письмова самостійна робота.

  • 3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу

3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.

3.2. Формулювання разом з учнями в процесі бесіди мети і задач вивчення нового матеріалу.

3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.

У процесі бесіди назвати галузі, в яких використовуються продукти переробки нафти: полімери, лікарські препарати, будівельні матеріали, сировина для органічного синтезу тощо.

3.4. Мотивація навчальної діяльності.

Слово вчителя

Основи вчення про нафту були закладені російськими й продовжені надалі радянськими вченими. Так, Д. І. Менделєєв уперше звернув увагу на те, що нафта є найважливішим джерелом хімічної сировини, а не лише паливом. Він присвятив ряд робіт походженню й раціональній переробці нафти. Йому належить відомий вислів: «Нафта — не паливо, опалювати можна й асигнаціями»

— Що мав на увазі великий хімік?

(Целюлоза асигнацій — поновлюване і менш коштовне джерело сировини, ніж нафта.)

  • 4. Актуалізація опорних знань

Робота біля дошки (один учень) та в зошитах

Завдання

У складі нафти містяться різні вуглеводні, переважно алкани. Напишіть 5 різних структурних формул алканів, у складі яких міститься 12 атомів Карбону. Назвіть їх.

 

  • 5.      Етап засвоєння нових знань

1.         Походження та історичні етапи дослідження нафти

Нафта відома людству з давніх часів. Перші згадки про нафту є у давньоперських письмових джерелах («нефт» з перської перекладається як «витікати»). Адже саме на території Персії (нині Ірану) нафта просочувалась на поверхню Землі із надр.

За теорією органічного походження, нафта — це органічна речовина, що утворилася із залишків вимерлих рослин і організмів у давні геологічні ери. Упродовж тривалого часу у товщі Землі під дією високої температури й тиску утворилися значні родовища нафти.

За теорією мінерального походження, нафта утворилася з карбідів і води під впливом високих температур, випромінювання та каталізаторів. Це відбувалося на ранніх етапах формування літосфери Землі.

Головні родовища нафти розташовані в країнах Перської затоки та Росії. В Україні запаси нафти розташовані у Полтавській, Сумській, Львівській та Чернігівській областях.

Пріоритет у вивченні нафти належить російським ученим.

Велике значення у вивченні складу нафти мали роботи В. В. Марковнікова (80-ті рр. XIX ст.). Він відкрив у нафті новий клас вуглеводнів, названий нафтенами, і вивчив будову багатьох вуглеводнів. Л. Г. Гурвич на підставі своїх досліджень розробив фізико-хімічну основу очищення нафти й нафтопродуктів і значно вдосконалив методи їх переробки. Продовжуючи роботи Марковнікова, М. Д. Зелинський розробив у 1918 році каталітичний спосіб одержання бензину з важких залишків нафти. Багато років у галузі хімії нафти працював С. С. Наметкин. Він розробив методи визначення вмісту в нафті вуглеводнів різних класів (визначення групового складу) і визначені способи підвищення виходу нафтопродуктів. В. Г. Шухов створив першу в світі промислову установку термічного крекінгу нафти (1891 р.), був автором проекту й головним інженером будівництва першого російського нафтопроводу (1878 р.), заклав основи конструювання нафтопроводів, нафтосховищ і устаткування необхідного для нафтопереробки.

 

2.         Склад нафти

Елементний склад (%): Карбон 80–88, Гідроген 11,0–14,5, Сульфур 0,01–6 (рідко до 8), Оксиген 0,005–0,7 (рідко до 1,2), Нітроген 0,001–1,8.

Основу технологічної класифікації нафти складає вміст Сульфуру: I клас — малосульфурні, що містять до 0,5 % S; II клас — сульфурні з 0,5–2 % S; III клас — високосульфурні, що містять понад 2 % S.

Усього в нафті виявлено понад 50 хімічних елементів. Так, поряд із згаданими, у нафті присутні V (10-5—10-2), Ni (10-4—10-3), Cl (від слідів до 2.10-2 %) тощо.

Нафта — це суміш, що містить близько 1000 речовин, з яких велика частина — рідкі вуглеводні (понад 500) і гетероатомні органічні сполуки, переважно сірчасті (близько 250), азотисті (понад 30) і кисневі (близько 85); інші компоненти — розчинені вуглеводневі гази, вода, мінеральні солі, механічні домішки (частинки глини, піску, вапняку).

Вуглеводневий склад

У хімічному відношенні нафта — найскладніша суміш вуглеводнів, що підрозділяється на дві групи — важку і легку нафту. Легка нафта містить приблизно на два відсотки менше Карбону, ніж важка, і відповідно, більшу кількість Гідрогену і Оксигену. Головну частину нафти складають три групи вуглеводнів — алкани, нафтени й арени.

Алкани (насичені вуглеводні, парафіни) хімічно найбільш стійкі. Якщо число атомів Карбону в молекулі не більше чотирьох, то за атмосферного тиску алкани будуть газоподібними. При 5–16 атомах Карбону — це рідини, а понад — уже тверді речовини, парафіни.

До нафтенів належать алициклічні вуглеводні. У нафті міститься переважно циклопентан C5H10, циклогексан C6H12 та їхні гомологи.

Арени (ароматичні вуглеводні) містять значно менше атомів Гідрогену, проте співвідношення Карбон/Гідроген в аренах найвище, набагато вище, ніж у нафті в цілому.

Крім карбонової частини, у нафті міститься асфальто-смолиста складова, порфірини, Сульфур і зольна частина.

Асфальто-смолиста частина — темна щільна речовина, що частково розчиняється в бензині. Частину, що розчиняється, називають асфальтеном, а ту, що не розчиняється — смолою.

Порфірини — особливі органічні сполуки, що містять у своєму складі Нітроген. Багато вчених упевнені, що колись вони утворилися з хлорофілу рослин і гемоглобіну тварин.

Сульфуру в нафті досить багато — до 5 %, і він заподіює чимало турбот нафтовикам, спричинюючи корозію металів. Зольна частина — це те, що залишається після спалювання нафти. У золі зазвичай утримуються сполуки Феруму, Ніколу, Ванадію та деяких інших речовин.

 

3.         Первинна перегонка нафти, фракції нафти, їхнє застосування

Сиру нафту зазвичай не використовують. Щоб одержати з видобутої нафти потрібні речовини, її слід піддати переробці після видалення механічних домішок.

Перегонка — це фізичний метод розподілу нафти на її складові, що заснований на різних температурах кипіння фракції.

Перегонку нафти здійснюють в установці, що складається із трубчастої печі й ректифікаційної колони. По трубопроводу подається нафта, де вона нагрівається до температури 320–350 °C і у вигляді суміші рідини й випарів надходить у колону. Усередині колона має горизонтальні перегородки з отворами (так звані тарілки). Випари нафти подаються в колону через отвори і піднімаються нагору. При цьому вони поступово охолоджуються й скраплюються. Менш леткі виходять на перших тарілках, більш леткі піднімаються вище. При цьому виділяють такі фракції (заповнити таблицю разом з учнями):

 

Фракції

Склад фракції

t кипіння, °C

Застосування

Газова

Паливо

Бензин

40–200

Пальне для автомобільних і авіаційних двигунів

Лігроїн

120–240

Пальне для дизельних двигунів, розчинник лаків та фарб

Гас

150–310

Пальне для реактивних двигунів, побутове пальне

Газойль

C18 і вище

250–275

Дизельне паливо

Мазут

Залишок після перегонки

Сировина для одержання мастил рідке котельне паливо

 

Залишок після перегонки (мазут) також піддають вакуумній перегонці (при зниженому тиску) і одержують: солярні масла (дизельне паливо), мастила (машинні, циліндрові), частина, що залишилася — гудрон.

Недолік процесу первинної перегонки нафти — малий вихід бензину (20 %).

  • 6. Узагальнення й закріплення знань

6.1. Фронтальне опитування.

1. Що таке нафта?

2. Які теорії походження нафти ви знаєте? Яку з них ви вважаєте найбільш правильною?

3. Чому нафту називають «чорним золотом»?

4. На яких властивостях нафти заснована первинна перегонка нафти?

5. Які продукти одержують при прямій перегонці нафти? Де їх використовують?

6.2. Робота з текстом.

Учні працюють із запропонованим текстом, відзначаючи, що було їм відомо, про що нове вони довідалися, що залишилося незрозумілим й вимагає додаткового пояснення.

6.2.     Робота з текстом

Теорії походження нафти

Дуже ймовірно, що нафта утворилася із залишків морських організмів і рослин, що осідали протягом мільйонів років на морське дно. Неорганічні речовини були каталізаторами гниття, що було викликано анаеробними бактеріями (бактеріями, що живуть без доступу повітря). При тектонічних порушеннях донні органічні шари опинялися в товщі Землі, де на них впливали тиск земної кори й високі температури внутрішніх шарів Землі. У такий спосіб донні шари перетворювалися на суміш вуглеводнів. Рідка нафта накопичувалася у вигляді нафтоносних шарів, які утримувалися під поверхнею Землі верхніми шарами літосфери.

Окрім цієї — органічної теорії — можна назвати неорганічну теорію походження нафти, автором якої є Д. І. Менделєєв. Відповідно до цієї теорії, нафта могла утворитися з карбідів металів, що знаходяться у надрах Землі, і прониклої туди води. Існує також космічна теорія, за якої нафта могла утворитися з Гідрогену й Карбону одночасно з формуванням нашої планети.

 

Застосування нафти

У зв’язку зі швидким розвитком хімічної й нафтохімічної промисловості, потреба в нафті збільшується не тільки з метою підвищення вироблення палива і мастил, але і як джерела коштовної сировини для виробництва синтетичних каучуків і волокон, пластмас, ПАР, мийних засобів, пластифікаторів, присадок, барвників та ін. Серед одержаних із нафти речовин найбільше застосування одержали парафінові вуглеводні (метан, етан, пропан, бутани, пентани, гексани), високомолекулярні (10–20 атомів Карбону в молекулі), нафтенові, ароматичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилол, етилбензол), олефінові й диолефінові (етен, пропен, бутадієн); етин. Нафта є унікальною речовиною завдяки найякіснішого вугілля), нафту легко транспортувати (у порівнянні з газом або вугіллям), з нафти легко одержати багато корисних речовин. Виснаження ресурсів нафти, зростання її ціни та інші чинники спричинили інтенсивний пошук замінників цього рідкого палива.

  •  

«Нафтова чума»

«Нафтова чума» з’явилася не сьогодні й не раптово. Ще в 1922 році у Великобританії була прийнята постанова, що забороняла злив нафти в її територіальні води. Надалі укладалися міжнародні угоди, проводилися міжнародні наради, створювалися ради й комітети з боротьби з нафтовим забрудненням морів. Але остаточного рішення проблеми поки ще немає.

Щорічно у Світовий океан із тих або інших причин скидається від 2 до 10 млн т нафти. Супутниками зафіксовано, що вже майже 30 % поверхні океану вкрито нафтовою плівкою. Особливо забруднені води Середземного моря, Атлантичного океану та їхні береги.

Джерел надходження нафти в моря й океани багато: це скидання очисних вод, принесення забруднюючих компонентів річками. У наш час із кожних 10 т нафти, що видобувають у морі, 7–8 тонн транспортується до місця споживання морським шляхами. Майже щороку трапляються великі катастрофи. В 1967 р. сталася аварія супертанкера «Торуй Каньйон» біля берегів Західної Європи. У море потрапило 120 тис. т нафти. Величезна нафтова пляма спотворила води й береги Франції та Англії. Загинуло 50 тис. водоплавних птахів, тобто 90 % морських птахів цих районів.

Якщо перераховувати всі аварії, що відбулися за останні роки, вийде величезний список. Лише 1 літр нафти, що потрапила у воду, позбавляє кисню 40 тис. літрів морської води.

1 т нафти забруднює 12 км2 поверхні океану. Ікринки багатьох риб розвиваються в приповерхньому шарі води. Небезпека нафти тут є особливо великою. На 1 гектарі морської поверхні може загинути більше 100 млн риб, якщо її вкриває нафтова плівка. Молюски накопичують канцерогенні речовини, що одержують з нафти. Важко перелічити всі лиха, які заподіює «нафтова чума» океану.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • 7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання

7.1. Завдання для всього класу.

Підручник _______________________________________________

Робочий зошит ___________________________________________

Збірник завдань _ _________________________________________

7.2. Індивідуальне завдання.

Підготувати невеликі повідомлення про родовища, застосування, видобуток нафти.

__________________________________________________________

__________________________________________________________

__________________________________________________________

Категорія: Хімія 11 клас | Додав: uthitel (16.10.2014)
Переглядів: 3016 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: