Этот урок является одним из серии уроков по теме: "Топливо и технологии переработки”, для учащихся 10 классов.

Тип урока:

Урок, интегрированный с подходом во взаимосвязи следующих дисциплин: химии, географии и экологии.

Цель:

Охарактеризовать нефть, как вещество, как полезное ископаемое, проанализировать способы добычи и переработки нефти и проследить экологические последствия, связанные с ними.

Новизна:

На уроке используются элементы статистики, а именно статистический опрос дает возможность каждому ученику проанализировать рассмотренный материал, что в свою очередь, позволяет провести экологический анализ последствий нефтяных загрязнений по предложенному ряду критериев и сравнить их с результатами, полученными методами, используемыми международным обществом Green Peace.

Актуальность: Затронутые на уроке проблемы техногенного загрязнения вследствие добычи, транспортировки и переработки нефти характерны для всего Земного Шара и в связи с их актуальностью.

Для более глубокого освещения рассматриваемого материала к уроку заранее привлечены учащиеся. Им было предложено дополнительно подготовиться по предлагаемому плану. Используя поиск специальной литературы, в том числе иностранных статей и статей промышленных журналов, проанализировать собранный материал. Выделить главные аспекты проблемы, особенности, подчеркнуть положительные моменты и недостатки, синтезируя материал в кратком сообщении одноклассникам.

Для активизации не только слуховой памяти, мною были использованы: видеофильм о методах переработки нефти, диапроектор. Кроме того, демонстрируется на опыте метод оседания нефти. Показана сорбционная способность смеси торфа и соломы поглощения нефтяных углеводородов на простом бытовом примере – при ликвидации нефтяных пятен. Использование таких приемов делает урок наглядным.

План урока: (урок рассчитан на 45 минут)

Нефть, как химическое вещество (5 минут).
Нефть, как полезное ископаемое (7 минут).
Переработка нефти (12 минут).
Методы ликвидации нефтяных пятен (13 минут).
Статистический анализ (выбор самого эффективного метода ликвидации) (8 минут).

Нефть, как химическое вещество.

Нефть и продукты ее естественного выхода на земную поверхность – асфальты и битумы – давно известны человеку. Их использовали в Вавилоне и Византии, как зажигательную смесь. В древнем Египте и Риме нефть применяли для строительства дорог и других сооружений. С конца XVIII века продукт переработки нефти, керосин, стал использоваться для освещения жилищ и улиц, а с XIX века, с изобретением двигателей внутреннего сгорания нефтепродукты стали основным видом топлива для различных транспортных средств.

Еще с уроков естествознания в младших классах учащиеся знают физические параметры одного из распространенных веществ воды (жидкость, без цвета, без запаха, кипит при 100 °С и является растворителем для многих веществ).

А вот нефть.

Учащиеся сравнивают физические свойства нефти и воды.

Нефть – жидкость, черного цвета, маслянистая, с резким запахом, не смешивая с водой.

Нефть – это полезное ископаемое, значит ее как-то добывают. Добычу в нашей стране можно изобразить на следующем графике. Где по оси ОХ – отложили годы, а по оси ОY – количество добываемой нефти в миллиардах тонн. Из приведенного графика видно, что добыча нефти с каждым годом растет.

Нефть добывают в основном с помощью бурения скважин.

Первоначально нефть и сопутствующий газ находятся в пластах под давлением, то нефть поступает из скважин под давлением, т.е. нефть как бы вытесняется давлением на поверхность. Такой способ добычи называется фонтанным. По мере добычи нефти давление в пласте уже становится недостаточным, поэтому это давление создают искусственно. Для этого бурят рядом не одну, а две скважины и в одну из них пропускают газ под определенным напором, а через другую скважину этот газ вытесняет оставшуюся нефть.

Нефть, только что добытую из скважины, называю сырой.

Сырая нефть – это сложное вещество, имеет вид маслянистой жидкости и представляет собой смесь углеводородов. Всего всех углеводородов входящих в состав смеси около 70 %. А остальные 30 % - это неуглеводородные компоненты и вода.

Итак: нефть состоит из:

70% - углеводородов,
30% - неуглеводородов,
1 % - вода.

Если отделить воду от нефти, то получим товарную нефть. Однако ее нельзя использовать ни в качестве топлива, ни в качестве сырья для химических процессов. Она должна быть переработана.

Переработка нефти.

Существует первичная и вторичная переработка нефти.

Первичная переработка – это перегонка нефти. Эта операция позволяет разделить нефть на фракции в соответствии с их температурой кипения.

Учащиеся смотрят видеофильм, и сами делают вывод о необходимости вторичной переработки.

Вторичная переработка – это крекинг и пиролиз нефти.

Начнем более подробное изучение первичной переработки. Прежде чем начать любую переработку, нужно от нефти отделить сопутствующие газы: бутан и пропан. Перегонку нефти проводят в ректификационных колоннах, которые соединены с нагревательной печью, которая называется кубом, (1) и холодильником (3).

Колонна представляет собой стальную башню, внутри которой расположены поперечные тарелки. В кубе нефть нагревают до t = 350°C . При этой температуре нефть превращается в пар, который попадает в колонну. Проходя через отверстия в тарелках, постепенно конденсируется.

Углеводороды менее летучие и сжигаются уже на первых тарелках, образуя газоиль, более летучие собираются выше и образуют керосин, еще выше лигроин, а затем бензин.

Жидкая часть нефти, поступающая в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя мазут. Все что остается (т.е. перегоняемая часть мазута) – это гудрон.

Итак, нефть полностью разложили на фракции.

Тогда возникает вопрос: Зачем нужна вторичная переработка? Оказывается практический выход бензина очень низкий, кроме того, полученный бензин имеет низкое октановое число (О.Ч.).

О.Ч. – (ОЧ100) это величина, которая показывает способность топлива противостоять сжатию. Чем больше О.Ч., тем качество бензина выше.

Для повышения выхода бензина, и О.Ч. бензина осуществляют крекинг (разложение больших углеводородов на более простые, термическим и каталитическим способами).

Видео сюжет.

И пиролиз (т.е. разложение органических веществ без доступа воздуха).

Значит, нефть интенсивно добывают и перерабатывают в разные виды топлива. Но запасы нефти нашей Земли неумолимо исчезают. И сейчас уже более 2/5 всей нефти взято со дна океана. Значит, нефть может появиться в водах океана в связи с ее добычей,в результате аварий при ее переработке.

Методы ликвидации нефтяных пятен.

Аварии нефтяных судов – это бич Мирового Океана.

Немецкие ученые подсчитали, что ежегодно на морских трассах может возникнуть не менее 10 тысяч опасных ситуаций.

При этом около одного миллиарда тонн нефти может вылиться в океан.

Рассмотрим крупнейшую экологическую катастрофу, которая произошла 23 марта 1989 года на Аляске. Танкер на борту, которого находилось 50 тонн нефти, ночью не справился с управлением и напоролся на рифы. За пять дней на поверхность воды вылилось около 44 тонн нефти. При этом образовалось пятно диаметром в 1200 км².

Катастрофа на Аляске (схема)

В результате этой аварии:

1) погибли рыбы, водоросли и морские животные;
2) птицы, чьи перья слиплись от нефти, не смогли подняться в воздух;
3) морские тюлени пытались слизнуть нефть со своего тела и погибли от отравления;
4) наступило переохлаждение птиц.

Конечно, лучше если не будет не одной аварии, но реальность другая. И поэтому нужно знать, как убирать нефть из океана.

Самоликвидация – этот метод применяют в том случае, если нефть разлита далеко от берегов и пятно небольшое (в этом случае пятно лучше совсем не трогать). Постепенно пятно растворится в воде и частично выпарится. Иногда нефть не исчезает и через несколько лет, мелкие пятна достигают побережья в виде кусочков скользкой смолы.

Итак:

1) нефть далеко от берега;
2) пятно исчезает само.

Химическое рассеивание – существуют химические препараты для ликвидации пятен и одни из них:

1) впитывают нефть в себя как губка;
2) сягивают нефть в плоские маленькие пятна, которые потом уже легче убрать;
3) уплотняют нефть в кубики.

Самые эффективные из них называются диспергенты. Диспергенты – это вещества, которые разбивают нефтяной слой на мельчайшие капельки, не смешивающиеся друг с другом. А затем эти вещества вылавливаются большими сачками и сжигаются на суше.

Итак:

1) используются химические препараты;
2) метод дорогой.

Оседание. Ученые обнаружили, что если нефтяное пятно посыпать слоем мела, то мел будет впитывать в себя нефть, и очень быстро тонуть, очищая, таким образом, поверхность воды от нефтяных пятен, однако нефть остается на дне и продолжает отравлять флору и фауну океана.

Учащимся показывают опыт.

Итак:

1) посыпают мелом;
2) метод относительно дешевый.

Поглощение. Всем вам известны солома и торф, – которые поглощают нефть, после чего их можно аккуратно собрать и вывести с последующим уничтожением. Этот метод годится лишь в условиях штиля и только для небольших пятен. Этот способ весьма популярен в последнее время из-за своей дешевизны и высокой эффективности.

Итак:

1) посыпают соломой или торфом;
2) метод дешевый.

Метод ограждения. Если нефтяное пятно окружить плавающими заграждениями, оно не будет увеличиваться в размерах. Такие заграждения называются – контейнерами. Их можно даже передвигать в удобное для ликвидации место. Затем специальное судно откачивает нефть из контейнеров насосами. Но эту откаченную нефть использовать как топливо нельзя, кроме того, этот метод применяется только при спокойной погоде, т.е. когда на море нет волн. А если авария произошла в полярных водах, нефть становится вязкой, что влечет за собой некоторые трудности.

Итак:

1) можно нефть оградить контейнерами;
2) нефть откачивают насосами.

Статистический анализ (выбор самого эффективного метода ликвидации) .

При сжигании нефти, количество углекислого газа возрастает, т.е. возрастает вероятность возникновения парникового эффекта.

Итак, подведем итог – идеального метода нет. Поэтому поиски новых технологий очистки рек и морей от нефти продолжается. Но из этих методов можно выбрать самый эффективный.

Оценивать методы будем по четырем критериям: денежные затраты, эффективность, трудности из-за природных условий и экологическая чистота. Оценка ведется по шестибальной системе от нуля до пяти. Чем меньше баллов наберется у того или иного метода, тем этот метод лучше и наоборот.

критерии методы	денежные затраты	эффективность	трудности из-за природных условий	экологическая чистота	Итого
1. Самоликвидация	0	5	5	5	15
2. Химическое рассеивание	5	2	2	4	13
3. Осаждение	4	3	3	5	15
4. Поглощение	2	4	1	3	10
5. Ограждение	3	3	3	4	13

Сравним с предложенной оценкой Green Peace. Наша с Вами оценка может и не совпадать с предложенной оценкой Green Peace. Т.к. оно использует в оценке около 30-ти критериев, а мы ограничились четырьмя, поэтому наш вывод субъективен.

I Место – метод поглощения;
II Место – методы химического рассеивания и ограждения;
III Место – методы осаждения и самоликвидации.

Применение статистического опроса на завершающем этапе урока – это осуществление обратной связи. Предложенный подход не только вызывает интерес к рассматриваемой теме, но и резко повышает эффективность усвоения материала.