Конспект уроку "Поширення вуглеводнів у природі"

Урок хімії. 9 клас.

Тема: Початкові поняття про органічні сполуки

Тема уроку: Поширення вуглеводнів у природі. Природний газ, нафта, кам’яне вугілля – природні джерела вуглеводнів. Перегонка нафти. Вуглеводнева сировина й охорона довкілля. Застосування вуглеводнів.

Мета уроку:

• навчальна: сформувати в учнів знання про природні джерела органічних сполук, розширити знання про органічні речовини на прикладі вуглеводневої сировини, географічне місцезнаходження головних природних джерел вуглеводнів, показати використання їх як палива та важливого джерела синтезу органічних сполук;
• розвивальна: розвивати пам'ять, логічне мислення, увагу;
• виховна: виховувати екологічну культуру та бережливе ставлення до природи.

Тип уроку: комбінований.

Обладнання та методичне забезпечення:

1. Періодична система хімічних елементів Д.І.Менделєєва.
2. Зразки вуглеводів.
3. Атласи з економічної географії.
4. Підручник ( Григорович О. В. Хімія: підруч. Для 9 класу загальноосвіт. навч. закл. / О. В. Григорович. – Харків: Вид-во «Ранок», 2017. – 256 с. іл..).

Хід уроку

І. Організаційний етап.

ІІ. Актуалізація опорних знань. Перевірка домашнього завдання. 

Фронтальне опитування

1. Які речовини називають полімерами? Які їхні відмінні ознаки від інших матеріалів?

2. Що спільного між мономером і елементарною ланкою полімеру? Чим вони відрізняються?

3. Дайте визначення поняттям «реакція полімеризації», «мономер», «полімер», «ступінь полімеризації» та «елементарна ланка».

4. Схарактеризуйте фізичні властивості поліетилену.

5. Схарактеризуйте хімічні властивості поліетилену.

6. Назвіть сфери застосування поліетилену.

7. Поясніть, чому хімічні властивості поліетилену відрізняються від властивостей етилену.

ІІІ. Повідомлення теми та мети уроку. Мотивація навчальної діяльності.

На сьогоднішньому уроці ми з вами дізнаємося які бувають природні джерела вуглеводнів, зазначимо на картах їх місцезнаходження, а також познайомимося з їх застосуванням.

Отже, тема нашого уроку «Поширення вуглеводнів у природі. Природний газ, нафта, кам’яне вугілля – природні джерела вуглеводнів. Перегонка нафти. Вуглеводнева сировина й охорона довкілля. Застосування вуглеводнів».

ІV. Виклад матеріалу.

Нафта, природний гази й кам’яне вугілля — основні джерела вуглеводнів. Під час їх переробки можна одержати майже всі органічні сполуки, що використовуються людьми. Об’єми видобутку вуглеводнів збільшуються щороку, але ще швидше збільшується потреба в них. Якщо раніше основну їх частину використовували тільки у вигляді палива, то зараз акценти зміщаються в напрямку їх переробки й одержання нових органічних речовин: синтетичні волокна, штучне хутро, барвники, розчинники, різні види палива, лікарські препарати, мастила, пластмаси, каучуки, будівельні матеріали тощо. Просто спалювання газу, нафти, вугілля економічно вкрай невигідно. До того ж продукти спалювання природних вуглеводнів забруднюють атмосферу. Тому щороку дедалі активніше відбувається пошук альтернативних джерел енергії.

Нафта. Перегонка нафти

Нафта — одна з найважливіших корисних копалин. Неможливо уявити сучасне суспільство без нафти й продуктів її переробки. Недарма країни, багаті на нафту, відіграють важливу роль у світовій економіці.

Нафта — це темна масляниста рідина, що залягає в земній корі на різній глибині. Вона являє собою однорідну суміш із кількох сотень речовин — переважно насичених вуглеводнів із числом атомів Карбону в молекулі від 1 до 40. Для переробки цієї суміші використовують як фізичні, так і хімічні методи.

Спочатку нафту розділяють на простіші суміші — фракції — шляхом перегонки (дистиляції або ректифікації), яка ґрунтується на тому, що різні речовини у складі нафти киплять за різних температур. Перегонка відбувається в ректифікаційній колоні за значного нагрівання (табл. 1). Фракції з найбільшими температурами кипіння, що за високої температури розкладаються, переганяють за зниженого тиску.

Таблиця 1. Фракції перегонки нафти

Україна досить багата на запаси нафти. Основні родовища зосереджені в трьох нафтогазоносних регіонах: східний (Сумська, Полтавська, Чернігівська та Харківська обл.), західний (Львівська та Івано-Франківська обл.) та південний (Причорномор’я, шельфи Азовського й Чорного морів). Запаси нафти України оцінюють у близько 2 млрд тонн, але їх значна частка зосереджена на великих глибинах (5-7 км). Річне добування нафти в Україні становить близько 2 млн тонн за потреби в 16 млн тонн, тому, на жаль, Україна поки вимушена імпортувати значні обсяги нафти.

Хімічна переробка нафтопродуктів

Деякі продукти перегонки нафти можна застосовувати одразу, без подальшої переробки — це бензин і гас, але вони становлять лише 20-30 % нафти. До того ж після перегонки бензин виходить низької якості (з невеликим октановим числом, тобто під час стискання у двигуні він вибухає, а не згоряє). Двигун, що працює на такому пальному, видає характерний стукіт і швидко виходить з ладу. Для підвищення якості бензину і збільшення його виходу нафту піддають хімічній переробці.

Один з найважливіших способів хімічної переробки нафти — крекінг (від англ. to crack — розщеплювати, ламати, оскільки під час крекінгу відбувається розщеплення карбонових ланцюгів). Під час нагрівання до 500 °С без доступу повітря за наявності спеціальних каталізаторів довгі молекули алканів розщеплюються на дрібніші. Під час крекінгу з насичених вуглеводнів утворюється суміш легших насичених і ненасичених вуглеводнів, наприклад:

С₁₆Н₃₄ С₈Р₁₆+С₈Н₁₈

Завдяки цьому процесу збільшується вихід бензину й гасу. Такий бензин іноді називають крекінг-бензином.

Переробка нафти відбувається на спеціальних підприємствах — нафтопереробних заводах. Там здійснюють як ректифікацію сирої нафти, так і хімічну переробку отриманих нафтопродуктів. В Україні є шість нафтопереробних заводів: в Одесі, Кременчуці, Херсоні, Лисичанську, Надворнянську та Дрогобичі. Сумарна потужність усіх українських підприємств з переробки нафти перевищує 52 млн тонн на рік.

Природний газ

Друге за важливістю джерело вуглеводневої сировини — це природний газ, головною складовою якого є метан (93-99 %). Природний газ використовують насамперед як ефективне паливо. Під час його згоряння не утворюється ані зола, ані отруйний чадний газ, тому природний газ уважають екологічно чистим паливом.

Велику кількість природного газу використовує хімічна промисловість. Переробка природного газу зводиться переважно до добування ненасичених вуглеводнів і синтез-газу. Етилен і ацетилен утворюються під час відщеплення водню від нижчих алканів:

С₂Н₆ C₂H₄ + H₂

Синтез-газ — суміш карбон(ІІ) оксиду й водню — добувають нагріванням метану з водяною парою:

СН₄+H₂O   CO + 3H₂

Із цієї суміші, застосовуючи різні каталізатори, синтезують окси-геновмісні сполуки — метиловий спирт, оцтову кислоту тощо.

Під час пропускання над кобальтовим каталізатором синтез-газ перетворюється на суміш алканів, що являє собою синтетичний бензин:

nCO + (2n+1)H₂ → CnH_2n+2 + nH₂O

Кам'яне вугілля

Ще одним джерелом вуглеводнів є кам’яне вугілля. У хімічній промисловості його переробляють шляхом коксування — нагрівання до 1000 °С без доступу повітря (мал. 29.5, с. 170). При цьому утворюються кокс і кам’яновугільна смола, маса якої становить лише кілька відсотків від маси вугілля. Кокс використовують як відновник у металургії (наприклад, для добування заліза з його оксидів).

Кам’яновугільна смола містить кілька сотень органічних сполук, переважно ароматичних вуглеводнів, які виділяють з неї перегонкою.

Кам’яне вугілля також використовують як паливо, однак при цьому виникають значні екологічні проблеми. По-перше, вугілля містить негорючі домішки, які під час згоряння палива перетворюються на шлаки; по-друге, у складі вугілля є невеликі кількості сполук Сульфуру й Нітрогену, під час згоряння яких утворюються оксиди, що забруднюють атмосферу.

Україна за запасами вугілля посідає одне з перших місць. На території, що дорівнює 0,4 % від світової, в Україні зосереджено близько 5 % світових запасів енергетичної сировини, 95 % з яких припадає саме на кам’яне вугілля (близько 54 млрд тонн). 2015 року видобуток вугілля становив 40 млн тонн, що майже вдвічі менше, ніж 2011 року. Сьогодні в Україні є 300 кам’яновугільних шахт, причому 40 % з них добувають коксівне вугілля (те, що можна переробляти на кокс). Видобуток зосереджений переважно в Донецькій, Луганській, Дніпропетровській та Волинській областях.

V. Закріплення знань.

Робота з картою України.

Учні знаходять на економічній карті України місця розташування родовищ природних джерел вуглеводнів і виробництв із їхньої переробки.

Робота з підручником.

Учні, за текстом підручника, а також використовуючи одержані на уроці знання, складають схему використання різних видів природної вуглеводневої сировини.

VI. Підбиття підсумків уроку. Оголошення оцінок.

VII. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання.

Вивчити параграф 29, підготуватися до контрольної роботи повторити параграфи 22-28.