Интегрированный урок по химии, биологии. географии 10 класс

Состав, переработка нефти и экологические проблемы, связанные с ней.

Интегрированный урок химии - биологии - географии в 10 классе

Цели урока:

Познакомить с составом нефти и способами ее переработки.

Рассмотреть основные международные грузопотоки нефти, определить страны, которые остаются ведущими экспортерами нефти.

Перспективы развития нефтеперерабатывающей промышленности.

Познакомить с экологическими проблемами, связанными с переработкой нефти.

Ход урока.

Учитель химии.

Опрос домашнего задания:

1.Состав и применение природного газа.

2.Состав и применение нефтяного газа.

3.Работа по разноуровневым карточкам:

Записать в тетради тему урока. Прочитать цели урока.

Мы рождаемся и живем в мире продуктов и вещей, полученных из нефти. В истории человечества были каменный и железный периоды. Как знать может быть историки назовут нефтяным или пластмассовым наш период. Нефть – является наиболее титулованным видом полезных ископаемых. Ее величают и «королевой энергетики» и «царицей плодородия». А ее королевский сан в органической химии – «черное золото». Нефть создала новую отрасль промышленности – нефтехимию, она же породила ряд экологических проблем.

Сообщение ученика: Роль нефти в современном мире.

Нефть известна человечеству с давних времен. На берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э. Использовалась она для освещения жилищ, для бальзамирования. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческого огня». В средние века она использовалась главным образом для освещения улиц.

Вначале 19 века в России из нефти путем перегонки было получено осветительное масло, названное керосином, который использовался в лампах, изобретенных в середине 19 века. В тот же период в связи с ростом промышленности и появлением паровых машин стал возрастать спрос на нефть как источник смазочных веществ. Внедрение в конце 60-х гг. 19 века бурения нефтяных скважин считается зарождением нефтяной промышленности.

На рубеже 19-20 веков были изобретены бензиновый и дизельный двигатели. Это привело к бурному развитию добычи нефти и способов ее переработки.

Нефть-это «сгусток энергии». Используя всего лишь 1 мл этого вещества, можно нагреть на один градус целое ведро воды, а для того чтобы вскипятить ведерный самовар, нужно менее половины стакана нефти. По концентрации энергии в единице объема нефть занимает 1 место среди природных веществ. Даже радиоактивные руды не могут конкурировать с ней в этом отношении, так как содержание в них радиоактивных веществ настолько мало, что для извлечения 1 мг ядерного топлива надо переработать тонны горных пород.

Залежи сырой нефти и газа возникли 100-200 миллионов лет назад в толще Земли. Происхождение нефти- одна из сокровенных тайн природы.

Существует 2 теории происхождения нефти: неорганическая теория и органическая теория. Неорганическая теория- нефть образуется на основе карбидов металлов.

В нефти встречаются углеводороды сложного строения: половые гормоны, холестерин. Теория органического происхождения: произошла нефть на основе мельчайших организмов при их отмирании. В итоге на основе белков и жиров этих организмов получилась нефть.

Современная наука имеет веские доказательства того, что в доисторические времена микроскопические морские растения и животные оказались включенными в осадочные породы, образовавшиеся на дне моря. В результате все более глубокого погребения под толщей осадочных пород органические вещества подверглись воздействию высоких температур и давления, что привело к их термическому разложению и образованию нефти и газа.

Учитель химии:

А сейчас познакомимся с физическими свойствами нефти.

Лабораторный опыт №1

Физические свойства нефти.

Ход работы:

Рассматриваем пробирку с нефтью (масленичная жидкость, темно-бурого цвета, почти черного с характерным запахом.)

Нефть не напоминает по запаху бензин, с чем ассоциируется представление о ней. Аромат нефти придают сопутствующий сероуглерод, остатки растительных и животных организмов.

Растворяем нефть в воде (не растворяется, на поверхности образуется пленка). Плотность пленки меньше воды, поэтому она находится на поверхности.

Учитель биологии

Продолжение лабораторного опыта №1

О влиянии нефти: обмакивание пера в стакан с водой на поверхности которой пленка из нефти.

Сообщение ученика: «Нефтяная чума».

«Нефтяная чума» появилась не сегодня и не внезапно. Еще в 1922 году в Великобритании принято постановление, запрещающее слив нефти в ее территориальные воды. В дальнейшем заключались международные соглашения, проводились международные совещания, создавались советы и комитеты по борьбе с нефтяным загрязнением морей. Но благополучного решения проблемы пока не видно.

Ежегодно в мировой  океан по тем или иным причинам сбрасывается от 2 до 10 млн. тонн нефти. Аэрофотосъемкой со спутников зафиксировано, что уже почти 30% поверхности океана покрыто нефтяной пленкой. Особенно загрязнены воды Средиземного моря, Атлантического океана и их берега.

Источников поступления нефти в моря и океаны много: это сброс очистных вод, принос загрязняющих компонентов реками. В настоящее время из каждых 10 добываемых в море тонн нефти 7-8 тонн доставляется к местам потребления морским транспортом. Почти каждый год случаются крупные катастрофы. В 1967 году произошла авария супертанкера «Тори Каньон» у берегов Западной Европы. В море попало 120 тыс. тонн нефти. Огромное нефтяное пятно обезобразило прибрежные воды и берега Франции и Англии. Погибло 50 тыс. водоплавающих птиц, т.е. 90% морских птиц этих районов.

Если перечислять все происходившие за последние годы аварии судов, получится громадный список. А всего 1 литр попавшей в воду нефти лишает кислорода, столь необходимого рыбам, 40 тыс. литров морской воды.

1 тонна нефти загрязняет 12 км2 поверхности океана. Личинкам некоторых морских рыб необходимо сделать первый глоток воздуха. Нефтяная пленка не позволяет этого сделать, и они гибнут.

Икринки многих рыб развиваются в приповерхностном слое воды. Опасность встречи с нефтью здесь особенно велика. На 1 гектаре морской поверхности может погибнуть более 100 миллионов рыбок, если имеется нефтяная пленка. Чтобы ее получить достаточно вылить 1 литр нефти.

Некоторые составные части нефти несут гибель морским беспозвоночным и Ракообразным животным. Моллюски, например, накапливают канцерогенные вещества, извлекаемые ими из нефти.

Трудно перечислить все беды, которые причиняет «нефтяная чума» океану.

Учитель химии

Методы утилизаций нефтяных загрязнений

1. Поглощение нефти

Некоторые вещества и материалы, такие, как опилки, торф, солома или полистирол, обладают способностью собирать нефть на своей поверхности. Нефтяные пятна посыпают адсорбентами, которые затем извлекают вместе с нефтью.

2. Затопление нефти 

Если нефтяное пятно покрыть мелом или гипсом ,  то оно тонет  и идёт ко дну. Но на морском дне нефть всё ещё опасна для водорослей и животных.

3. Использование буев

Нефтяные пятна можно убрать с помощью специальных плавающих буев, ограничивающих дальнейшее растекание пятен. Сначала пятно окружают такими буями, а затем нефть откачивают оттуда в специальные контейнеры.

4. Технология очистки водоемов и почвы от нефтяных загрязнений комплексным методом с применением углевородокисляющих бактерий.

Технология основана на предварительном сборе нефти механическим способом и далее на использовании адсорбента с нефтью в качестве топлива или деструкции адсорбента микроорганизмами.

5. Новый способ

Британские ученые разработали новое средство борьбы с нефтяным загрязнением окружающей среды, возникающим при крушениях танкеров. Средство представляет собой специальный гель, который разбрызгивается с самолетов на разлитую в море нефть и вызывает её отвердение. Слой нефти на воде превращается в некое подобие ковра, который без особых проблем можно нарезать полосами, скатать и удалить.

Учитель химии:

Нефть природная смесь углеводородов различной молекулярной массы, содержащих от 5 до 50 атомов углерода. В состав нефти входят следующие классы органических соединений:

Алканы

Циклопарафины

Ароматические углеводороды

В основном в состав нефти входят алканы, как линейного так и разветвленного строения. В ней найдены все изомеры гексана, гелтана. Кроме углеродов нефть содержит:

Состав нефти различных месторождений различен.

Учитель географии

Распределение основных запасов нефти в мире.

Слово «нефть» появилось в русском языке в 17 веке и происходит от арабского «нафата», что означает «извергать». Так называли в 4-3 тыс. до н. э. жители Месопотамии- древнего очага цивилизации- легковоспламеняющуюся маслянистую черную жидкость, которая действительно иногда извергается на поверхность земли в виде фонтанов.

Поэтому, с древних времен и до середины 19 века нефть добывали там, где она изливалась в виде источников, проходя по разломам и трещинам в горных породах. Но когда начали ее искать вдали от мест непосредственного выхода нефти, возникли вопросы: как это делать? где бурить скважины?

В ходе долгих геологических исследований, было установлено, что нефть скорее всего будет там, где мощные пласты осадочного чехла смяты в складки и разорваны тектоническими движениями земной коры, образуя куполовидные изгибы пластов, так называемый антиклинальный тип природного скопления углеводородов, называемый залежью. Участки земной коры, содержащей одну или несколько таких залежей, называют месторождениями.

В мире открыто более 27 тыс. нефтяных месторождений, но лишь небольшая их часть (1%) содержит ¾ мировых запасов нефти, а 33 супергиганта- половину мировых запасов.

Анализируя распределения мировых разведанных ресурсов нефти по регионам и странам,  приходим к выводу, что исключительная роль приходится на Юго-Западную Азию, а именно 2/3 мировых ресурсов нефти залегают в странах Персидского залива (СА, Ирак, ОАЭ, Кувейт, Иран).

Предлагаю используя данные выполнить задание №1(отметить на контурной карте 10 первых стран мира  по разведанным ресурсам нефти).

Учитель химии

Нефть перерабатывают на нефтеперерабатывающих заводах.

Способы переработки нефти:

Физический метод (первичная переработка самой нефти)

Химический метод (вторичная  переработка, т. к. перерабатывается не сама нефть, а фракции, полученные в процессе первичной переработки)

Физический метод. Перегонку нефти осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и ректификационной колонны. По трубопроводу подается нефть, где она нагревается до t=320-3500 и в виде смеси жидкости и паров поступает в колонну. Внутри она имеет горизонтальные перегородки с отверстиями, так называемые тарелки. Пары нефти подаются в колонну через отверстия, поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаются и сжижаются. Менее летучие получаются на первых тарелках, боле летучие поднимаются вверх.

При этом выделяют следующие фракции:

Заполнить таблицу

Остаток после перегонки (мазут) также подвергают вакуумной перегонке (при пониженном давлении) и получают: солярные масла (дизельное топливо), смазочные масла (машинные, цилиндровые), оставшаяся часть гудрон.

Недостаток перегонки малый выход бензина (20%).

Химические способы переработки. (Выход бензина до 70%). Крекинг- слово произошло от «тухрек»- раскалывать, расщеплять. Способ изобретен русским инженером в 1891 г., в России начал осуществляться только после Октябрьской революции. Цель- получение бензинов, непредельных углеводородов. Сырье- соляровые фракции. Условия- t=470-5500. Р=2-7 Мпа. Процесс крекинга заключается в расщеплении молекул углеводорода с длинной углеродной цепью на более короткие под действием высокой t.

При термическом крекинге образуется много микромолекул газообразных углеводородов, которые можно использовать как сырье для получения спиртов, карбоновых кислот, В.М.С.(полиэтилен). Бензин низкого качества. В мире всего 10%  получают термического крекинга.

Каталитический крекинг, при нем расщепление углеводородов происходит при более низкой t  (450-5000) с применением катализаторов, процесс происходит с большой скоростью. Бензин более высокого качества, т. к. наряду с реакциями расщепления идет реакция изомеризации и образуются разветвленные углеводороды. Непредельных углеводородов содержится меньше, поэтому он более устойчив при хранении. Получают преимущественно авиационный бензин.

Пиролиз- наиболее жесткая форма термического крекинга, t больше 7000. Получают газообразные вещества (этилен, ацетилен). Сырье любое (от природного газа до нефти).

Риформинг- это процесс ароматизации бензина. Получают бензин высоких качеств и много ароматических углеводородов.

Таким образом, мы познакомились с основными способами переработки нефти.

Учитель географии

Топливная промышленность в мировом хозяйстве.

НПЗ, занимающееся переработкой нефти различные виды топлива (бензин, керосин, мазут) располагаются в основном в районах потребления. Поэтому в мировом хозяйстве образовался огромный территориальный разрыв между районами ее добычи и потребления. Выясним, почему?

В настоящее время нефть добывается более, чем в 80 странах мира. Между экономически развитыми и развивающимися странами мировая добыча (приближающаяся к 3,5 млрд. тонн) распределяется примерно поровну.

Чуть более 40% приходится на страны ОПЕК, а из отдельных крупных регионов особо выделяется Зарубежная Азия- прежде всего благодаря странам Персидского залива.

Проанализируем данные, так, на страны Персидского залива приходится 2/3 мировых разведанных запасов нефти и около 1/3 ее мировой добычи. 4страны этого региона добывают более 100 млн. тонн нефти в год каждая, при этом в данном списке лидирует СА, занимающая 1 место в мире. Остальные же регионы по размерам добычи нефти распределяются в таком порядке: Латинская Америка, Северная Америка, Африка, СНГ, Северная Европа. При этом большая часть энергоресурсов, прежде всего нефти , добываемой в развивающихся странах вывозится в США, Западную Европу, Японию, которые будут всегда испытывать высокую зависимость топливного импорта в промышленности.

В результате между многими странами и континентами образовались устойчивые «энергетические мосты»- в виде мощных, прежде всего океанических, нефтяных грузопотоков.

Таким образом ведущими экспортерами нефти в настоящее время остаются страны ОПЕК (почти ОПЕК 2/3 мирового экспорта), Мексика и Россия. Отсюда наиболее мощные экспортные грузопотоки нефти имеют следующие направления:

Закрепляя предложенный материал, выполните задание №2 на контурных картах.

Отметьте основные грузопотоки нефти.

Учитель химии

Нефть используется в мировом  хозяйстве, не только как энергоресурс, но и широко применяется в химической промышленности.

Сообщение ученика: 

Использование нефтепродуктов:

Применение бензина широко распространенно в автомобильной промышленности.

Лигроин используется как горючее для тракторных двигателей, керосин- для реактивных авиационных двигателей, газойль – дизельное топливо. Из мазута получают солярные масла- дизельное топливо, смазочные масла, вазелин, парафин. В настоящее время наибольшую ценность среди нефтепродуктов представляют бензиновая и керосиновая фракции. Причем первая применяется не только как горючее для химической промышленности. В процессе крекинга нефти полученные продукты применяют: в получении взрывчатых веществ, лекарственных мазей, мазей для приготовления парфюмерных изделий, волокна лавсана, растворителей, бутадиенового каучука, бутадиенстирольного каучука, горючего для двигателей внутреннего сгорания.  

Учитель биологии

Продукты переработки нефти широко используются, но они создали большие экологические проблемы.

Сообщение ученика:

Средний состав отработанных газов:

Оксид углерода СО- угарный газ. Ядовитый газ без цвета и запаха. При вдыхании связывается с гемоглобином крови. Небольшие концентрации вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедление реакции у водителя. Высокая концентрация даже при кратковременном воздействии может привести к смерти. Кислородное голодание прежде всего разрушает головной мозг и особенно пагубно для сердечной мышцы, вызывает заболевание сердца- стенокардию.

Альдегиды. Относятся к отравляющим веществам, раздражающе действуют на глаза, дыхательные пути, поражая почки и печень.

Оксиды азота. Растворяясь в воде, образуют азотистую и азотную кислоты, являются причиной кислотных дождей. Эти же кислоты образуются в верхних дыхательных путях организма, разъедая их.

Сажа. Чем больше сажи, тем чернее дым. Сажа действует на органы дыхания, как любая пыль, но самое страшное, что на поверхности частиц сажи оседают канцерогенные вещества.

Канцерогенные вещества /в частности бензпирен/. Очень опасны для человека даже при малой концентрации, поскольку накапливаются в организме, эти вещества вызывают раковые заболевания.

Свинцовые соединения. Яды, поражающие центральную нервную систему, желудочно-кишечный тракт, нарушающие процессы обмена веществ. Соединения свинца накапливаются в организме до опасных концентраций. Вблизи автомагистралей они накапливаются в почве и растениях.

Сернистый газ. С парами воды в атмосфере образует серную кислоту. Длительное вдыхание вызывает нарушения деятельности нервной системы.

Вывод:

Таким образом, продукты переработки нефти отрицательно действуют на организм человека, но без автомобиля трудно представить сейчас жизнь людей, поэтому необходимо искать новые безопасные виды топлива, либо изменять конструкцию двигателей, чтобы сделать их более безопасными для человека.

Закрепление изученного материала:

Самостоятельная работа.

1. На какие природные сферы и как влияет нефть и продукты ее переработки?

2. Какие меры применяются для очистки воды от нефти?

3. Перечислите продукты, получаемые при перегонке нефти.

4. Сравните термический и каталитический крекинг.

5. Как называется международная организация стран –экспортеров нефти?

6. Какая страна в мире занимает первое место по добыче нефти?