Урок " Кам’яне вугілля, продукти його переробки. Основні види палива та їх значення в енергетиці країни.

                   Комашко Олена Олексіївна,учитель хімії та біології

                Полтавської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів № 9         

                    Урок № 11, хімія, 11 клас,  рівень стандарту

Тема: Кам’яне вугілля, продукти його переробки. Основні види палива та їх значення  в енергетиці країни. Охорона навколишнього середовища від забруднень під час переробки вуглеводневої сировини та використання продуктів її переробки

Мета: сформувати в учнів поняття про основні родовища, процес та продукти переробки кам’яного вугілля; розвивати знання учнів про перспективи значення кам’яного вугілля як один із шляхів розв’язання глобальної енергетичної проблеми людства, значення коксу для розвитку металургії;

одержати знання про кам’яне вугілля, його склад, процеси та продукти його переробки, про основні види палива та їх значення в енергетиці країни; з’ясувати напрямки охорони навколишнього середовища від забруднень під час переробки вуглеводневої сировини та використання продуктів її переробки.

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; розвивати пізнавальний інтерес, логічне мислення; виховувати бережливе ставлення до природи.

Обладнання: мультимедійний проектор, роздатковий матеріал, підручник « Хімія – 11 клас», різні види вугілля, зразки продуктів його переробки.

Тип уроку: Урок - проект

Базові поняття: Антрацит, кокс, буре вугілля, суха перегонка,  коксовий газ, кам’яновугільна смола.

                                              ХІД УРОКУ

І. Мотивація

На екрані – відео. Голос за кадром:

• 2057 рік, планета – астероїд 263, засідання наукової ради.

( столи – півколом, вчені сперечаються)                                                              -Я розумію, що кількість населення нашої планети невпинно зростає. Але для              підтримання достатньо високого рівня життя необхідно мати досить високий розвиток енергетичної промисловості.

-Вельмишановний колего! Про який рівень енергетики може йти мова, якщо запаси власного вугілля у нас вже майже вичерпані, а інших джерел енергії ми не маємо.

-Все! Колапс, крах, катастрофа!

( В цей час головуюча слухає щось через навушники, піднімає руку, щоб всі замовкли)

-Послухайте:

Забытый старым кочегаром, 
Кусок угля горит в печи, 
Средь праха, пепла и молчания, 
Он разгоняет тьму ночи. 
Его тепло других не греет, 
И свет его – звезда в ночи, 
Но он живёт, горит и светит, 
Пускай не в сердце, а в ночи. 

Пускай его друзья погибли, 
Они отдали свой огонь. 
Кого-то просто затушили, 
А кто-то сделал тёплым дом. 
Один из них зажёгся сразу, 
Пылал в огне, пока не стих, 
Но он тепла оставил больше, 
Чем тот, кто, тихо стлев, затих. 

И вот один. Он ждёт и верит, 
Что он кому-то нужен здесь, 
Что, перед тем, как стать золою, 
Он сделает счастливей всех. 
Быть может старый кочегар, 
Проснувшись, зиму проклиная, 
Покинет дом, уйдёт совсем, 
Потушит сердце навсегда. 

А может быть, проснувшись ночью, 
Почует запах морозца, 
Подкинет в печь ещё дровишек, 
И отогреются сердца. 
Забьётся в танце пламя света, 
Играя бликами в душе. 
И уголь старый, с новой силой, 
Отдаст всего себя Весне. 

-Наші радари зафіксували шлях сигналу: це третя планета в системі Сонця. Необхідно негайно відвідати планету, на якій так поважно відносяться до енергоносіїв. В путь!

ІІ. Оргмомент

( відкриваються двері, заходять інопланетяни)

-Каудрахма кус! ( щось перемикає на портативному приладі). Миру вам, шановні земляни! Під впливом сили віршів, захоплених нашими радарами, ми подолали важкий шлях від планети Астероїд 263, щоб одержати відповіді на питання: що собою являє вугілля на вашій планеті і чи є альтернативи його використанню?

-(учитель) Ми вас вітаємо на уроці хімії в 11 класі. Загальними зусиллями ми спробуємо дати відповіді на ваші запитання. Займіть, будь ласка, вільні місця.

 ( далі учитель, на екрані слайди) Наш сьогоднішні урок присвячено найпоширенішій корисній копалині – вугіллю. ( слайд 1 – тема)

Мета нашого уроку: визначити властивості різних видів палива, ознайомитися   з продуктами переробки кам’яного вугілля, основними видами палива та охороні навколишнього середовища від продуктів переробки вуглеводневої сировини. ( слайд 2 – мета)                                           

ІІІ. Актуалізація опорних знань

     Бесіда

1.Що ви знаєте про вугілля?

2.Опишіть фізичні властивості вугілля ( на партах зразки вугілля)

ІV.Вивчення нового матеріалу

Для всебічного висвітлення теми ми запросили фахівців різних галузей науки. Шановні інопланетні гості! Що вас цікавить?

-На нашій планеті єдиною корисною копалиною є карбін – аналог вашого вугілля. Він має метеоритне походження. А у вас?

( вчитель) Давайте вислухаємо групу палеогеологів.                                                                       

 Вугілля – тверда горюча корисна копалина органічного походження.

Вугілля — це тверда горюча копалина органічного походження, що утворилась із вимерлих рослин і планктону в результаті діяльності мікроорганізмів. Утворення кам'яного вугілля характерне майже для всіх геологічних систем — від девону до неогену (включно); воно активно утворювалося в карбоні, пермі, юрі. Залягає кам'яне вугілля у формі пластів і лінзовидних покладів різної потужності (від десятків см до декількох десятків і сотень м) на різних глибинах (від виходів на поверхню до 2500 м і глибше).

( слайд 3)

Джерело вугілля – деревовидні папороті, хвощі та плавуни, які панували на Землі у кам’яновугільний період. Великі дерева відмирали, падали у водойми, заносилися піском та мулом. Через довгий проміжок часу під дією високого тиску, температури та мікроорганізмів без доступу кисню деревина обвуглювалася, перетворюючись у чорну кам’янисту масу- вугілля. Кам’яне вугілля, як і нафта, не індивідуальна речовина.  Утворення вугілля з рослинних залишків відбувалося через кілька стадій:                                                                                                                            

Торф – Буре вугілля - Кам’яне вугілля – Антрацит

                                        Основні види вугілля  ( слайд 4)

-Що собою являє вугілля з хімічної точки зору?

 До слова запрошуємо хіміків.                              

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. До його складу входять вільний вуглець (до 10%), органічні речовини, що містять Карбон, Гідроген, Оксиген, Сульфур, Нітроген, мінеральні речовини (вони залишаються у вигляді шлаку після спалювання вугілля).

( слайд 5)

Щільна порода чорного, іноді сіро-чорного кольору. Блиск смоляний або металічний. В органічній речовині кам'яного вугілля міститься 75-92 % вуглецю, 2,5-5,7 % водню, 1,5-15 % кисню. Містить 2-48 % летких речовин. Вологість 1-12 %. Вища теплота згоряння в перерахунку на сухий беззольний стан 30,5-36,8 МДж/кг.    ( слайд 6) 

-Чи на всій території вашої держави є поклади вугілля? Як ви його добуваєте?

На це питання вам дадуть відповідь геологи.

 Найбільші розвідані запаси кам'яного вугілля в Україні зосереджені в Донецькому кам'яновугільному басейні та у Львівсько-Волинському вугільному басейні.

( слайд 7)

Серед найбільших світових  кам’яновугільних басейнів, промислова розробка яких розпочалась у XVIII–XIX ст., виділяють Центральну Англію, Південний Уельс, Шотландію та Н^,юкасл (Великобританія); Вестфальський (Рур) та Саарбрюккенський басейни (Німеччина); родовища Бельгії та Північної Франції; басейни Сент-Етьєна (Франція); Сілезії (Польща); Донецький ба-сейн (Україна).

Добувають вугілля шахтним та прямим або вскришним способами.

Проаналізуємо запаси вугілля у країнах світу ( слайд 8)

-Чи піддіється вугілля переробці і якими способами іі проводять?

Доповідь хіміків – технологів.

   ( слайд 9)

 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.

              ( слайд 10)

            ( слайд 12) 

( слайд 11)

 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.

Які речовини можна одержати при переробці вугілля?

( слайд 13)

Як використовується вугілля?

Кам'яне вугілля використовується як технологічна, енерго-технологічна і енергетична сировина, при виробництві коксу і напівкоксу з отриманням великої кількості хімічних продуктів (нафталін, феноли, пек тощо), на основі яких одержують добрива, пластмаси, синтетичні волокна, лаки, фарби і т.і.

 Один з найперспективніших напрямів використання кам'яного вугілля — скраплення (зрідження) — гідрогенізація вугілля з отриманням рідкого палива.

 При переробці кам'яного вугілля отримують також:

•                   активне вугілля, штучний графіт і т. д.;
•                   в промислових масштабах вилучається ванадій, ґерманій і сірка;
•                   розроблені методи отримання ґалію, молібдену, цинку, свинцю.

 Існують різні схеми неенергетичного використання кам'яного вугілля на основі термохімічної, хімічної та іншої переробки з метою їх повного комплексного використання і забезпечення охорони довкілля. Для задоволення потреб економіки Україна щорічно використовує близько 100 млн т вугілля, з яких майже 80 млн т видобувається вітчизняними підприємствами.

( Втручається медик)

-Шановне зібрання! Економіка країни – це вагома річ. А люди? А їх

 здоров’я? Скільки разів медики зверталися по допомогу до вугілля при лікуванні отруєнь, алергічних реакцій та інших захворювань. Чому ви не згадали таку властивість вугілля, як адсорбція?

( Вчитель) Що таке адсорбція? Як вона пов’язана зі структурою вугілля? В яких приладах використовується адсорбція?

Л\д  « Адсорбція речовин» ( відео, дослід роблять учні – інопланетяни)

( слайд14)

(  Вчитель) давайте попрацюємо теплоенергетиками і розв’яжемо задачу:

( за термохімічним рівнянням).

-Які ще види палива існують на вашій планеті?

( слайд 15)

До альтернативних видів палива належать:

•                   горючі рідини, одержані під час переробки твердих видів палива (вугілля, торфу, сланців);
•                   спирти та їх суміші, олії, інше рідке біологічне паливо, одержане з біологічної сировини;
•                   горючі рідини, одержані з промислових відходів, стічних вод, виливів;
•                   газ (метан) вугільних родовищ, а також газ, одержаний у процесі підземної газифікації та підземного спалювання вугільних пластів;
•                   газ, одержаний під час переробки твердого палива (кам’яне та буре вугілля, горючі сланці, торф), природних бітумів, важкої нафти.

Значення основних видів палива в енергетиці країни

Сьогодні у світі в середньому на одну людину споживаються 2 кВт енергії на рік. Основні джерела енергії, що використовується зараз у світі, - це нафта, вона забезпечує 40% виробництва енергії, вугілля – 26%, природний газ – 24%. , некомерційні джерела (дрова, відходи сільськогосподарського виробництва)- (4%), ядерна енергія (4%), альтернативні джерела (0,7%).

Забезпечення пальним – одна з глобальних проблем України. За даними українських вчених, наша держава забезпечена вугіллям - на 35%, нафтою - на 8%, природним газом –на 22%. ( слайд 16)

-Чи має негативний бік  використання палива? Як це впливає на оточуюче середовище?

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.

Тепловий баланс нашої планети підтримується завдяки тому, що діоксид Карбону й 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 спричиняє парниковий ефект. Отже, можна сказати, що ми живемо в умовах парникового ефекту, і це відповідає нормальному стану атмосфери, комфортному для нас. Проте посилення цього ефекту може мати згубні наслідки, зокрема — глобальне підвищення температури й, 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.

  ( слайд 17)

Крім парникового ефекту в результаті переробки й використання горючих корисних копалин атмосфера забруднюється шкідливими речовинами, такими як карбон(ІІ) оксид СО (від невпинного згоряння пального у двигунах), сульфур(ІV) оксид SO2 (утворюється із сірки, що міститься у вугіллі й бензині), метан СН4 (витік газу), гідроген сульфід H2S (виділяється під час перегонки нафти), оксиди Нітрогену NO, NO2 (під час високотемпературного горіння) та ін. Усі ці речовини спричинюють фотохімічний смог, кислотні дощі тощо. Фотохімічний смог утворюється в результаті реакцій, що відбуваються під впливом сонячного світла (фотохімічні реакції). При цьому, крім наявних у повітрі забруднювачів, додатково утворюються діоксид Нітрогену й озон. Останній реагує з вуглеводнями, що виділяються в повітря від неповного згоряння пального. У результаті утворюються сполуки, небезпечні для здоров’я людей і шкідливі для довкілля. Фотохімічний смог уперше спостерігався в Лос-Анджелесі. Крім цього, під час згоряння пального утворюється дим, в якому містяться дрібні частинки вуглецю і твердих вуглеводнів, що не згоріли, а також сполуки Кадмію, Плюмбуму, Меркурію та інших елементів, надзвичайно шкідливих для здоров’я. ( слайд 18)

 Чи можна запобігти забрудненню навколишнього середовища продуктами переробки вуглеводневої сировини? ( виступ еколога)

Яким чином можна позбутися шкідливих забрудників, що утворюються в результаті використання палива й пального?

По-перше, можна ощадливо використовувати ці продукти, тим самим зменшуючи кількість шкідливих викидів. По-друге, можна вилучати з палива сірку ще до його використання. По-третє, створювати технологічні умови для повного згоряння вугілля в котельнях, на теплоелектростанціях і бензину у двигунах автомобілів. По-четверте, можна вловлювати відходи після згоряння палива з допомогою фільтрів. По-п’яте, можна замінити джерела енергії: замість енергії палива використовувати енергію сонця, вітру, води, ядерну та геотермальну енергію. ( слайди 20 – 23)

У. Закріплення:

Задача: Який об’єм вуглекислого газу виділиться при спалюванні 200г вугілля, яке містить 20% домішок.

УІ. Підсумки, д\з:

Чи задоволені інопланетяни? Який висновок вони зробили з відвідування Землі?