Конспект уроку "Вугілля і продукти його переробки" в 11 класі

Тема уроку: Кам’яне вугілля, продукти його переробки

(рівень стандарту –

клас працює за програмою для гуманітарно-філологічних класів)

Мета:

• Освітня: Продовжити вивчення учнями природних джерел вуглеводнів; ознайомити із походженням, складом, поширенням  у природі кам’яного вугілля, продуктами його переробки та галузями їх застосування; 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; з’ясувати альтернативні джерела енергії, перспективи їх використання. Поглибити знання про значення паливних ресурсів в енергетиці України.
• Розвивальна: Розвивати в учнів пізнавальний інтерес, логічне мислення. Формувати вміння працювати із додатковою інформацією, аналізувати, встановлювати причинно-наслідкові зв’язки, формувати комунікативні навики. Вдосконалювати навички учнів спостерігати й аналізувати результати досліджень.
• Виховна: Виховувати в учнів спостережливість, прагнення брати активну участь у пошуках нових знань, шукати нові альтернативні джерела енергії як умови екологічної безпеки планети. Здійснювати екологічне виховання гімназистів, виховувати бережливе ставлення до природи.

Очікувані результати: Учень характеризує основні природні джерела вуглеводнів, може описати походження, склад, властивості вугілля, знає процеси та продукти його переробки, галузі застосування. Наводить приклади найважливіших видів палива. Розуміє необхідність альтернативного використання доступних джерел енергії та потребу розробки екологічно безпечного палива.

Тип уроку: комбінований урок набуття нових знань і навичок з елементами STEM–освіти із використанням лабораторного дослідження та проектної роботи учнів.

Основні терміни і поняття: Кам’яне, буре вугілля, антрацит; високомолекулярні поліциклічні ароматичні сполуки; ароматичні, гідроароматичні, гетероциклічні, аліфатичні фрагменти; піроліз, коксування, газифікація вугілля, гідрогенізація (зрідження) вугілля; кокс, коксовий газ, кам’яновугільна смола; біопаливо, синтез-газ.

Обладнання й матеріали:  Зразки кам’яного, бурого вугілля, антрациту; зразки продуктів, які одержують із вугілля; плакат «Кам’яне вугілля і продукти його переробки», колекція різних видів палива, вірш-семирядник «Вугілля»; карта України із родовищами добування вугілля; проекти учнів «Вугілля та способи його переробки», «Альтернативні вид палива»,  навчальний підручник Хімія 11 клас Г.А.Лашевська, А.А. Лашевська.

Ключові компетентності: Спілкування державною мовою, природничі науки і технології, уміння вчитися впродовж життя, екологічна грамотність і здорове життя, соціальна та громадянська компентності, ініціативність і підприємливість.

І. Організаційний етап. Створення позитивного емоційного настрою.

ІІ. Бліц-опитування домашнього завдання.

• Які природні джерела органічних речовин ви знаєте?
• Чим подібні і відрізняються природній і супутній нафтові гази?
• Який склад (хімічні формули) цих газів? – учні записують на дошці відповідні формули.
• Для чого використовують природній та супутній нафтовий гази?
• Який склад нафти? Чи можна записати його однією формулою?
• Як виокремлюють речовини, що входять до складу нафти?
• Що таке нафтопродукти? Яке їх застосування?
• Як характеризують детонаційну стійкість бензинів і дизельного палива? (октанове число та цетанове число – самостійне домашнє дослідження учнів.)

ІІІ.  Мотивація пізнавальної діяльності.

У ч и т е л ь: Чи всі природні джерела вуглеводнів ми проаналізували? У природі крім газу та нафти є ще надзвичайно багате на хімічні сполуки-вуглеводні джерело – це вугілля. Основні джерела вуглеводнів – нафта, кам’яне вугілля, природній газ – сформувались на Землі в давні часи і належать до невідновлюваних природних ресурсів. Перед людством постає питання не тільки раціонально отримати із надр землі сировину, й знайти більш ефективні методи її переробки, відшукати способи застосування альтернативних джерел енергії.

Пропонує вірш-семирядник «Вугілля» як план роботи-дослідження на уроці:

Вугілля

Буре, кам’яне –

Сполука органічна –

Ароматична,

Циклічна

Гетероциклічна.

Палити не варто –

Сировина хімічна!

ІУ. Актуалізція опорних знань.

Природній газ складається в основному з метану. Його використовують як паливо, та більш ефективним є використання його як багатої сировини для подальшої переробки хімічною промисловістю. Нафта – багатокомпонентна суміш, головна складова якої – насичені, ненасичені вуглеводні, циклопарафіни, ароматичні сполуки. Тож для використання її як палива слід розділити ці речовини (провести перегонку). Добуті ректифікацією нафтопродукти хімічно переробляють.

Вугілля – ще більш багата на вуглеводні сполука. Тож сьогодні ми ознайомимося з нею та способами її переробки.

1.Що ви знаєте про вугілля?

2.Опишіть фізичні властивості вугілля.

Ознайомлення із повідомленням учениці класу про дві теорії походження кам’яного вугілля. Вугілля – тверда горюча корисна копалина органічного походження.

У. Вивчення нового матеріалу.

1) Робота з підручником: ст. 50 (Хімія 11 клас, рівень стандарт) мал. 9.2. Фрагмент гіпотетичної хімічної структури кам’яного вугілля. Аналіз складу «молекули» вугілля, функціональних груп, гетероатомів, що входять до складу вугілля. Учні розглядають малюнок, називають відомі їм функціональні групи.

         Таким чином, кам’яне вугілля – осадова гірська порода, продукт глибокого розкладання решток рослин – хвощів, плаунів, деревоподібних папоротей. За хімічним складом кам’яне вугілля є сумішшю високомолекулярних поліциклічних ароматичних сполук з високим вмістом Карбону.

                       Високомолекулярна структура вугілля:

2) Демонстрація зразків кам’яного, бурого вугілля та антрациту. Згідно з біогенною гіпотезою походження вугілля, воно утворилося з відмерлих рослин в результаті життєдіяльності мікроорганізмів. Утворення вугілля з рослинних залишків відбувалося через кілька стадій:                                                                                                                            

Торф – Буре вугілля - Кам’яне вугілля – Антрацит    

 Дослідження відмінностей у зовнішньому вигляді цих сполук.

                                        Основні види вугілля

      АНТРАЦИТ                             КАМ’ЯНЕ ВУГІЛЛЯ

           БУРЕ ВУГІЛЛЯ                                                     ТОРФ

Ознайомлення із відмінностями в складі різного за віком вугілля.

(Молодшому за віком бурому вугіллю властивий вищий вміст гетероатомів, насамперед Оксигену. У кам’яному вугіллі переважають конденсовані поліароматичні фрагменти.)

3) Короткий аналіз світових запасів вугілля на планеті, знаходження на карті кам’яновугільних басейнів України (учні записують у зошитах).

4) Презентація навчального проекту «Кам’яне вугілля та способи його переробки» ученицею класу (випереджувальне завдання) із включенням елементів технологічних процесів переробки. Учні знайомляться та записують в зошити основні способи переробки вугілля: піроліз, коксування, газифікація, зрідження, а також умови їх проведення та продукти переробки.

Основними методами переробки вугілля є суха перегонка і газифікація.

Суха перегонка вугілля полягає в його хімічному розкладі при нагріванні без доступу повітря. Розрізняють два варіанти сухої перегонки вугілля – напівкоксування і коксування.

Коксування кам’яного вугілля має велике промислове значення. Процес коксування здійснюється на коксохімічних заводах.

  Основні продукти коксування кам’яного вугілля:

   -коксовий газ;

   -надсмольна вода;

   -кам’яновугільна смола;

   -кокс.

Газифікація – це перетворення органічної частини викопного вугілля на горючі гази при високотемпературній взаємодії його з окисником. При цьому вугілля повністю переходить у генераторний і водяний гази. Для газифікації використовують буре вугілля та кокс. Сам процес проводять у газогенераторах.

5) Практична частина уроку. Лабораторний дослід 3. «Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля та різних видів палива» із використанням зроблених записів, плакату «Кам’яне вугілля і продукти його переробки», колекції різних видів палива, даними таблиці 9.1. ст. 54 підручника. Учні розглядають видані зразки, звертають увагу на зовнішній вигляд, агрегатний стан, колір, тощо.

Виконання роботи

1.Розгляньте колекцію продуктів коксування кам’яного вугілля і визначте для кожного: агрегатний стан, зовнішній вигляд, колір, запах, розчинність у воді.

Результати запишіть у таблицю

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

Результати спостережень запишіть у таблицю.

Описують кожен із зразків, зазначають способи його добування і галузі застосування. Класифікують видані зразки у таблицю. Після завершення роботи здають лабораторні зошити.

6) Учитель разом з учнями аналізує значення паливних ресурсів в енергетиці України. Спочатку в учнів викликає захоплене здивування той факт, що у нас запасів вугілля може вистачити на 100 років. Однак, ще раз розглянувши екологічну складову процесу переробки і використання вугілля (про що йшлося в проекті), а також високу собівартість даного палива, низьку продуктивність галузі, зростання майже вдвічі обсягу викидів в атмосферу парникових газів при збільшенні частки вугілля в паливно-енергетичному балансі країни, зважаючи на те, що Україна енергодефіцитна країна, учні пропонують альтернативні джерела енергії: біопаливо (біогаз, пелети, біоводень, біодизель, біоетанол), енергію Сонця, вітру, атомну, гідро-, припливів і відпливів, переробка побутових відходів та альтернативні гази (синтез-газ, шахтний метан, супутній нафтовий газ, сланцеві гази).

7) Двоє учнів знайомлять з короткими повідомленнями про переваги альтернативних видів палива.

УІ. Узагальнення та систематизація знань.

1. Як утворилося вугілля?
2. Які види вугілля ви знаєте?
3. Опишіть фізичні властивості кам’яного вугілля.
4. Які методи переробки кам’яного вугілля ви знаєте?
5. Назвіть основні продукти коксування кам’яного вугілля.
6. Де здійснюють процес коксування?

У ч и т е л ь проводить фронтальне опитування та закріплення вивченого матеріалу. Учні самостійно в парах здійснюють самоконтроль  за питаннями № 1-7 ст. 57 підручника після параграфа 9.

УІІ. Домашнє завдання. Опрацювати $ 9. Виконати завдання 9 ст. 57.