История «черного золота» (Нефть и способы ее переработки).

Цели урока: сформировать понятие о составе, свойствах, способах переработки нефти как топлива и сырья для получения органических веществ; дать представление об октановом числе и детонационной стойкости бензинов; рассмотреть  способы охраны природы от загрязнений нефтью и нефтепродуктами.

Оборудование: мультимедийная презентация, коллекция «Нефть», для опыта: кристаллизатор с водой, нефть, пробковая крошка, Ложка, фарфоровая чашка.

План урока.

Учащиеся слушают лекцию, просматривая презентацию и коллекцию «Нефть».

1.Знакомство человека с нефтью.

Сегодня я расскажу вам историю золота. Но не того золота, ради которого люди предавали, убивали друг друга, пытаясь завладеть этим драгоценным металлом. А историю «черного золота» - нефти. Нефть – чудесный дар природы. Человек познакомился с нефтью еще за 5-6 тыс лет до н.э. Наиболее древние промыслы нефти известны на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуань. Шумеры за 4 тыс. лет до н.э. использовали нефтяной битум для постройки своих домов. Знали они и о горючести нефти, называли ее «светящейся водой» и использовали в светильниках. В древнем Египте нефть использовали для бальзамирования трупов. Греки и римляне применяли нефть как грозный вид оружия – «греческий огонь». Добывали нефть примитивным способом – рыли ямы и канавы, в которые из почвы просачивалась нефть. Термин «нефть» произошел от слова «нафата», что означает «просачиваться».Не исключено, что это слово связано с греческим словом «нафта» - горная смола. Нефть, вероятно, является наиболее титулованным видом полезных ископаемых. Ее величают и «королевой энергетики», и «царицей плодородия».Изучением нефти и продуктов ее переработки занимаются многие ученые мира, но особую роль в этом сыграли русские ученые. Всех интересовал вопрос: как возникла нефть? (Две точки зрения на происхождение нефти – неорганическая теория (Д.И.Менделеев), органическая теория(М.В.Ломоносов, Н.Д.Зелинский)) (схема на слайде)

2.Физические свойства нефти.

Нефть – это черная, а иногда темно-коричневая или бурая густая маслянистая жидкость с характерным запахом. Нефть не растворяется в воде. Плотность у нее меньше, чем у воды, поэтому, попадая в воду, нефть растекается по поверхности.(слайд)

Состав нефти.

Нефть – природная смесь углеводородов различной молекулярной массы, главным образом жидких (в них растворены твердые и газообразные углеводороды).         

• алканы (С5 и более, линейного и разветвленного строения)
• циклоалканы
• арены (ароматические и полиароматические углеводороды)

Также нефть содержит кислородные, сернистые и азотные органические соединения.Состав нефти различных месторождений различен. Так, нефти Татарии, Западной Украины содержат преимущественно алканы, нефть Азербайджана богата аренами, а нефть Армении и Саудовской Аравии – циклопарафинами.  Главная база России по добыче нефти – Западно- Сибирская  нефтеносная провинция. Нефтяные месторождения открыты также в Средней Азии, акватории Каспийского моря, Восточной Сибири.

 Представляя собой смесь различных веществ, нефть не имеет постоянной температуры кипения. Каждый ее компонент сохраняет в смеси свои индивидуальные свойства, что позволяет разделить смесь на составляющие.

3.Переработка  нефти.                                                                                           

В середине XIXв. В России началось активное бурение нефтяных скважин и переработка нефти для получения керосина (от греч. керос – воск), который использовали для заправки осветительных лапм. Получаемый при этом бензин либо сжигали, либо сливали в реки (вот уже когда возникали проблемы с экологией).Д.И.Менделеев доказывал, что получать и использовать из нефти только керосин – слишком расточительно. Можно получать гораздо больше ценных продуктов. 

                 Фракционная перегонка – физический способ разделения смеси компонентов с различными температурами кипения. Осуществляется в специальных установках – ректификационных колоннах, в которых повторяют циклы конденсации и испарения жидких веществ, содержащихся в нефти.(работа со слайдом). Образуются светлые нефтепродукты:

• бензин С6-С8 (tкип=40-1800С); используется как авиационное и автомобильное топливо;
• лигроин С8-С11 (tкип=180-2300С); используется как дизельное топливо;
• керосин С12-С15 (tкип=230-3000С);в течении многих лет  использовался для освещения, теперь это топливо для реактивных двигателей;
• газойль С15-С23 (tкип>3000С); соляровое масло – как топливо.

В 1875 г. А.А.Летний установил, что при температуре свыше 3000С тяжелые нефтяные остатки (после перегонки нефти) частично разлагаются на более легкие продукты – бензин, керосин и газы. В 1860г. был изобретен двигатель внутреннего сгорания, который в качестве горючего мог использовать только бензин. Число автомобилей, хоть и медленно, начало расти. Бензина стало нехватать и он был плохого качества. Нужно было срочно решать эту проблему. Продолжая работы А.А.Летнего, выдающийся русский инженер, изобретатель Владимир Григорьевич Шухов(1853-1939) в 1891году открыл новый метод получения бензина из высококипящих фракций нефти. Такой процесс был назван крекингом (от англ. to  crack –расщеплять).

 Крекинг – процесс термического расщепления молекул углеводородов на молекулы с меньшим числом атомов углерода. Например:

С20Н42→С10Н22 + С10Н20

С10Н22→С5Н12 + С5Н10

Крекинг, проведенный в присутствии катализаторов, называют каталитическим. Он приводит к получению бензина высокого качества.  В настоящее время около 90% всех органических соединений получают из нефти. Это СМС, спирты, хлороформ, пластмассы, душистые вещества, синтетические волокна, 4каучуки, лекарственные препараты и др.(слайд)

4. «Пища» для моторов.

Бензин – основное топливо для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания (изобрел француз Этьен Ленуар в 1860г.)

От качества бензина зависит работа карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, его долговечность, скорость движения автомобиля. Качество бензина определяется его детонационной устойчивостью, т.е. способностью выдерживать при высоких температурах сильное сжатие в цилиндре двигателя внутреннего сгорания без самопроизвольного возгорания. Антидетонационные свойства углеводородов и их смесей выражают октановым числом. Чем выше это число, тем выше стойкость углеводородов к детонации и тем выше качество бензина.(схема на слайде).В качестве добавок, регулирующих процесс сгорания бензина (или обладающих высоким октановым числом) может служить марганцеорганическое соединение С5Н5Mn(CO)3.Ранее для этих целей использовали тетраэтилсвинец Pb(C2H5)4, однако из-за ядовитости этого вещества, сейчас его не используют.

5.Белки из нефти. (сообщение учащегося)

6.Нефть как загрязнитель природной среды.(сообщение учащегося). Опыт «Очистка воды от нефти».                   

Заключение.

Переход к безотходным технологиям переработки нефти.

1)На нефтеперерабатывающих заводах водяное охлаждение заменяют воздушным, шире внедряются системы оборотного водоснабжения. Это сокращает на 60-70% потребление воды и почти наполовину уменьшает количество сточных вод, в которых содержатся загрязняющие вещества.

2)Утилизация вторичного тепла на нефтеперерабатывающих заводах: подогрев в воздухонагревателях отходящим газом трубчатых печей прямой перегонкой воздуха. Это позволяет экономить 5-10% топлива, расходуемого на подогрев сырья, и сокращаются выбросы продуктов сжигания в атмосферу.

Итак, мы познакомились с нефтью – удивительным творением природы. Нефть дает человеку очень многое для его жизни, но при неумелом использовании приносит вред природе и здоровью человека. Поэтому мы должны грамотно и осмотрительно пользоваться теми богатствами, которыми так щедро одарила нас природа.

Домашнее задание:§8, стр.62 в.6, 7.