Розробка відкритого бінарного уроку

на тему:

" Природні джерела вуглеводнів. Нафта. Нафтопродукти та їх застосування"

(бінарний урок хімія + біологія)

Розробила:

Ковалик Ольга Миколаївна

      викладач хімії ВПУ №24

      викладач вищої категорії

      викладач-методист

м. Заставна
Тема: Природні джерела вуглеводнів. Нафта. Нафтопродукти та їх застосування.

Мета уроку: навчальна: продовжити формування в учнів поняття про природні джерела вуглеводнів на прикладі нафти; розглянути властивості нафти, способи її переробки, галузі застосування, вияснити можливості отримання синтетичної нафти, розглянути причини забруднення навколишнього середовища при добуванні нафти та її переробці, встановити наслідки забруднення моря нафтою та нафтопродуктами;

розвивальна: формувати вміння встановлювати причинно-наслідкові зв”язки між властивостями та застосуванням речовини, застосовувати знання в нестандартних ситуаціях, прогнозувати перебіг хімічних реакцій, розвивати асоціативне, образне мислення, просторові уявлення, пізнавальну активність, творчі здібності учнів;

виховна: формувати вміння висловлювати свої думки, виховувати культуру спілкування, прищеплювати любов до природи, формувати переконання в необхідності компетентного екологічного захисту довкілля.

Тип уроку: урок фронтального опрацювання навчального матеріалу.

Метод: проблемно-пошуковий.

Форма уроку: лекція з елементами бесіди.

Форми роботи: тестування, фронтальне опитування, виконання творчих завдань, розв”язування задач і виконання вправ, робота з словником нових термінів, використання інтерактивних вправ “Коло ідей”, “Мікрофон”, елементів проблемного, випереджального навчання.

Обладнання та реактиви: нафта, вода, набір пробірок; термінологічні словники, кольорові сигнальні картки, колекція “Нафтопродукти та їх застосування“, опорні схеми

Девіз уроку: “Просто знати ще не все, знання потрібно використовувати” (Гете).

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів.

1)    Робота біля дошки (два учні виконують завдання на картках):

1.     Скласти рівняння реакцій хімічних синтезів, виходячи з наведеної схеми:

                               │ → сажа, водень

Природний газ →│→ ацетилен → полівінілхлорид

                               │→ синтез-газ → метанол

2.     Наведіть приклади речовин, які задовольняють такій схемі перетворень:

С_nН_2n+2 → С_nН_2n-2 → С_nН_2n-1Cl → полімер

2)    Виконання тестового завдання.

1.     У природі вуглеводні зустрічаються у вигляді:

а) природного газу, води, нафти;

б) природного газу, нафти, кам”яного вугілля;

в) нафти, кам”яного вугілля, руди.

2. Основна складова частина природного газу:

а) етан;    б) метан;   в) пропан;  г) етилен.

3. Найраціональніший спосіб використання попутного нафтового газу:

а) спалювання в місцях добування; б) використання як цінної хімічної сировини; в) паливо в побуті.

4. Вибухонебезпечною є суміш метану з повітрям у співвідношенні:

а) 1 : 2;    б) 1 : 5;    в) 1 : 10;    г) 1 : 3.

3) Фронтальне опитування.

1. Які головні природні джерела вуглеводнів вам відомі?

2. Який склад природного газу?

3. Назвати найважливіші родовища природного газу.

4. Які переваги порівняно з іншими видами палива має природний газ?

5. Для чого використовують природний газ у хімічній промисловості?

6. Чим відрізняються попутні нафтові гази від природного газу?

7. Охарактеризувати основні продукти, які добувають з попутних нафтових газів. Де вони використовуються?

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Учитель хімії. (Повідомлення теми, мети, завдань уроку).

Сьогодні ми вивчимо властивості ще одного джерела вуглеводнів – нафти. На уроці в нас працюють групи хіміків-теоретиків, хіміків-експериментаторів, екологів, інформаційне бюро, знавців історії розвитку хімії та синтезу хімічних речовин..

Завдання групі хіміків-експериментаторів. Дослідити розчинність нафти у воді. Дати характеристику її фізичних властивостей.

Учитель хімії. Нафта – рідка горюча корисна копалина. Поклади нафти знаходяться в надрах Землі на різній глибині, де нафта заповнює вільні проміжки між деякими породами. Якщо вона перебуває під тиском газів, то підіймається по свердловині на поверхню Землі. Запаси нафти в Україні є у Львівській, Сумській, Чернігівській, Полтавській, Івано-Франківській областях. Недалеко від нас знаходиться Лопушнянське нафтове родовище.

Повідомлення групи знавців історії розвитку хімії (”Використання нафти в стародавні часи”).

Фізичні властивості нафти (повідомлення експериментаторів). Нафта – масляниста рідина темно-бурого або майже чорного кольору з характерним запахом. Вона трохи легша за воду і практично в ній не розчиняється. На поверхні води утворюється нафтова плівка.

Учитель хімії. За хімічним складом нафта – складна суміш вуглеводнів з різною молекулярною масою, головним чином рідких, з домішками інших органічних речовин, що містять Нітроген, Оксисен і Сульфур. Звичайно, це парафінові вуглеводні, циклоалкани, ароматичні сполуки, співвідношення яких у нафті різних родовищ коливається в широких межах. Наприклад, бакинська нафта містить більше циклопарафінів, українська і грозненська – парафінових, уральська – ароматичних вуглеводнів. Вивченням вуглеводневого складу нафти, термічної та каталітичної переробки її фракцій займався український вчений академік В.Гутиря.

Запитання. Чи можна виразити склад нафти однією формулою? (Ні. Тому що це суміш різних вуглеводнів.)

Учитель хімії. Сиру нафту звичайно не використовують. Щоб добути з нафти технічно цінні продукти, її піддають переробці: вилучають розчинні мінеральні солі та інші домішки, зневоднюють, відокремлюють супутні гази.

Первинна перегонка нафти – полягає в розділенні її на різні продукти (фракції).

Запитання. Як ви вважаєте, на основі якої властивості речовин, що входять до складу нафти можливе це розділення? (Оскільки до складу нафти входять різні вуглеводні, що киплять при різних температурах, то їх можна розділити використавши цю властивість. Кожна окрема фракція, яку добувають при перегонці нафти, є сумішшю відповідних вуглеводнів. Зрозуміло, що фракції, які киплять при високих температурах, складаються з молекул вуглеводнів з більшою кількістю атомів Карбону).

Завдання. Користуючись опорним конспектом назвати основні вуглеводневі фракції, які добувають при перегонці нафти. Вказати галузі їх застосування.

Учитель хімії. Перегонку нафти здійснюють на нафтопереробних заводах в спеціальних установках, що складається з трубчастої печі, ректифікаційної колони і холодильника. (Пояснення принципу дії з використання схеми будови та моделі ректифікаційної колони). Головний недолік прямої перегонки нафти – малий вихід бензину (не більше 20 %).

Історична довідка (повідомлення інформаційного бюро).

1. Перший завод для очищення нафти було збудовано в Росії на Ухтинському нафтовому промислі в 1745 р. У Петербурзі і в Москві для освітлення тоді все ще користувалися свічками, а в багатьох церквах уже горіли ”негасимі” лампади, в яких використовувалася очищена нафта з олією.

         2. Брати Дубиніни в 1823 р. вперше створили пристрій для перегонки нафти. З 1823 р. Дубиніни почали вивозити багато тисяч пудів ”фотогену” (гасу) з Моздоку всередину Росії. В Америці перші досліди перегонки нафти здійснив у 1833 р. Силліман.

         Учитель хімії. Вам добре відомо, що існують різні марки бензинів – 76, 92, 93, 95. Чим вони відрізняються між собою? Що означають ці числа? Розповідають, що якось у США було організовано конкурс на найкоротше повідомлення. Першу премію журі одностайно присудило автору такого ”твору”: ”Джек хотів подивитися, скільки бензину у баці, і запалив сірника…Небіжчику було 22 роки…” Сюжет цього лаконічного оповідання правдивий. Адже відомо, що суміш парів бензину з повітрям особливо небезпечна. Від вогню, а то й найменшої іскри, такі суміші зі свистом вибухають. Подібні вибухи виконують корисну дію у двигунах внутрішнього згоряння. Проте, якщо швидкість вибуху надзвичайно велика, мотори псуються. При згорянні бензину відбувається сильне і плавне розширення газу в циліндрі, яке примушує рухатись поршень і приводить в рух колінчастий вал двигуна. Якщо горіння газу відбувається швидко, поршень одержує різкий поштовх замість потужного нарощування зусиль. Це вибухове згоряння бензину називають детонацією.

         Виявляється, що швидкість згоряння пального залежить від того, які вуглеводні входять до його складу.

         Малостійкі проти детонації парафіни нормальної будови. Розгалужені, ненасичені і ароматичні вуглеводні стійкіші, вони витримують сильніше стискання пальної суміші і це дає можливість конструювати потужніші двигуни.

Для кількісної характеристики детонаційної стійкості бензинів вироблено октанову шкалу. Чим легше детонує паливо, тим менше октанове число. Чим вище октанове число бензину, тим він кращий, а отже, і дорожчий. На октановій шкалі число 0 надають нормальному гептану, а число 100 - ізооктану. Змішуючи ізооктан з гептаном, добувають рідини з певним октановим числом (відсотком ізооктану в суміші). Вони і є еталоном, із яким порівнюють паливо, визначаючи його октанове число.

         Повідомлення учня (група знавців історії хімії) ”Роль високооктанового бензину в роки Другої світової війни”.  

         Учитель хімії. Бензин прямої перегонки нафти містить нерозгалужені вуглеводні, він має низьке октанове число. До того ж найцінніша бензинова фракція при перегонці нафти становить лише від 5 до 20 %.

         Для підвищення виходу бензину і поліпшення його якості застосовують процес, який називається крекінгом. В результаті крекінгу нерозгалужені сполуки перетворюються в більш розгалужені молекули. Відбувається також розщеплення важко киплячих фракцій в сполуки з меншою молекулярною масою, які придатні як автомобільне пальне. Наприклад:

         С₁₆Н₃₄ → С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆

         С₈Н₁₈ → С₄Н₁₀ + С₄Н₈

                С₄Н₁₀ → С₂Н₆ + С₂Н₄

     С₄Н₁₀ → С₃Н₆ + СН₄   

Запитання. Отже, що таке крекінг? (Крекінг – це процес розкладу вуглеводнів нафти на більш леткі речовини).

         Учитель хімії. Промисловий метод крекінгу розробив російський інженер В. Г. Шухов у 1891 р., але в Росії практично він був здійснений значно пізніше. Крекінг дає можливість значно підвищити вихід бензину. Вміст у бензині ненасичених вуглеводнів (до 25 %) поліпшує його якість. У той же час такий склад бензину ускладнює його зберігання: він окислюється, полімеризується. Тому в бензин додають антиоксиданти. Розрізняють два основних види крекінгу – термічний і каталітичний.

Завдання. Користуючись таблицею (додаток )дати відповіді на запитання:

1. При яких умовах відбувається термічний крекінг?

2. При яких умовах відбувається каталітичний крекінг?

3. Чим істотно відрізняється склад газів термічного і каталітичного крекінгу?

4. Порівняйте за складом і детонаційною стійкістю бензин прямої перегонки і крекінг-бензин.

5. Для чого до бензину, одержаного при термічному крекінгу додають антиокисники?

Учитель хімії. Нині широко проводять високотемпературний крекінг нафтопродуктів (650-750⁰С). Такий процес називається піролізом. Піроліз – це розкладання органічних речовин без доступу повітря при високій температурі. В результаті піролізу нафти основними продуктами реакції є ненасичені газоподібні вуглеводні (етилен, ацетилен) та ароматичні (бензин, толуол). При вищих температурах утворюється більше газоподібних речовин, збагачених ненасиченими вуглеводнями. Піроліз дає змогу забезпечити хімічну промисловість цінною вуглеводневою сировиною.

У промисловості широко здійснюють процес каталітичного риформінгу (облагородження) бензинів. При нагріванні нафтопродуктів за наявності платинового каталізатора відбувається перетворення парафінових і циклопарафінових вуглеводнів у ароматичні, внаслідок чого октанове число бензинів значно підвищується.

Нафта відіграє надзвичайно велику роль у житті людства, у розвитку цивілізації. Насамперед це одне із найважливіших джерел енергії, що вивільняється в результаті спалювання нафтопродуктів. Крім того, хімічною переробкою з нафти добувають незліченну кількість речовин, що використовуються, без перебільшення, скрізь, куди не поглянемо.

Повідомлення учня (група знавців історії) ”Нафта – стратегічний матеріал світової політики”.

Учитель хімії. У результаті переробки чорна олійна рідина перетворюється на волокна і пластмаси, на запашні і вибухові речовини, ліки і барвники. Чим глибша переробка нафти, тим більше корисних продуктів можна добувати з неї. Можна сказати, що ми залежимо від нафти, оскільки поки що вона незамінна як сировина для органічного синтезу і для виробництва пального. На жаль, ще й сьогодні у вигляді пального більша частина нафтопродуктів спалюється (до 87 % від видобутку), а решта – 13 % - використовується для хімічної переробки.

1. Користуючись опорним конспектом дати характеристику застосування нафтопродуктів.

2. У чому полягає сенс крилатого вислову Д.І. Менделєєва щодо спалювання сирої нафти: ”Опалювати можна і асигнаціями”.

Учитель хімії. Людство давно усвідомило, що нафта – надто цінна хімічна сировина, щоб спалювати її у вигляді пального. На жаль, світові запаси нафти обмежені і у найближчі десятиліття вичерпаються. У зв”язку з цим постає питання про заміну нафти як джерела енергії і сировини. Принципово ця проблема може бути розв”язана за рахунок використання вугілля. Поклади кам”яного вугілля також не безмежні, проте його незрівнянно більше, аніж нафти, і вистачить ще на кілька століть. Отже, проблема перетворення бурого і кам”яного вугілля та горючих сланців на синтетичну нафту, а рівнобіжно пошуки і розробка альтернативних і принципово нових джерел енергії набувають величезної економічної, соціальної та політичної ваги.

Повідомлення учня(група хіміків-теоретиків). ”Нафта з кам”яного вугілля”.

Вчитель хімії. Отже, у наш час є кілька способів переробки вугілля в рідке паливо: 1) синтез, в основі якого лежить перетворення під тиском вугілля у суміш горючих газів з використанням водяної пари, повітря або кисню; 2) екстракція або термічне розчинення вугілля, при цьому використовуються розчинники, які беруть участь у процесах подальшої переробки вугілля; 3) гідрування – спосіб, який заснований на насиченні вугілля воднем, взаємодії вугілля при високій температурі і тиску з речовинами, що містять водень; 4) гідроліз – нагрівання вугілля без окисника. Ці способи поки що є дорогими і потребують подальшої розробки.

Інший шлях заміни нафтопродуктів – використання органічних відходів та біомаси, основною складовою якої є органічна сполука целюлоза.

Повідомлення учнів групи ”інформаційного центру” з рубрики ”Чи знаєте ви, що…”

1-й учень. В останні роки узбецький вчений академік Сариков провів дослідження багатьох рослин. Виявилося, що з їх біомаси можна одержати ”штучну нафту”, дизельне і моторне паливо. Найбільш придатні для цього речовини, які виробляють у клітинах і тканинах латекс – органічну речовину, що є водною емульсією вуглеводню. У ній немає ні сірки, ні інших домішок.

2-й учень. Порівняно недавно в країнах південно-східної Азії виявлена ще одна багаторічна рослина – постачальник рідкого палива. Її називають нафтовим деревом Ханга. У плодах цього дивного дерева міститься до 46 % горючої речовини, яка нагадує за складом і властивостями гас і може замінити рідке паливо.

3-й учень. Давно було відомо, що спирт може бути прекрасним пальним як у чистому вигляді, так і в суміші з бензином (така суміш називається газохолом). У деяких країнах бензин частково замінюють метиловим спиртом, продукти згоряння якого нешкідливі, створюють електромобілі з акумуляторами, а також двигунами, що працюють на метані або воді. Це сприяє меншому забрудненню атмосфери.

Учитель біології. Життя людини повсякденно пов”язане зі спалюванням горючих речовин у побуті, на транспорті, у промисловості. Крім користі застосування нафтопродуктів, вугілля і природного газу створює ряд проблем, негативних для розвитку цивілізації та загалом для виживання людства. Група учнів-екологів, яка вивчала цю проблему, ознайомить нас з результатами свого дослідження.

1-й учень. Тепловий баланс нашої планети підтримується завдяки тому, що карбон діоксид і вода, які містяться в атмосфері, поглинають енергію сонячного випромінювання (інфрачервону частину спектра), а потім перевипромінюють її. Таким чином на планеті зберігається тепло. Поглинання і випромінювання енергії діоксидом карбону та іншими речовинами спричинює парниковий ефект. Отже, можна сказати, що ми живемо в умовах парникового ефекту, і це відповідає нормальному станові атмосфери, комфортного для нас. Проте посилення цього ефекту може мати згубні наслідки, а саме – глобальне підвищення температури і у зв”язку з цим – зміну клімату. До цього може призвести підвищення концентрації вуглекислого газу за рахунок спалювання горючих речовин. Протягом останніх 100 років у результаті техногенної діяльності людини вміст вуглекислого газу в атмосфері невпинно зростає.

Учитель біології. Скажіть, яким чином підвищення температури на планеті може позначитися на природних умовах північної півкулі. Чим це загрожує людству?

2-й учень. На сьогодні виділено шість основних забруднювачів, які є критеріями для визначення якості повітря. До них належать: Сульфур (IV) оксид, тверді частинки (сажа, пил), Карбон (ІІ) оксид, окисники, що утворюються під дією сонячного світла з автомобільних вихлопних газів і компонентів, які входять до складу атмосфери, Нітроген оксиди і свинець, що міститься у вихлопних газах автомобілів. У більшості країн світу значна кількість забруднювачів утворюється внаслідок діяльності промисловості з переробки нафти і системи обігрівання нафтопродуктів. Біля 60 % від їх загальної кількості припадає на автомобільний транспорт. Велика небезпека пов”язана із забрудненням повітряного басейну шкідливими продуктами згоряння нафтопродуктів на теплових електростанціях, у промислових енергоустановках. Негативні наслідки використання нафтопродуктів і нафти відчутні не лише в повітрі. Надзвичайно небезпечне забруднення нафтою та нафтопродуктами морського середовища.

Учитель біології. Які ж причини забруднення водного середовища при використанні, транспортуванні та переробці нафти? (Виясняється в процесі бесіди. Положення записуються в зошити).

·        Витік нафти під час перевезення її морськими судами та іншими видами транспортування;

·        Надходження нафтопродуктів зі стічними водами підприємств у водойми;

·        Під час очистки танкерів, їх завантаження та розвантажування;

·        Неправильне спалювання палива.

Учитель біології. Тепер вияснимо наслідки забруднення нафтопродуктами морського середовища. (запис в зошити).

1. Отруєння  живих організмів.

2. Серйозне порушення фізіологічної активності.

3. Огортання тіла нафтопродуктами.

4. Небезпечні для організму зміни, зумовлені проникненням вуглеводнів.

5. Зміна біологічних особливостей середовища життя.

6. Небезпечні для морського середовища ароматичні вуглеводні. 10^-4 – 10^-2-відсотковий вміст їх у дорослих організмах призводить до смерті вже через кілька годин.

Повідомлення групи екологів про факти, що свідчать про екологічну катастрофу морського середовища.

1. Найбільший в історії викид нафти стався 8 липня 1979 р. на підводній свердловині поблизу півострова Юкатан (Мексика). Внаслідок аварії вийшов з-під контролю і загорівся потужний нафтовий фонтан. Протягом кількох місяців щодня згорало і виливалось у море близько 4,77 млн л цінної сировини. Значна частина поверхні Мексиканської затоки вкрилася нафтою, що завдало непоправної шкоди морській флорі та фауні. Нафтові плями простяглися на 940 км, наблизилися до узбережжя Америки і наприкінці серпня вкрили пляжі штату Техас (близько 200 км).

2. У березні 1978 р. біля острова Бретань потонув супертанкер ”Амоко Кадіс”. У результаті аварії в море витекло 220 тис. т нафти. Нафтова пляма розпливлася майже на 250 миль берегової лінії. Загинуло близько 20 тис. птахів, стільки ж риби. Знищено від 20 до 50 % мідій, що живуть у прибережних водах.

3. 24 серпня 1979 р. новий супертанкер ”Олімпік Брейверн”, вантажопідйомністю 250 тис. т, вийшов у перший рейс, сів на риф біля о. Уессан. Власники не вжили ніяких заходів, щоб зняти його з мілини, і кинуте судно розкололося надвоє. Мазут оточив береги. Загинули тисячі перелітних птахів.

4. Нафтові плями не пропускають сонячне проміння, уповільнюють обмін кисню у воді. Припиняється розмноження водоростей і планктону – основного продукту живлення мешканців моря. Нафта вбиває ікру і мальків, які на відміну від дорослих особин живуть біля самої поверхні води. Отже, нафтове забруднення завдає жорстокого удару біологічній рівновазі моря.

5. Особливо небезпечним є вкривання  організмів нафтою. Дуже вразливі до цього птахи. Коли оперення забруднене нафтою, порушуються його ізоляційні властивості. Очищуючись, птахи ковтають бруд і гинуть. В Антарктиді можна зустріти пінгвінів, укритих липким, як дьоготь, брудом. Безпомічні, зв”язані в рухах, вони покірно чекають смерті.

6. Основними забруднювачами акваторії Чорного моря є нафтопродукти. У районі Севастополю їх вміст у морській воді в 4 рази перевищує гранично допустимі концентрації. У 1989 р. вміст нафтопродуктів у воді Севастопольської бухти був удесятеро вищим за нинішній рівень.

7. Оскільки система змивної каналізації Одеси застаріла і зносилася, під час дощів пил та бруд із нафтопродуктами відпрацьованих газів автомобілів через колектори скидаються в море.

Учитель біології. Виникає питання, а як же перетворюється нафта в океанічному і морському середовищі? Розлита нафта починає переміщуватися під дією вітру, течій, припливів і відпливів. Унаслідок випаровування, розчинення, утворення емульсій, засвоєння живими організмами, випадання в осад її склад поступово змінюється. Вияснимо, які способи очищення від забруднення нафтою і нафтопродуктами.

·        На нафтопереробних заводах будуються очисні споруди, де нафтопродукти руйнуються мікроорганізмами.

·        Створення безвідходних технологічних процесів.

·        Фотоокиснення та хімічне окиснення.

Учитель біології. Є також ряд способів боротьби із забрудненням довкілля. До них належать:

·        Передбачення замкнених циклів водопостачання.

·        Заміна хімічних способів боротьби зі шкідниками та хворобами сільськогосподарських і лісових рослин біологічними.

·        Використання нових видів палива, які не забруднюють довкілля.

·        Створення лісових зон навколо великих міст.

·        Використання нових видів енергії, що поліпшують екологічні умови.

Учитель біології. Дуже небезпечним джерелом забруднення атмосфери є автомобільний транспорт, який викидає у повітря значні кількість оксидів Карбону і Нітрогену. Вихлопні гази згубно впливають на організм людини. Для очищення вихлопних газів автомобілів на вихлопну трубу одягають спеціальну насадку. Вона містить каталізатор, який ініціює процес випалювання продуктів неповного згоряння. Роблять установки, щоб повернути у цикл воду, яка використовується для миття автомобілів. Шукають альтернативні джерела заміни бензинового пального на екологічно чисте.

Для підвищення октанового числа  і зниження детонаційних властивостей до бензину добавляють антидетонуючі присадки. З цією метою використовується етилова рідина, головною складовою частиною якої є тетраетилсвинець (ТЕС), який при згорянні бензину розкладається з виділенням отруйних сполук свинцю. Світовий автомобільний парк щорічно викидає в атмосферу більше як 250 тис. т свинцю. Про велику отруйність тетраетилсвинцю свідчить хоча би такий факт. Під час минулої війни солдати одного з підрозділів вермахту знайшли металеву діжку без напису з густою оліїстою рідиною. Вони помилково прийняли її за оліфу, пофарбували нею дерев”яні стіни і стелю в казармі і того самого дня розмістилися в цьому приміщенні. До ранку 21 гітлерівець сконав у страшних муках, а решта дістала психічні розлади. ”Оліфа” виявилася тетраетилсвинцем.  

  Учень з групи ”екологів”. Щоб відрізнити етильований бензин, його фарбують у червоний колір. З таким бензином слід поводитися дуже обережно – ні в якому разі не можна засмоктувати його ротом у шланг, а також мити ним руки.

За ініціативою академіка О.Несмєянова було налагоджено випуск іншого антидетонатора, що має довгу назву – метилциклопентадієнілтрикарбоніломанган або скорочено (МЦТМ). Ефективність МЦТМ майже така сама, як і ТЕС, хоча довговічність двигуна знижується, оскільки Манган виноситься із циліндрів гірше, ніж Плюмбум. 

ІV. Закріплення та узагальнення матеріалу.

         Запитання для проведення узагальнення. (В процесі бесіди учні роблять висновки)

1. Який хімічний склад нафти?

2. Чи має нафта хімічну формулу?

4. Чому нафта не має сталої температури кипіння?

5. Які фізичні властивості лежать в основі поділу нафти на фракції?

6. Які основні нафтопродукти одержують з нафти?

7. У чому суть крекінгу?

8. За яких умов здійснюють термічний крекінг?

9. За яких умов здійснюють каталітичний крекінг?

10. Чим відрізняється крекінг-процес від фракційної перегонки нафти?

11. Що таке ароматизація нафти?

12. Які екологічні проблеми виникають при використанні та переробці нафти та нафтопродуктів?

13. Що ми розуміємо під штучною нафтою?

Висновки:

1. Нафта не має єдиної хімічної формули і постійної температури кипіння, оскільки це суміш вуглеводнів.

2. Первинною перегонкою нафти одержують: бензин, лігроїн, гас, газойль, мазут.

3. При вторинній переробці нафтопродуктів проводиться вторинна фракційна перегонка бензину і гасу; термічний і каталітичний крекінг вуглеводнів, що входять до складу мазуту і газойлю; високотемпературний піроліз, риформінг (ароматизація) бензину.

4. Нафта – невід’ємний елемент нашого повсякденного життя, адже багато речовин і матеріалів добувають з нафти.

5. Галузь виробництва, що займається переробкою нафтопродуктів, називається нафтохімією.

6. Альтернатива природній нафті - штучна нафта, яку можна одержати з кам”яного та бурого вугілля, а також з органічних відходів та біомаси, основна складова частина якої – целюлоза.

7. Застосування нафти, яку називають ”чорним золотом”, дало не тільки блага людині, а й викликало негативні екологічні проблеми: забруднення довкілля продуктами згоряння бензину та інших нафтопродуктів; забруднення вод Світового океану внаслідок виливання нафти; проявлення ”парникового ефекту”; шкідливий вплив на здоров’я людини вихлопних газів автомобілів.

8. У розв’язанні проблеми усунення негативного впливу нафти та нафтопродуктів на навколишнє середовище відіграє міжнародне співробітництво. З 22 по 26 квітня щорічно проводяться дні Планети Земля. Верховна Рада України прийняла Закон ”Про охорону навколишнього середовища, про раціональне і комплексне використання всіх природних і водних ресурсів”.

V. Підведення підсумків уроку. Оцінювання учнів.

VІ. Домашнє завдання.  Вивч. § 8 с. 42 - 48; вик. Вправи № 1- 10 (підручн. Г.А.Лашевська, А.А.Лашевська ”Хімія, рівень стандарту”, 10 кл.).

Додаток 1

Роль високооктанового бензину в роки Другої світової війни

У серпні 1940 р. авіаційні зграї гітлерівських люфтваффе розпочали широкомасштабні бомбові удари по містах Великобританії. Двигуни німецьких літаків працювали тоді на високоякісному радянському бензині, який щедро постачав сталінський СРСР гітлерівському рейхові. До речі, з утроб бомбардувальників вивалювалися і великотоннажні радянські авіабомби величезної руйнівної сили – подарунок товариша Сталіна партайгеноссе Гітлеру, аби той нищив ненависних Кремлеві гнилих західних буржуїв.

         Над Ла-Маншем німецькі бомбардувальники під прикриттям винищувачів летіли на великій висоті, а через це британські винищувачі спершу не могли перехоплювати німецькі авіаз”єднання на підході до Британських островів. Річ у тому, що потужностей двигунів англійських винищувачів не вистачало, щоб досягти польоту гітлерівської авіації, а також наздогнати повітряних піратів. Врятував же Велику Британію від нищівних плюндрувань винахід видатного російського хіміка-емігранта В. Іпатьєва, бувшого професора Михайлівської артилерійської академії у Петербурзі; бойового генерала, члена Академії наук Росії, Німеччини і США. 

         У 1930 р. йому, а також іншому хіміку-органіку – полтавчанину О. Чичибаніну пощастило виїхати із СРСР на Захід. За це їх обох за вказівкою Сталіна в 1936 р. позбавили звання академіків як ”ворогів трудового народу” та ”агентів світового імперіалізму”. Працюючи в США, В. Іпатьєва разом зі своїми помічниками розробив у 1935 р. зручний і практичний промисловий метод добування високооктанового бензину з третинного ізобутану та ізобутилену. Утворена суміш (t_кип. = 108-116⁰С) має октанове число близьке до 100, а отже, в роки Другої світової війни її виробляли у США і Великобританії у великій кількості як чудовий авіаційний бензин. Застосування саме цього бензину у двигунах британських винищувачів значно підвищувало їх потужність, дозволяло підніматися на велику висоту, наздоганяти і збивати німецькі літаки над Ла-Маншем. Унаслідок цього гітлерівці втратили багато своїх літаків та пілотів і, як відомо, повітряну війну проти Англії програли.

Щоб помститися за цю нищівну і ганебну поразку, німці з 1944 р. із територій окупованих Франції, Голландії і Бельгії методично запускали літаки-снаряди ”ФАУ-1” та балістичні ракети ”ФАУ-2”, які несли руйнування і смерть до Альбіону.

Додаток 2

Використання нафти в стародавні часи

Нафта відома людям здавна. Її почали використовувати близько 5000 років тому в місцях, де вона просякала на поверхню грунту. Горючість нафти помітити було неважко, тому й застосовувалась вона переважно як паливо, для освітлення, а також як мастило. Нафтопродукти використовувалися стародавньою медициною у вигляді мазей, для бальзамування мумій тощо. Сирою нафтою обробляли днища кораблів для гідроізоляції. Стародавні шумери застосовували нафтовий бітум як будівельний матеріал, у Китаї нафта використовувалась з військовою метою.

Нафта входила до складу відомого в стародавні часи так званого ”грецького вогню”, що займався від контакту з водою і спалив не один військовий корабель. Погасити його можна було тільки піском.

Додаток 3

Вуглеводневі фракції, які добувають при перегонці нафти

Фракція	Кількість атомів Карбону в молекулі	Інтервал температур кипіння компонентів, 0С	Галузі застосування
Бензин	С5 – С11	40 – 200	Моторне, авіаційне і автомобільне паливо; розчинник масел
Лігроїн	С8 – С14	120 – 240	Пальне для тракторів, розчинник у лакофарбовій промисловості
Гас	С12 – С18	180 – 300	Пальне для реактивних і тракторних двигунів
Газойль	С18 – С25	270 – 350	Пальне для дизелів
Мазут	від С20 і вище	300 і вище	Мастила, парафін, вазелін, котельне рідке паливо

Додаток 4

Нафта – стратегічний матеріал світової політики

Відомо, горючі копалини – це, передусім, природний газ, нафта, буре та кам”яне вугілля, горючі сланці. Усі вони є своєрідним хлібом економіки і стратегічними матеріалами, а отже, значною мірою визначають пульс світової політики. Як не згадати тривалу і виснажливу ірано-іракську війну чи недавню кривавицю на території Чечні-Ічкерії… ще в 1927 р. Джугашвілі-Сталін висловив досить таки слушну думку: ”Нафта – це кров моторів. І хто має більше нафти, у того більше шансів на перемогу у майбутній війні”. Отже ж, коли у східній частині Нігерії у 60-х роках ХХ ст. геологи відкрили багатющі поклади нафти, певні промислові та фінансові спрути Заходу спровокували страхітливу різанину між нігерійськими племенами, що вилилася у криваву війну між Нігерією та Біафрою. Недаремно представник цієї африканської країни, виступаючи перед Генеральною Асамблеєю ООН, заявив: ”Нігерійська трагедія пахне нафтою…” так нафтові монополії намагалися чужими руками загребти жар і відірвати нафтоносну Біафру від Нігерії. У дні війни на Близькому Сході восени 1973 р. мара нафтового ”голоду” блукала по ФРН, Голландії, Великобританії, США… а  березні 1975 р. саме через нафту був убитий під час аудієнції своїм небожем король саудівської Аравії Фейсал. У ці ж таки роки – з 1973 по 1978 р. – ціна сирої нафти на світовому ринку підскочила учетверо-уп”ятеро – до 100 доларів за одну тонну, а з 1979 р. – ще у півтора рази…

Додаток 5

Нафта з кам’яного вугілля

Кайзерівська Німеччина ретельно і методично готувалася до Першої світової війни. Власних родовищ нафти вона не мала, а через це практичні і завбачливі німці вирішили забезпечити свою індустрію та збройні сили нафтою власного виробництва. У свій час ”залізний канцлер” Бісмарк і генерал Шліф фен застерігали від війни на два фронти. Так і сталося – у роки війни Німеччина опинилася у вогняному кільці облоги, оскільки воювала на два фронти… саме тому її промисловість задихалася від нестачі чилійської селітри, заморського каучуку та нафти, адже для ведення війни потрібні порох, вибухівка, пальне, гума, метали та безліч інших речей. Та все ж таки найпередовіша під ту пору німецька хімія впоралася і з цим непосильним завданням. Дефіцит вибухових речовин німці частково покривали застосуванням на фронті бойових отруйних речовин – хлору, фосгену, іприту тощо у газобалонних атаках та артпідготовками снарядами ”синій хрест”, ”зелений хрест” та ”жовтий хрест”… тоді ж таки майбутні Нобелівські лауреати у галузі хімії Фріц Габер і Карл Бош розв”язали проблему азотного ”голоду”. Це вони винайшли метод зв”язування атмосферного азоту через синтез амоніаку. Транспорт і бойова техніка споживали переважно синтетичний бензин, який вироблявся у Німеччині з бурого та кам”яного вугілля. Це стало можливим завдяки винаходу німецького хіміка Фрідріха Бергіуса. У 1911 р. він розробив каталітичне гідрування вугілля під тиском, за що й був у 1931 р. нагороджений Нобелівською премією у галузі хімії, яку розділив разом з К. Бошем.

Суть цього методу зводиться ось до чого. Тонко розпорошене до фракцій менше 0,1 мм буре чи кам”яне вугілля змішують із мінеральною олією та каталізатором (сполуками стану му, плюмбуму, торію). Крізь товщу такої мішанини, нагрітої до 400-550⁰С, продувають водневий струмінь під тиском 200-700 атм.

Восени 1939 р., розв’язавши Другу світову війну, фашистська Німеччина виробляла до 2,6 млн тонн синтетичної нафти – з них 1,9 млн тонн гідруванням вугілля, а близько 700 тис. тонн із водяного газу. Усього до 1939 р. там були побудовані і стали до ладу 12 потужних комбінатів, які разом із заводами, що працювали на водяному газі, виробляли під час війни 4 млн тонн синтетичної нафти щороку, а 1945 р. мали виготовити 10.5 млн тонн.

Однак для гітлерівської воєнної машини цієї нафти виявилося замало. Крім того мастила, виготовлені з синтетичної нафти мають вищі температури замерзання. Німці викачували нафту з надр Румунії, а трохи згодом – з окупованої Галичини.

Недаремно вістря удару групи армій ”Південь” спрямовувалося на нафтоносний регіон Північного Кавказу та Азербайджану, а відтак на Іран та Перську затоку. Німецькі альпіністи дісталися обох вершин Ельбрусу і там встановили свої знамена. А в цей час у столиці рейху Гітлер обливав шоколадною підливою великий торт, який за формою нагадував Кавказ. Чорно-брунатна підлива символізувала нафту.

Улітку і восени 1944 р. радянські війська зайняли Прикарпаття і Румунію. Втрата цих нафтоносних районів значною мірою паралізувала бойові дії німецьких авіаційних та танкових військ.

Британська і американська авіація безперервно бомбардувала заводи синтетичної нафти на території Німеччини. Та все ж таки завдяки наявності величезного резерву запасного устаткування, робочої сили, а також чітко налагодженого виробництва ці комбінати безперервно випускали пальне до останніх днів війни.

Проте після війни всі заводи вугільної нафти були демонтовані через економічну неконкурентноспроможність синтетичного пального порівняно з продуктами перегонки і крекінгу природної нафти.

На думку фахівців, виробництво рідкого пального з вугілля може стати економічно доцільним і рентабельним, коли ціна нафти буде у 6-7 разів вищою за ціну вугілля.

Про велику перспективність цього виробництва свідчить хоча б той факт, що ще в 1979 р. сенат США асигнував 20 млрд доларів на програму перетворення вугілля в рідке паливо. У країнах європейського економічного співтовариства до 2000 р. планувалося замінити до 30 % нафтового моторного пального бензином і дизельним пальним із вугільної нафти. Нині питаннями перетворення бурого і кам”яного вугілля в синтетичну нафту інтенсивно займаються в США, ФРН, ПАР, а також у Польщі та Чехії. Експериментальні дослідження гідрування вугілля проводяться і в нас в Україні – на Донбасі. У 1979 р. у Катові це (Польща) під егідою ООН відбулася Міжнародна конференція експертів із гідрування та газифікації вугілля. Експерти дійшли висновку, що найперспективнішим методом синтезу рідкого пального є пряме гідрування вугілля за методом Ф. Бергіуса.

Нині єдиним у світі великим комбінатом, де переробляють вугілля на рідке пальне, є пущений у дію ще 1961р. завод у Південно-Африканській Республіці потужністю 1,2 млн тонн продуктів щороку. Виготовляє цей комбінат бензин, дизельне пальне, парафіновий віск, а продукти окиснення вуглеводнів – спирти, альдегіди, кетони, етери, естери, карбонові кислоти. Тут на виробництво 1 тонни рідких продуктів витрачається до 8 тонн низькоякісного кам”яного вугілля.

Підраховано, що в процесі комплексної повномасштабної переробки вугілля на моторне пальне і хімічну сировину прибутки від продажу хімікалій можуть знизити ціну синтетичного пального на 50 %.

Додаток 6

Термічний і каталітичний крекінг

Термічний крекінг

Каталітичний крекінг

Розщеплення молекул вуглеводнів відбувається при порівняно високій температурі (470-5500С). процес відбувається повільно, утворюються вуглеводні з нерозгалуженим ланцюгом атомів Карбону. У бензині, добутому в процесі термічного крекінгу, крім насичених вуглеводнів, міститься багато ненасичених вуглеводнів. Тому цей бензин має більшу детонаційну стійкість, ніж бензин прямої перегонки. У бензині термічного крекінгу міститься багато ненасичених вуглеводнів, які легко окислюються і полімеризуються. Тому цей бензин менш стійкий при зберіганні. При його згорянні можуть забруднитися різні частини двигуна. Для усунення цієї шкідливої дії до такого бензину додають антиоксиданти. Крім рідких продуктів (бензину), при термічному крекінгу виділяється велика кількість газів, які використовуються як сировина в хімічній промисловості. Приблизний склад газів термічного крекінгу такий: метан і його гомологи – 40 % етилен – 27 %, пропілен – 16 %, бутен та ін. – 10 %, водень – 7 %. Гази термічного крекінгу містять багато ненасичених вуглеводнів.

Розщеплення молекул вуглеводнів відбувається в присутності каталізатора і при більш низькій температурі (450-5000С). порівняно з термічним крекінгом процес відбувається значно швидше; при цьому відбувається не тільки розщеплення молекул вуглеводнів, а і їх ізомеризація, тобто утворюються вуглеводні з розгалуженим ланцюгом атомів Карбону. Бензин каталітичного крекінгу порівняно з бензином термічного крекінгу має більшу детонаційну стійкість, бо в ньому містяться вуглеводні з розгалуженим ланцюгом атомів Карбону. У бензині каталітичного крекінгу ненасичених вуглеводнів міститься менше, і тому процеси окиснення і полімеризації в ньому не відбуваються. Такий бензин стійкіший при зберіганні. Продуктом каталітичного крекінгу є вуглеводневий горючий газ. Основні компоненти цього газу – пропан і бутан.

Додаток 7

Термінологічний словник

Крекінг – процес розкладу вуглеводнів нафти на більш леткі речовини.

Термічний крекінг – проходить при високій температурі (450-600⁰С) і підвищеному тискові (2-7 МПа).

Каталітичний крекінг – проходить за наявності каталізатора (переважно алюмосилікати) при 450⁰С і атмосферному тиску. 

Піроліз – розкладання органічних речовин без доступу повітря при високій         температурі (650-750⁰С).

Риформінг – перетворення парафінових і циклопарафінових вуглеводнів, що містяться в нафтопродуктах,  у ароматичні (процес облагороджування бензинів або ароматизація нафтопродуктів).

Октанове число – визначається відсотком ізооктану в суміші з гептаном. Октанове число ізооктану прийнято вважати рівним 100, а гептану – о.

Детонація – згоряння горючої суміші в циліндрі двигуна з величезною швидкістю значно раніше, ніж поршень стисне її до потрібного об’єму.