Способы переработки нефти конспект урока

Конспект урока по химии на тему «Природные источники углеводородов. Переработка нефти» (10 класс)

Класс 10 Б Дата 23.11.20 г.

Тема урока: Природные источники углеводородов. Переработка нефти.

Цель урока: Сформировать у учащихся знания о нефти как смеси веществ, о видах топлива,

способах переработки и значении в экономике государства.

Учебные: Познакомить учащихся с природными источниками углеводородов, их составом, свойствами, применением. Изучить основные свойства бензина и меры безопасности при работе с ним.

Развивающие: развивать умение организовывать; умений работать с учебником; развитие мышления.

Воспитательные: рациональному использованию природных источников углеводородов; формирование научного мировоззрения.

Личностные УУД: смыслообразование (каков смысл изучения данной темы); формирование

познавательных интересов и мотивов, нравственно-этическое оценивание усваиваемого

Регулятивные УУД (организация учащимися своей учебной деятельности): целеполагание,

планирование, прогнозирование, контроль, коррекция, оценка, волевая саморегуляция в ситуации

Познавательные УУД: поиск и выделение необходимой информации, структурирование знаний,

смысловое чтение, умение осознанно строить речевое высказывание, логические действия (анализ,

синтез, сравнение, обобщение).

Коммуникативные УУД: учебное сотрудничество с учителем и учениками,

постановка вопросов, оценка и коррекция действий партнера.

Оборудование: УМК: Химия 10 — учебник, коллекции «Нефть и нефтепродукты», презентация.

Углеводороды все такие разные –

Жидкие и твёрдые, и газообразные.

Почему так много их в природе?

Дело в ненасытном углероде.

Действительно, этот элемент, как никакой другой, “ненасытен”: он так и стремится образовывать то цепи, прямые и разветвлённые, то кольца, то сетки из множества своих атомов. Отсюда множество соединений из атомов углерода и водорода.

Углеводороды – вещества, состоящие из углерода и водорода, – являются основой органического синтеза, а органическую химию определяют, как химию углеводородов и их производных. Углеводороды в больших количествах извлекают из веществ природного происхождения: нефти, каменного угля, природного газа. Наша страна занимает одно из ведущих мест в мире по запасам, добыче, экспорту и переработке углеводородного сырья. Природные источники углеводородов являются связующим звеном межгосударственных отношений в политической и экономической области.

Из курсов истории, географии, экологии, химии вы уже многое знаете о нефти. Что такое нефть? Теплотехник на этот вопрос ответит: «Прекрасное высококалорийное топливо». Географ скажет: «Ценнейшее полезное ископаемое». Химик возразит: «Нет! Это сырьё для получения множества химических продуктов». Сегодня на уроке мы постараемся выяснить, кто из них прав и почему нефть называют «чёрным золотом».

А) Какие природные источники углеводородов вы знаете?

Б) Какое вещество является основной составной частью природного газа?

В) Какие углеводороды составляют основную часть природного газа?

Изучение нового материала.

Около 90% энергии, потребляемой современной цивилизацией, образуется при сжигании природных горючих ископаемых – природного газа, нефти и каменного угля.

Россия – страна, богатая запасами природных горючих ископаемых. Большие запасы нефти и природного газа есть в Западной Сибири и Приуралье. Каменный уголь добывают в Кузнецком, Южно-Якутском бассейнах и других регионах.

Природный газ состоит в среднем по объему на 95% из метана.

Кроме метана, в природном газе разных месторождений содержатся азот, углекислый газ, гелий, сероводород, а также другие легкие алканы – этан, пропан и бутаны.

Природный газ добывают из подземных месторождений, где он находится под большим давлением. Метан и другие углеводороды образуются из органических веществ растительного и животного происхождения при их разложении без доступа воздуха. Метан образуется постоянно и в настоящее время в результате деятельности микроорганизмов.

Метан обнаружен на планетах Солнечной системы и их спутниках.

Чистый метан не имеет запаха. Однако используемый в быту газ имеет характерный неприятный запах. Так пахнут специальные добавки – меркаптаны. Запах меркаптанов позволяет вовремя обнаружить утечку бытового газа. Смеси метана с воздухом взрывоопасны в широком диапазоне соотношений – от 5 до 15% газа по объему. Поэтому при ощущении запаха газа в помещении нельзя не только зажигать огонь, но и пользоваться электрическими выключателями. Малейшая искра способна вызвать взрыв.

Рис. 1. Нефть разных месторождений

Нефть – густая жидкость, похожая на масло. Цвет ее – от светло-желтой до коричневой и черной.

Рис. 2. Месторождения нефти

Нефть разных месторождений сильно различается по составу. Рис. 1. Основная часть нефти – углеводороды, содержащие 5 и более атомов углерода. В основном, эти углеводороды относятся к предельным, т.е. алканам. Рис. 2.

В состав нефти входят также органические соединения, содержащие серу, кислород, азот, Нефть содержит воду и неорганические примеси.

В нефти растворены газы, которые выделяются при ее добыче – нефтяные попутные газы . Это метан, этан, пропан, бутаны с примесями азота, углекислого газа и сероводорода.

Каменный уголь , как и нефть, представляет собой сложную смесь. На долю углерода в нем приходится 80-90%. Остальное – водород, кислород, сера, азот и некоторые другие элементы. В буром угле доля углерода и органических веществ ниже, чем в каменном. Еще меньше органики в горючих сланцах .

В промышленности каменный уголь нагревают до 900-1100 0 С без доступа воздуха. Этот процесс называется коксованием . В результате получается необходимый для металлургии кокс с высоким содержанием углерода, коксовый газ и каменноугольная смола. Из газа и смолы выделяют много органических веществ. Рис. 3.

Рис. 3. Устройство коксовой печи

Природный газ и нефть являются важнейшими источниками сырья для химической промышленности. Нефть в том виде, как ее добывают, или «сырую нефть», трудно использовать даже в качестве топлива. Поэтому сырую нефть разделяют на фракции (от англ. «fraction» – «часть»), используя различия в температурах кипения составляющих ее веществ.

Способ разделения нефти, основанный на разных температурах кипения составляющих ее углеводородов, называется перегонкой или дистилляцией. Рис. 4.

Рис. 4. Продукты переработки нефти

Фракцию, которая перегоняется примерно от 50 до 180 0 С, называют бензином .

Керосин кипит при температурах 180–300 0 С.

Густой черный остаток, не содержащий легколетучих веществ, называется мазутом .

Существует и ряд промежуточных фракций, кипящих в более узких диапазонах – петролейные эфиры (40–70 0 С и 70–100 0 С), уайт-спирит (149–204°С), а также газойль (200–500 0 С). Они используются в качестве растворителей. Мазут можно перегнать при пониженном давлении, таким путем из него получают смазочные масла и парафин. Твердый остаток от перегонки мазута – асфальт . Его используют для производства дорожных покрытий.

Переработка попутных нефтяных газов является отдельной отраслью и позволяет получить ряд ценных продуктов.

Быстро ответьте на вопросы:

Перегонка нефти (ректификация)

Разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре (пиролиз)

Расщепление углеводородов, содержащихся в нефти (крекинг)

Маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета (нефть)

Остаток после перегонки нефти (мазут)Один из продуктов крекинга нефти используемый в качестве охлаждающей жидкости для двигателя автомобиля (антифриз)

Можно ли выразить состав нефти одной формулой? (нет)

Одинаковыми ли физическими свойствами обладает нефть разных месторождений? (нет)

Еще Д.И. Менделеев говорил, что топить нефтью – это значит, топить денежными ассигнациями. Почему он так говорил?

С одной стороны, нефть – эффективное топливо, с другой – из нее можно получить много ценных продуктов.

Каковы перспективы развития нефтяной отрасли в России?

Что можно сделать, чтобы уменьшить вред, наносимый нефтью природе?

Что собой представляет нефть по составу?

Перечислите основные свойства нефти.

Какие способы переработки нефти вы узнали на уроке?

Почему на транспорте используют разные виды топлива? А в разных автомобилях – разные марки бензина. Что нужно знать?

1. У вас возникло подозрение, что работники автозаправочной станции, где вы постоянно заправляетесь, добавляют в бензин воду. В вашем хозяйстве есть гашеная и негашеная известь. Можно ли с помощью этих веществ проверить свои подозрения? Потребуются ли для этого еще какие-то вещества? (добавить в бензин негашеной извести, если есть вода-раствор приобретет щелочную реакцию, которую можно определить с помощью индикаторной бумаги)

2. Примесь воды в бензине ухудшает все характеристики работы двигателя. Но в морозную погоду такое мошенничество может привести и к более тяжелым последствиям – двигатель вообще не сможет работать. Что может стать причиной остановки двигателя в мороз, если бензин разбавлен водой? (вода может замерзнуть в бензопроводе и закупорить его)

Что Вам удалось запомнить в процессе урока?

Что из материалов урока Вам показалось интересным?

Что из материалов урока Вам показалось новым?

Пригодятся ли Вам полученные знания в дальнейшей жизни?

Был ли этот урок полезным для Вас?

Остались ли у Вас вопросы к учителю, нерешенные проблемы?

Источник

Нефть и способы её переработки

Урок 20. Химия 10 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Нефть и способы её переработки»

Как известно, основными источниками углеводородов являются природный газ, нефть и каменный уголь.

Природный газ состоит в основном из метана, в небольшом количестве здесь содержится этан, пропан, и изомерные бутаны.

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разной глубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами. Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине на поверхность Земли. По запасам нефти Россия занимает одно из ведущих мест в мире.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значительно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти.

Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в 18 – начале 19 века. М. В. Ломоносов заложил гипотезы органического происхождения нефти, объясняя её образование воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего, по его мнению, образовывались асфальты, нефти и «каменные масла». Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана А. Гумбольдтом в 1805 году.

В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть её сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.

Нефть состоит из смеси насыщенных и циклических углеводородов, в которых 50 и более атомов углерода.

Самым первым этапом переработки нефти является её перегонка. С помощью перегонки нефть разделяют на фракции – смеси веществ с близкими температурами кипения. Как известно, чем больше молекулярная масса углеводорода, тем выше его температура кипения.

При перегонке нефти образуются следующие фракции:

· дизельное топливо (С₁₈ и выше).

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. С 1823 года Дубинины стали вывозить фотоген (керосин) многими тысячами пудов из Моздока внутрь России. Завод Дубининых был очень прост: котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая – приёмник для керосина.

Петролейный эфир используют в качестве растворителя, керосин – как топливо для авиационных двигателей, газойль – как топливо для дизельных двигателей (автомобилей и трактора).

Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большим числом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяют на фракции:

После фракционной перегонки нефти следует крекинг, который заключается в расщеплении углеводородов с большой относительной молекулярной массой на углеводороды с небольшой молекулярной массой.

Различают крекинг термический и каталитический. Термический крекинг идёт при температуре 450-550 0 C, при этом получают лёгкие нефтяные фракции. Если термический крекинг идёт при температуре выше 750 C 0 , то получаются алкены.

Крекинг изобрёл русский инженер В. Г. Шухов в 1891 году. В 1913 г изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65 % всех бензинов получается на крекинг-заводах.

Владимир Григорьевич Шухов – строитель и механик, нефтяник и теплотехник, гидротехник и судостроитель, учёный и изобретатель. По проектам Шухова было построено более 500 стальных мостов. Шухов впервые предложил использовать вместо сложных шарниров простые соединения на заклёпках. Чрезвычайно интересны работы Шухова по сооружению металлических сетчатых оболочек. Изобрёл крекинг нефти. Нефтепроводы, по которым нефть перекачивается, также сделаны по его формулам. Резервуары для хранения нефти тоже его заслуга.

При термическом крекинге происходит разрыв С – С-связи, при этом образуются смеси углеводородов, имеющие небольшое октановое число.

Октановое число – показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для двигателей внутреннего сгорания.

То есть октановое число углеводорода с неразветвлённой цепью, а именно гептана – принято за 0, а октановое число углеводорода с разветвлённой цепью, а именно изооктана, или 2,2,4-триметилпентана – за 100.

Соответственно, антидетонационная стойкость определяется октановым числом, которое зависит от строения углеводородов. Чем выше октановое число, тем лучшими антидетонационными свойствами обладает бензин. Более высокие октановые числа характерны для углеводородов разветвлённого строения.

Например, октановое число гексана – 19, циклогексана – 110, изобутана – 122, изопропилбензола – 132, а 1,2,4-триметилбензола – 171.

Раньше для повышения октанового числа топлива добавляли тетраэтилсвинец, который является крайне токсичным веществом.

Для получения углеводородов разветвлённого строения используют каталитический крекинг. Этот крекинг идёт в присутствии катализатора, при этом получаются углеводороды, содержащие от 5 до 11 атомов углерода и имеющие разветвлённое строение, которые обладают более высоким октановым числом.

Так, каталитическим крекингом из бутана получают изобутан.

Риформинг – (от англ. reforming – «переделывать», «улучшать») промышленный процесс переработки бензиновых и лигроиновых фракций нефти с целью получения высококачественных бензинов и ароматических углеводородов. При этом молекулы углеводородов в основном не расщепляются, а преобразуются. Сырьём служит бензинолигроиновая фракция нефти.

Основными продуктами переработки нефти являются: сырьё для химической промышленности, асфальт, масла, топливо для самолётов, смазочные материалы, дизельное топливо и автомобильное топливо.

Несмотря на то, что нефть и продукты её переработки широко используются человеком, загрязнение ими окружающей среды приводит к экологическим проблемам. Очень опасно попадание нефти и нефтепродуктов в водоёмы, это может привести не только к гибели животных, но и к попаданию их в питьевую воду.

При сгорании различных видов топлива кроме углекислого газа образуются ещё и опасные для здоровья человека вещества, как оксид углерода (II) и оксиды азота.

При сгорании топлива выделяется большое количество оксида углерода (IV), что приводит к так называемому «парниковому эффекту», то есть повышению температуры на нашей планете.

Таким образом, переработка нефти заключается в её перегонке. Следующий этап термический и каталитический крекинг, который заключается в изомеризации и расщеплении углеводородов с большей молекулярной массой на углеводороды с меньшей молярной массой. Углеводороды разветвлённого строения обладают более высокими октановыми числами.

Источник