Тема: Нафта. Склад, властивості нафти. Основні процеси переробки: перегонка, крекінг. Застосування нафтопродуктів.
Мета: з’ясувати склад і властивості природного джерела вуглеводнів — нафти; ознайомити учнів з головними процесами переробки нафти, одержання вуглеводнів, необхідних у народному господарстві; розглянути головні наукові принципи технологічних процесів переробки нафти; показати широкі можливості використання нафтопродуктів, донести до учнів необхідність збереження продуктів переробки нафти.
Хід уроку:
І. Оргмомент.
ІІ. Перевірка знань учнів:
Хімічний лабіринт:
Гомологічний ряд насичених вуглеводнів
метан – СН4 гексан – С6Н14
етан – С2Н6 гептан – С7Н16
пропан - С3Н8 октан - С8Н18
бутан – С4Н10 нонан – С9Н20
пентан – С5Н12
Звертаємо увагу учнів на вуглеводні «пропан», «бутан», «октан», «гептан» та пропонує пригадати, з якими речовинами пов'язані ці назви.
Учні повинні відповісти, що з речовиною «октан» пов'язано словосполучення «октанове число», а речовини «пропан» і «бутан» є складовими частинами зрідженого газу, який застосовують як газове паливо.
Октанове число означає марку бензину, який є одним з основних видів паливних матеріалів для автомобілів на сучасний момент.
Октанове число характеризує детонаційну стійкість бензину.
Детонація - це дуже швидке (вибухове) згоряння робочої суміші в двигуні.
Для визначення октанового числа бензину його порівнюють із сумішшю двох паливних матеріалів: ізооктану та гептану. Ізооктан слабко детонує, й для нього октанове число умовно береться за 100. Гептан сильно детонує, й для нього октанове число береться за 0. Таким чином бензин - це суміш ізооктану й гептану.
Якщо ця суміш складається з 76% ізооктану та 24% гептану, то октанове число такого бензину А-76.
Чим вище октанове число бензину, тим кращі властивості має бензин та менша детонація.
ІІІ. Мотивація
З чого добувають бензин? (з нафти)
Можна сказати, що ми залежимо від нафти, оскільки поки що вона незамінна як сировина для органічного синтезу і виробництва пального. На жаль, ще й нині більшу частину нафтопродуктів спалюють ( до 87 % видобутку ) і лише решту піддають хімічній переробці.
Для задоволення потреб України в паливно-мастильних матеріалах
( ПММ ) потрібно 50…60 млн т нафти й газу, а щороку видобувається приблизно 4 млн т нафти та газу.
Людство давно усвідомило, що нафта - надто цінна хімічна сировина, щоб спалювати її у вигляді пального. До того ж ресурси цієї копалини на планеті швидко скорочуються.
ІV. Повідомлення теми та мети уроку
сьогодні на уроці ми розглянемо такі питання:
- склад, властивості нафти;
- продукти перегонки нафти, їх застосування.
V. Вивчення нового матеріалу
( Прийом « Піраміда знань »)
Протягом вивчення нового матеріалу ми будемо фіксувати питання до кожного вивченого розділу на цеглинках та «будувати» нашу піраміду знань. В кінці уроку ми будемо по черзі відповідати на запитання, що написані на цеглинках. Якщо відповідь буде вірною, цеглинка залишається в піраміді, в протилежному випадку – кріпимо її поряд. Таким чином ми дізнаємося, чи засвоївся матеріал уроку і « залишився з вами », чи «пройшов повз і послабив вашу піраміду знань».
1) Фізичні властивості нафти:
- Що таке нафта?
Учні розглядають зразок нафти, називають зовнішні ознаки речовини, спостерігають за здатністю нафти розчинятися у воді; після чого формулюють та записують визначення.
Нафта - це густа, оліїста речовина темно-бурого кольору зі специфічним запахом, легша за воду і не розчиняється в ній.
2) Природні родовища нафти
- Чи є в Україні поклади нафти? (карта)
Нафтодобувна промисловість України налічує більш як 130-річну історію і є однією з найстаріших не тільки в Європі, а й в усьому світі. Добування нафти в Україні почалося в 1771 р. на Коломиївщині.
Буріння перших свердловин ударним способом у м. Бориславі в 1886 р. дало початок бурхливому зростанню видобутку нафти, який уже того самого року становив 37,7 тис. т.
Після Великої Вітчизняної війни відкриття Дніпровсько-Донецької западини стимулювало бурхливе освоєння нафтогазових родовищ. Вже в 1972 р. в Україні було видобуто 14,4 млн т нафти.
Сьогодні в Україні існує три нафтогазоносні регіони: Східний (Дніпровсько-Донецький), Західний (Карпатський) і Південний (При-чорноморсько-Кримський), в яких відкрито 302 родовища нафти й газу, з них 26 великих і 30 середніх.
3) Склад нафти (схема)
- Нафта – це чиста речовина чи суміш?
Нафта – це суміш близько 1000 різних сполук, серед яких переважають рідкі насичені вуглеводні. У ній також містяться домішки сульфуро-, нітрогено-, оксигеновмісних сполук, водний розчин неорганічних солей.
4) Перегонка нафти
Сиру нафту звичайно не використовують, а піддають переробці.
Як суміш речовин нафта не має певної температури кипіння, а переходить у газуватий стан у широкому інтервалі температур, тому нафту можна розділити на складові частини (фракції) й первинна переробка нафти полягає в її перегонці.
- Які фізичні властивості лежать в основі поділу нафти на фракції?
На виробництві перегонка здійснюється у ректифікаційній колоні.
Учні розглядають схему ректифікаційної установки перегонки нафти.
Під час перегонки нафти ніяких хімічних змін із продуктами не відбувається, спосіб базується на різних фізичних властивостях, а саме: різних температурах кипіння речовин що входять до складу нафти.
Перегонку нафти здійснюють у ректифікаційній установці, яка складається з трьох основних апаратів - трубчастої печі для нагрівання нафти до температури 320-350◦С, ректифікаційної колони зі спеціальними тарілками, де нафта поділяється на фракції відповідно до їх температур кипіння, холодильника.
Пара нафти з трубчастої печі надходить в колону. Проходячи крізь отвори в тарілках, пара поступово конденсується. Перш за все конденсуються менш леткі вуглеводні (газойлева фракція), найбільш леткі вуглеводні збираються вище і утворюють гасову та бензинову фракції.
Конденсати фракцій що утворюються, на певних рівнях виводять з колони, а рідка частина нафти стікає по тарілках униз, утворюючи мазут.
- Які основні нафтопродукти вам відомі?
Таблиця: Продукти перегонки нафти.
Фракція
|
Кількість атомів Карбону в молекулі
|
Інтервал температур кипіння, °С
|
Галузі застосування
|
Газова
|
C1 — C4
|
40
|
Паливо(опалення,газові плити)
|
Бензин
|
C5 — C10
|
40-180
|
Паливо (літаки, автомобілі та ін.). Розчинники. Сировина для одержання штучних вуглеводнів
|
Лігроїн
|
C8 — C14
|
150-250
|
Дизельне паливо. Розчинники. Сировина для одержання бензину
|
Гас
|
C11 — C12
|
180-230
|
Паливо для реактивних і тракторних двигунів. Розчинники
|
Легкий газойль
|
C13 — C17
|
230-305
|
Паливо для дизельних двигунів, масла
|
Важкий газойль
|
C18 — C25
|
305-400
|
Мазут (залишок перегонки)
|
Суміш вищих вуглеводнів
|
Понад 350
|
Паливо для парових казанів, сировина для виробництва мастильних матеріалів. Парафін. Вазелін. Гудрон
|
5) Крекінг, риформінг
- Чим відрізняється крекінг-процес від фракційної перегонки нафти?
Для підвищення виходу бензинових фракцій і поліпшення їх якості, застосовують додатковий спосіб переробки нафтопродуктів - крекінг.
Крекінг - це перероблення нафти та її фракцій з розпадом важких молекул для добування моторних палив. Під час крекінгу відбуваються хімічні реакції, коли речовини зазнають змін складу і будови.
Крекінг буває термічний і каталітичний.
У разі термічного крекінгу нафтову сировину нагрівають до 500-600◦С в умовах високого тиску (4-5 МПа).
Каталітичний крекінг відбувається за одночасної дії високої температури, каталізатора та невисокого тиску (0,1 МПа).
Під час крекінгу вуглеводні не тільки розщеплюються, а й піддаються ізомеризації: утворюються вуглеводні з розгалуженими вуглецевими ланцюгами.
За допомогою риформінгу ( ароматизації ) відбувається перетворення циклічних вуглеводнів на ароматичні.
6) Застосування нафтопродуктів
Учні об’єднуються у 3 групи.
Розглянути мал..56 на ст..78, знайти якнайбільше відмінностей між малюнками а і б, виписати їх на аркуші паперу
Складаємо схему застосування нафтопродуктів.
VІ. Узагальнення та систематизація знань
Вчитель пропонує учням для закріплення матеріалу відповісти на питання, що були прикріплені до піраміди знань:
Приклади питань:
1.Що таке нафта?
- Нафта - це густа, оліїста речовина темно-бурого кольору зі специфічним запахом, легша за воду і не розчиняється в ній.)
- Чи є в Україні поклади нафти?
(В Україні існує три нафтогазоносні регіони: Східний (Дніпровсько-Донецький), Західний (Карпатський) і Південний (При-чорноморсько-Кримський).
3. Нафта – це чиста речовина чи суміш?
(Нафта – це суміш близько 1000 різних сполук, серед яких переважають рідкі насичені вуглеводні.)
4. Які фізичні властивості лежать в основі поділу нафти на фракції?
(Різні температури кипіння речовин що входять до складу нафти)
5. Які основні нафтопродукти вам відомі?
(Гази, бензин, гас, лігроїн, газойль, мазут)
6. Чим відрізняється крекінг-процес від фракційної перегонки нафти?
(Під час крекінгу відбуваються хімічні реакції, коли речовини зазнають змін складу і будови, перегонка нафти – це фізичний процес)
( Подивіться на кількість цеглинок, які залишилися в піраміді знань та зробіть висновок про засвоєний матеріал на уроці.)
VІІ. Підбиття підсумків уроку. Домашнє завдання:
1. Вивчити § 14.
2. Підготувати повідомлення про альтернативні види палива.
|