Конспект уроку хімії для 11 класу на тему: "Кам’яне вугілля, продукти його переробки"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розробка уроку хімії

Тема. Кам’яне вугілля, продукти його переробки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11 клас

Тема.  Кам’яне вугілля, продукти його переробки

Мета:

• навчальна: з’ясувати роль кам’яного вугілля як джерела різних хімічних речовин; ознайомити з основними принципами процесу коксування кам’яного вугілля; показати різноманітність використання продуктів коксування;
• розвивальна: розвивати пізнавальний інтерес, логічне мислення, креативні здібності учнів;  
• виховна: виховувати взаємодопомогу, допитливість, бережливе ставлення до природи; формувати стійкий інтерес до вивчення предмета

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Форми роботи: круглий стіл за участю провідних фахівців: історика, геолога, хіміка, технолога; індивідуальна та групова роботи; лабораторний дослід №3 «Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля та різних видів палива»; прийом «Твій вибір»

Обладнання: колекції; картка-інструкція «Лабораторний дослід №3 «Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля та різних видів палива»; схема-конспект; презентація «Кам’яне вугілля»; відео «Кам’яне вугілля»;  інфографіка; кросворд http://learningapps.org/

Хронометраж

І. Організація класу – 1 хв

ІІ. Мотивація навчальної діяльності – 2 хв

IІІ. Вивчення нового матеріалу – 20 хв

ІV. Застосування знань, умінь, навичок – 15 хв

V. Підбиття підсумків уроку – 4 хв

VІ. Рефлексія – 1 хв

VII. Домашнє завдання – 2 хв

 

 

 

ХІД УРОКУ

І. Організація класу

ІІ. Мотивація навчальної діяльності                                            (слайди 2-3)

Паливні ресурси: вугілля, нафта, природний газ

Навіщо вони потрібні???

У час атомної енергетики вугілля все ще залишається на першому місці в енергетичному балансі більшості країн світу. Водночас із року в рік зростає  його роль як цінної сировини для виробництва різноманітних речовин.

Тема.  Кам’яне вугілля, продукти його переробки

Завдання:

• ознайомитися з інформацією провідних фахівців
• переглянути відео та заповнити схему-конспект (додаток А)
• виконати лабораторний дослід № 3 (картка-інструкція)

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Історична довідка                                                                       (слайди 2,4)

Історик: Горюче каміння – викопне кам'яне вугілля – було відоме ще в давнину. Так, у 315 році до нашої ери учень Арістотеля Теофраст називав його «камінням, що горить», – «антраксом» (звідки і з'явилася назва «антрацит»). Певно, першими вугілля, як паливо, використовували давні китайці: за деякими відомостями, в одному із найбільших вугільних районів Китаю Фуншуй його застосовували для виплавки міді 3 тисячі років тому. Відомі китайські трактати II століття до н.е., де згадується про використання вугілля у виробництві фарфору, для випарки соляних розчинів тощо. За повідомленнями знаменитого мандрівника Марко Поло, який побував у Китаї у 1310 р., вугілля широко використовувалося в промисловості та для опалення. Приблизно до цього часу відносяться згадки про використання вугілля як палива в Англії та Німеччині та про закладання перших вугільних шахт в Англії.

Про видобування та використання кам'яного вугілля в Україні існують різні відомості. Так, при геологічних дослідженнях були виявлені відвали старовинної розробки вугілля в районі м. Бахмут (зараз м. Артемівськ), які свідчать, що вже у IX–X ст. місцеве населення видобувало і використовувало його як паливо при виробництві різних предметів побуту. Історія добування вугілля на території України починається з 1721р., коли поблизу Лисичанська було знайдено кам'яне вугілля. Першу кам’яновугільну копальню споруджено в 1795р. у Лисичанську. 

У ХVI столітті нашої ери лікар і алхімік Парацельс розглядав природне вугілля як «каміння, яке змінене дією вулканічного вогню», а природознавець Агрікола  говорив, що кам'яне вугілля – це нафта, що затверділа.

2. Походження викопного вугілля, класифікація. Видобуток вугілля в Україні.                                                                                       (слайди 2,5)

Геолог: Викопне вугілля – тверда гірська порода, що утворилася із залишків відмерлих рослин в результаті біохімічних, фізикохімічних та фізичних перетворень. Крім органічних складових, у вугіллі завжди присутні мінеральні домішки, вміст яких коливається в широких межах (від 1–2 до 50%).

В основу природної класифікації вугілля лягли склад первинного матеріалу, з якого воно утворилося, і процеси змін цього матеріалу в природних умовах, які виявляються в результаті хімічних і петрографічних досліджень. Схематично ця класифікація виглядає так:

Клас 1. Гумусове вугілля. Утворилось із торфу, в основному за рахунок частин вищих рослин, які легко розкладаються (целюлоза, деревина, лігнін

Клас 2. Ліптобіоліти. Утворились тільки з найбільш стійких частин вищої рослинності (оболонка спор, смоли, шкірочка кутикули).

Клас 3. Сапропеліти. Утворились із залишків нижчих організмів (водоростей, планктону)

В Україні зосереджено близько 4% світових запасів вугілля. Основний видобуток корисної копалини ведеться в Луганській, Донецькій і Дніпропетровській областях. Причому на Луганську область припадає 43% видобутку. Донецька область посідає друге місце з 27-ма процентами. На Дніпропетровську область припадає 23%, а на Львівську і Волинську - 7% загального обсягу виробництва вугілля. 

3. Характеристика кам’яного вугілля                                           (слайди 2,6)

Хімік: Кам'яне́ вугілля (англ. black, bitoumi-nous, mineral coal; нім. Stein-kohle) — тверда горюча корисна копалина, один з видів вугілля викопного, проміжний між бурим вугіллям і антрацитом.

Щільна порода чорного, іноді сіро-чорного кольору. Блиск смоляний або металічний. Нині в складі вугілля розрізняють органічну і неорганічну частини.  В органічній речовині кам'яного вугілля міститься 75-92 % Карбону, 2,5-5,7 % Гідрогену, 1,5-15 % Оксигену. Містить 2-48 % летких речовин. Вологість 1-12 %.

4. Способи переробки кам’яного вугілля                              відео; (слайд 7)

Технолог: Існують три способи хімічної переробки вугілля – коксування, газифікація і гідрування.

Коксування – процес розкладу вугілля за високої температури й відсутності повітря. Кокс одержують на коксохімічних заводах. Кам’яне вугілля піддають сухій перегонці (коксування) шляхом нагрівання у спеціальних коксових печах без доступу повітря при температурі 1000ºС.

Процес коксування – це не лише добування необхідного для металургії коксу. Не менш цінними є продукти, які утворюються паралельно із коксом. Крім коксу, при сухій перегонці кам’яного вугілля виділяється суміш газів (коксовий газ)  і парів летких продуктів, при охолодженні яких до 25-70ºС утворюється кам’яновугільна смола та надсмольна вода.

Коксовий газ після очищення у своєму складі містить: Н₂ (60%), СН₄ (25%), СО (5%), N₂ (4%), CO₂, C₂H₄, амоніак, пари бензену  та деякі інші речовини. Амоніак вилучають, пропускаючи коксовий газ, що утворюється у розчин сульфатної кислоти, а амоній сульфат, що утворюється, використовують як азотне добриво. Бензен поглинають органічними розчинниками, а потім виділяють перегонкою. Звільнений від амоніаку і бензену коксовий газ використовується як паливо в промисловості (у скловарних, мартенівських печах), а також як хімічна сировина  для добування водню.

Кам’яновугільна смола – густа чорна рідина зі специфічним запахом. Вона піддається дробній (фракційній) перегонці, в результаті чого одержують кілька фракцій, які є джерелом одержання цілого ряду органічних сполук:

1. легке масло (температура кипіння до 170ºС) у якому містяться ароматичні вуглеводні – бензен, толуол, ксилоли та інші речовини;
2. середнє масло (температура кипіння 170-230ºС) – феноли, нафталін та пірідинові основи;
3. важке масло (температура кипіння 230-270ºС) – нафталін та його гомологи;
4. антраценове масло (температура кипіння 270-350ºС) – антрацен, фенатрацен, кселол, крезол;
5. залишок – пек, який використовують у шляховому будівництві, для виготовлення електродів, кровельних матеріалів, лаку (пековий лак) – незамінний при фарбуванні залізних та дерев’яних конструкцій.

Надсмольна вода  містить розчинені гази – вуглекислий газ, сірководень, хлороводень, амоніак та солі амонію. Амоніак вилучають із розчину і направляють на виробництво азотних добрив. Із сірководню добувають сірку і сульфатну кислоту.

Газифікація – перетворення низькосортного вугілля, бурого вугілля і торфу за допомогою хімічних реакцій на суміш газоподібних і рідких вуглеводнів. Процес газифікації здійснюють у газогенераторних установках окисненням вугілля недостатньою кількістю кисню, водяною парою, вуглекислим газом за температури 800-900ºС. Утворену газову суміш використовують у промисловості як паливо. Із рідкої суміші добувають суміш подібну за складом до бензину.

Гідрування – перетворення вугілля на рідкі та газуваті вуглеводні під дією водню за температури 400-600ºС, певного тиску і наявності каталізатора. Продукти гідрування – це переважно суміш легких  вуглеводнів, за складом аналогічних легким нафтопродуктам, що утворюють фракцію бензину. Тому цей процес уважають одним із перспективних способів добування синтетичного бензину. 

Таким чином, з вугілля, завдяки значній різноманітності його складу, можна добути незрівнянно ширший асортимент продуктів, ніж з нафти і природного газу.

ІV. Застосування знань, умінь, навичок

Хіміки-дослідники виконують лабораторний дослід                  (слайди 2,8)

Лабораторний дослід № 3

Тема: Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля та різних видів палива.

Мета: ознайомитися зі зразками продуктів коксування вугілля, різними видами палива та основними напрямками їх використання.

Обладнання та реактиви: колекція продуктів коксування вугілля, набір різних видів палива.

                                                 Хід роботи

І. Інструктаж з БЖД

ІІ. Виконання роботи

1. Розгляньте колекцію продуктів коксування кам’яного вугілля і визначте для кожного: агрегатний стан, зовнішній вигляд, колір; вкажіть застосування

 

Результати запишіть у таблицю

Назва	Особливості складу	Зовнішній вигляд, агрегатний стан, колір	Застосування

 

2. Розгляньте колекцію зразків палива і визначте для кожного: агрегатний стан, зовнішній вигляд, температуру займання та теплоту згоряння (за довідником).

Результати спостережень запишіть у таблицю

Назва палива	Агрегат-ний стан	Зовнішній вигляд	Темпера-тура займання	Теплота згоряння	Шкідливі продукти згоряння
Кам’яне вугілля
Буре вугілля
Торф
Нафта
Природний газ

 

3. Яке з палив доцільно використовувати в господарстві? Які види палива використовуються в нашій місцевості?

ІІІ. Висновок

V. Підбиття підсумків уроку

Прийом «Твій вибір»                                                                               (слайд 9)

Учні вибирають індивідуально вид роботи:

1. Переглянути відео на тему: «Кам’яне вугілля» (робота учнів 11-а класу Бородай Юлії, Вінник Юлії)
2. Розв’язати кросворд (робота учня 11-а класу Ігнатова Дмитра )

http://learningapps.org/display?v=pox1tye2a16

    

VІ. Рефлексія                                                                                    (слайди 10,11)

Рефлексія настрою та емоційного стану           

Яке обличчя Ви вибираєте?

         

 

 

VII. Домашнє завдання

Опрацювати матеріал підручника, відповісти на запитання.

Творче завдання:

 Інфографіка «Продукти переробки вугілля та їх застосування»

Розробити тести або кросворд http://learningapps.org/

 

 

 

 

 

 

 

Картка-інструкція

Лабораторний дослід № 3

Тема: Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля та різних видів палива.

Мета: ознайомитися зі зразками продуктів коксування вугілля, різними видами палива та основними напрямками їх використання.

Обладнання та реактиви: колекція продуктів коксування вугілля, набір різних видів палива.

                                                 Хід роботи

І. Інструктаж з БЖД

ІІ. Виконання роботи

1. Розгляньте колекцію продуктів коксування кам’яного вугілля і визначте для кожного: агрегатний стан, зовнішній вигляд, колір; вкажіть застосування. Результати запишіть у таблицю

Назва	Особливості складу	Зовнішній вигляд, агрегатний стан, колір	Застосування

 

2. Розгляньте колекцію зразків палива і визначте для кожного: агрегатний стан, зовнішній вигляд, температуру займання та теплоту згоряння (за довідником). Результати спостережень запишіть у таблицю

Назва палива	Агрегатний стан	Зовнішній вигляд	Темпера-тура займання	Теплота згоряння	Шкідливі продукти згоряння
Кам’яне вугілля
Буре вугілля
Торф
Нафта
Природний газ

3. Яке з палив доцільно використовувати в господарстві? Які види палива використовуються в нашій місцевості?

ІІІ. Висновок

Додаток  А

Схема-конспект «Вугілля»

Вугілля – тверда горюча корисна копалина органічного походження

 

Види вугілля

 

 

 

Кам’яне вугілля – …

 

 

Способи переробки кам’яного вугілля

 

 

 

Термічна переробка вугілля, що полягає в його нагріванні без доступу повітря до 900 – 1100 ⁰С і витримуванні при цій температурі до 20 годин – …

Обробка низькосортного вугілля, бурого вугілля і торфу сумішшю повітря, водяної пари й вуглекислого газу – …

Каталітичний процес обробки твердого палива воднем при температурі майже 500 ⁰С і тиску 20 – 70 Мпа – …

 

Продукти коксування

 

 

 

 

Використання продуктів коксування

 

продукти переробки кам’яного вугілля	застосування
кокс
коксовий газ
амоніак
кам’яновугільна смола