Интегрированный урок по химии и географии «Нефть и нефтепродукты. »

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК ХИМИИ И ГЕОГРАФИИ

С.С. МАСТЮГА (учитель географии), И.Дз. РЕВАЗОВА (учитель химии)

МБОУ СОШ № 17, г. Владикавказ, РСО-А

ИНТЕГРАЦИЯ - (от лат.Integration - восстановление, соединение) - процесс, результатом которого является достижение единства и целостности, согласованности внутри системы, основанной на взаимозависимости и взаимодополняемости отдельных специализированных элементов.

Наверняка опыт проведения интегрированных уроков есть у каждого учителя. И хоть это требует большой подготовки, эффективность таких уроков довольна высока. Взаимосвязь двух учебных дисциплин в рамках 40 минут должна выглядеть гармонично и быть понятной ученику.

Посредством интегрированного урока мы пытались сформировать у учащихся целостную картину восприятия мира. Предметом изучения является один объект (в данном случае - нефть), который мы рассматриваем с точки зрения различных наук.

Предлагаем разработку интегрированного урока химии и географии, которым учитель географии обобщал и закрывал цикл тем по нефтяной промышленности мира, а учитель химии начинал изучение нефти и продуктов ее переработки.

На этом уроке в 10 классе присутствовали администрация и учителя школы.

Урок был подготовлен в течение 7 дней. Учителя химии и географии подобрали фактический материал и, используя ресурсы Интернета, подготовили презентацию. Учащимся было дано задание подобрать экологический материал и озвучить его в ходе урока.

АННОТАЦИЯ УРОКА

ТЕМА УРОКА: НЕФТЬ. НЕФТЕПРОДУКТЫ.

ТИП УРОКА: урок обобщения, систематизации и закрепления с элементами получения новых знаний.

ВИД УРОКА: интегрированный урок с применением ЭОР.

ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ: химия + география

ЦЕЛЬ УРОКА: обобщить, систематизировать и закрепить знания о нефти.

ЗАДАЧИ УРОКА:

Образовательные: углубить и расширить знания учащихся об основных нефтяных месторождениях мира, а также ведущих нефтеэкспортирующих державах; познакомить учащихся с составом нефти, фракционной перегонкой нефти, способами получения и использования продуктов нефтепереработки; познакомить учащихся с экологическими проблемами, возникающими при добыче, транспортировке и переработке нефти.

Развивающие: развитие познавательного интереса к предметам; умение самостоятельно добывать необходимую информацию; расширить представление о значимости нефти, практически во всех сферах жизни.

Воспитательные: воспитывать ответственность за порученное дело.

Метод проведения урока: урок-эстафета (учителя и ученики передают слово друг другу) как одна из форм нетрадиционного урока в комбинации с межпредметной интеграцией, отражает тенденции времени и настроения. В процессе изучения химии очень часто понятия из близких областей (например, географии) переплетаются в разделах учебного материала.

На всех этапах урока как средство наглядности используется ИКТ (презентация в PowerPoint)

Задачи урока: познакомить учащихся с нефтью как естественноисторическим телом, гипотезами происхождения нефти, составом и свойствами; углубить и расширить представления школьников о природных источниках нефтехимического сырья; показать, что нефть - важный источник углеводородов.

Оборудование: географические карты, банка с нефтью, коллекция «Нефть и нефтепродукты», презентация.

Ход урока.

(слайд 1)Не держу секрета я
Я - не камень - жидкость я.
Резко пахну, масляниста,
Загораюсь очень быстро.
Глубоко в земле живу,
Людям честно я служу,
Чёрным золотом зовусь,
Очень трудно достаюсь.
Получают из меня
Керосин, бензин, масла!

(учащиеся сами определяют тему и цели урока слайды 2. 3)

(Учитель географии)С нефтью человек познакомился давно. Сведения о ней пришли к нам с Ближнего Востока. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что еще в долине р. Евфрат нефть и продукты ее окисления (асфальт и др.) люди добывали 8-6 тысячелетий назад. Древние шумеры использовали битум вместо связующего раствора в кладке, как клей для закрепления кремневых лезвий в орудиях труда. В гробницах Ближнего Востока, в развалинах древних цивилизаций Америки находят украшения и различные конструкции, скрепленные нефтяным цементом. Нефть в древнем мире была грозным оружием: подожженная нефть лилась на головы штурмующих крепостные стены, горящие стрелы, смоченные в нефти, летели в осажденные города.

(1 ученик)В Древнем Египте нефть применяли для бальзамирования мумий. Нефть применялась в медицине как средство для заживления ран и язв, для лечения глазных болезней и т.д. В Вавилоне нефтью освещали улицы. В раннем средневековье нефть уже добывалась из колодцев, затем появились первые скважины глубиной до 200-300 м в Северной и Средней Италии, в Германии. В Китае бурение известно было еще до нашей эры.

(Учитель химии. Слайд 5). Происхождение нефти является одной из тайн природы. Спор об этом относится к числу «великих геологических споров», еще не завершенных.

Существует 2 теории происхождения нефти: неорганическая и органическая.

Предположение о неорганическом происхождении нефти выдвинул в 1876 г. Д.И. Менделеев. Он считал, что вода, попадающая в недра Земли по трещинам-разломам в земной коре, под действием высоких температур и давлений реагирует с карбидом железа, образуя углеводороды, которые поднимаются по трещинам породы, скапливаясь в пустотах-ловушках.

Основы биогенной основы теории происхождения нефти заложили М.В. Ломоносов и Н.Д. Зелинский, затем В.И. Вернадский и И.М. Губкин. Согласно этой теории нефть образовалась из остатков наземной растительности, которые сносились реками в водоемы, и морского зоо - и фитопланктона. Один из существенных доводов в пользу этой точки зрения является наличие в составе нефти спор и пыльцы растений, а также азотсодержащих органических соединений, вероятно, ведущих свое происхождение из хлорофилла растений и гемоглобина животных.

(2 ученик) Вопрос о происхождении нефти имеет не только теоретическое значение. Он прямо связан с проблемой исчерпаемости ресурсов природных источников углеводородов. Согласно биогенной теории запасы нефти образовались в ранние геологические эпохи, и сейчас, сжигая геологическое топливо, человечество необратимо тратит ту энергию, которую запасли доисторические живые организмы. Если же нефть постоянно образуется в глубинах Земли, то бурение глубоких скважин позволит найти практически неисчерпаемые запасы. Окончательное решение этого вопроса ученым еще предстоит найти, хотя на сегодняшний день все-таки наиболее доказанной считается теория биогенного происхождения нефти.

(Учитель химии.Д/О, слайд 6) Нефть - это маслянистая жидкость темно-бурого или почти черного цвета с характерным запахом. Каждая нефть имеет только ей присущий цвет: Кавказа - нефть темно-зеленая, Сибири - желтоватая, Белоруссии - розоватая, Мангышлака - черная.

Белая нефть - конденсат, состоящий из самых легких фракций углеводородов. Редко встречается на земле и представляет огромную ценность. Одно из месторождений - запад Свердловской области.

Каждая нефть имеет свой неповторимый букет запахов. Нефть Апшерона нельзя спутать по запаху с нефтью Ухты. Аромат нефти придают сопутствующий ей сероуглерод, остатки растительных и животных организмов.

По составу нефть - это сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы, главным образом жидких. Обычно это алканы, циклоалканы и арены. По преобладанию того или иного класса углеводородов нефтехимики подразделяют нефти на метановые, нафтеновые, ароматические. В нефти, добываемой из разных месторождений, содержатся как углеводороды нормального строения, так и их изомеры. В ней найдены все изомеры пентана, гексана, гептана. (Д/З:записать все изомеры этих веществ и дать им названия).

(Учитель географии.слайд 7) За последние два столетия мировая топливно-энергетическая промышленность прошла в своем развитии два главных этапа. В течение 19 в. и первой половины 20 в. продолжался угольный этап, когда в структуре топливно-энергетического баланса резко преобладало угольное топливо .Затем наступил второй, нефтегазовый этап. Это объясняется многими преимуществами нефти и газа как наиболее эффективных энергоносителей перед твердым топливом. Предполагалось, что энергетический кризис 70-х гг. приведет к началу третьего этапа в развитии мировой энергетики - к довольно быстрому переходу от минерального топлива к ядерной энергетике, возобновляемым и нетрадиционным источникам энергии. Но этого не произошло в значительной мере из-за того, что нефть снова подешевела (в конце 80-х гг. до 100 и менее долларов за 1т.)

Задание№1.(учебник) Проанализируйте рисунок 23.Охарактеризуйте изменения, произошедшие в потреблении первичных энергоресурсов на протяжении 20 в.

(Учитель географии.слайд 8)Сегодня нефть добывается более чем в 80 странах мира. Однако основную часть этого вида топлива дает десяток стран, добывающий более 100 миллионов тонн нефти в год.

Задание: анализ рисунка 14. «Добыча нефти в 2006 г.»

(Учитель географии.слайд 9)К главным импортерам нефти относятся страны Азиатско-Тихоокеанского региона, США и европейские страны. В направлении этих регионов сформировались устойчивые потоки нефти и нефтепродуктов из стран Ближнего и Среднего Востока, Латинской Америки,Африки, России.

Задание (учебник) анализ рисунка 50. «Страны, имеющие максимальную протяженность магистральных нефтепроводов»

В последнее время на географию добычи нефти и газа все большее оказывает влияние использование морских месторождений. К концу 1980-х годов вблизи берегов 40 стран их было открыто более 500. Запасы морской нефти оцениваются в 20-30 млрд. т и более. Одним из важнейших районов добычи стала акватория Северного моря. Современная техника позволяет вести бурение в море на глубине 200-300 м.

(слайд 10)На мировой рынок поступает свыше 2/5 добываемой сырой нефти и 15% нефтепродуктов. Мировая добыча нефти составляет более 3,5 млрд. т, примерно 40% ее приходится на страны ОПЕК. На страны Персидского залива приходится 2/3 мировых разведанных запасов нефти и около1/3 ее добычи. Первым в истории экспортером черного золота была Венесуэла. В 1539 году в Мадрид была отправлена бочка нефти.

(слайд 11)Из 30 разведанных во всем мире нефтяных месторождений - гигантов 15 находятся в бассейне Персидского залива. Но даже среди них выделяются такие месторождения, как Гавар в Саудовской Аравии с запасами 12 млрд. т нефти и Эль-Буркан в Кувейте -8-9 млрд. т. Скважины на месторождениях Персидского залива фонтанирующие: их средний дебит составляет 1-2 тыс. т. в сутки. Общее число скважин - 5 тыс. Для сравнения: в США таких скважин 615 тыс., а среднесуточный дебит одной скважины 1-2 т.

(слайд 12) Нефть добывают в основном с помощью бурения скважин на суше, морях и океанах. Нефть, только что добытую из скважины, называют сырой. Ее нельзя использовать ни в качестве топлива, ни в качестве сырья для химических процессов. Она должна быть переработана.

(3 ученик) В 1745 г. На р. Ухте на Севере России архангельским промышленником и рудоискателем Ф.С. Прядуновым был построен первый в мире нефтеперегонный завод, на котором ежегодно перерабатывалось 27 тонн ухтинской нефти. Во-вторых, нефть стала необходимой для разработанного к концу 19 в. двигателя внутреннего сгорания и дизеля. В-третьих, в начале20 в. нефть становится универсальным топливом. Важную роль в этом процессе сыграл изобретенный инженером В.Г. Шуховым метод крекинга нефти.

(Учитель химии.слайд 13)Современная нефтепереработка - это сложный комплекс производственных процессов, направленный на получение нефтепродуктов, а также сырья для нефтехимии и органического синтеза. До стадии перегонки нефть очищают от примесей солей и воды.

Перегонка основана на разнице температур кипения углеводородов, входящих в состав нефти. Перегонку осуществляют в установке, которая состоит из трубчатой печи и ректификационной (разделительной) колонны. В печи находится трубопровод, по которому непрерывно подается нефть, где она нагревается до 350^оС и в виде паров поступает в ректификационную колонну. Внутри она имеет тарелки с отверстиями. Пары нефти через отверстия попадают вверх, при этом они охлаждаются и сжижаются. При перегонке получают светлые нефтепродукты:

- бензин - С₆ - С₈ (t_кип=40-180^оС): используется как авиа- и автомобильное топливо;

- лигроин - С₈-С₁₁ (t_кип=180-230^оС): используется как дизельное топливо и как растворитель в лакокрасочной промышленности, а также для переработки в бензин;

- керосин - С₁₂-С₁₅ (t_кип=230-300^оС): в течение многих лет использовался для освещения, теперь это топливо для реактивных двигателей;

- газойль - С₁₅-С₂₃ (t_кип выше 300^оС): соляровое масло как топливо.

Жидкая часть нефти, поступающей в колонну, стекает по тарелкам вниз, образуя мазут, представляющий собой ценную смесь большого количества тяжелых углеводородов.

Для получения высококачественных нефтепродуктов нефть подвергают вторичной переработке, которая связана с изменением структуры углеводородов, входящих в ее состав.

В первую очередь это процессы крекинга - расщепления молекул углеводородов на молекулы с меньшим числом атомов углерода, например:

C₂₀H₄₂→C₁₀H₂₂+C₁₀H₂₀;

C₁₀H₂₂→C₅H₁₂+C₅H₁₀.

Таким способом получают главным образом автомобильный и авиационный бензин (выход 70%).

Термический крекинг был открыт русским ученым В.Т. Шуховым в 1891 году.(слайды 14, 15).

Более перспективен каталитический крекинг (впервые осуществлен в 1918 году Н.Д. Зелинским). Его проводят в присутствии катализатора (смеси оксида алюминия и оксида кремния) при t=450-500^оС и атмосферном давлении. При каталитическом крекинге получается бензин более высокого качества, чем при термическом крекинге. Это связано с тем, что наряду с реакциями расщепления происходят реакции изомеризации алканов нормального строения:

CH₃ - CH(CH₃) - CH₂ - C(CH₃)₂ - CH₃ - дать название веществу.

Еще одним из видов вторичной переработки нефти является риформинг - процесс ароматизации, т.е. превращение парафинов и циклопарафинов в ароматические углеводороды в присутствии платинового или молибденового катализатора.

(слайды 16-22)К основным загрязнителям вод Мирового океана относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодные поступления нефти в океан достигают 30-35 млн. т. Загрязнение вод нефтью может происходить в результате ее естественных выходов в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья.

Естественные выходы нефти приурочены к крупным нефтеносным районам, расположенным на континентальном шельфе у берегов Южной Калифорнии в Мексиканском и Персидском заливах, в Карибском и Аравийском морях, у побережья Аляски и Канады, у берегов Индонезии и в некоторых других районах. Поступление нефти в водную среду из этого источника приближенно оценивается в 0.5 млн. т/год.

(4 ученик)Загрязнение водных объектов нефтью в районах интенсивной добычи отмечается повсеместно. Неправильные действия и технические неполадки в процессе бурения и эксплуатации скважин приводят к залповым выбросам нефти. Так, например, хрестоматийным примером больших утечек из скважин является Санта-Барбара в Калифорнии, где нефть в результате выброса покрыла акваторию площадью 2072 кв. км, а общий объем вылившейся нефти через 100 дней после выброса оценивался в 15 млн. литров.

(Учитель химии) Сильное загрязнение водной среды происходит при транспортировке нефти. В настоящее время 65% мировой добычи нефти перевозится морским путем. Согласно прогнозам, объем перевозок возрасте т более,чем вдвое, при одновременном увеличении тоннажа и мощности танкерного флота.

Нефть нерастворима в воде и ее плотность меньше, чем у воды, попадая в нее, нефть растекается по поверхности, препятствуя растворению кислорода. (Д/О) добавим небольшое количество нефти в стакан с водой. Жидкости не смешиваются. Наблюдается нефтяная пленка на поверхности воды.

(5ученик) Если нефть попала в водоем, то нефтяная пленка на поверхности воды нарушает обмен тепла, влаги и газов между водной средой и атмосферой, в результате нарушается биологическое равновесие. 1 л разлитой нефти загрязняет приблизительно около 40 тыс. л морской воды. Воздействие нефти на экосистемы проявляется по-разному в зависимости от степени загрязнения. Это может быть:

- непосредственное отравление живых организмов с летальным исходом.

- нарушение физиологической активности.

(Учитель географии)Для удаления нефтепродуктов из сточных вод на заводах применяют типовые нефтеловушки, представляющие собой горизонтальные отстойники. Продолжительность пребывания воды в нефтеловушке обычно составляет 2 часа при расчетной скорости потока 3-8 мм/c. В отечественной и зарубежной практике при доочистке сточных вод, прошедших нефтеловушку, применяются пруды дополнительного отстоя. Пруд обеспечивает снижение содержания нефтепродуктов в воде до 30-60 мг/л

(Учитель химии) Итак, нефть и продукты ее переработки - это то, без чего сегодня человечество не проживет дня. Мы рождаемся и живем в мире продуктов и вещей, полученных из нефти. Д.И. Менделеев говорил, что топить нефтью, это все равно, что топить ассигнациями. К сожалению, на сегодняшний день мы не бережем углеводородное сырье. Напрасно сжигая нефтепродукты, человечество приближает момент их исчерпания. Кроме того, сжигание нефти приводит к печальным экологическим последствиям.

Литература

О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов настольная книга учителя химии.- М.: Дрофа, 2004.

В.Д. Войошников, Н.А. Войошникова Книга о полезных ископаемых. - М.:1991

В.П. Максаковский География. - М.: Просвещение, 2009

А.Е. Айларов и др. Экология. - Владикавказ, Ир, 1994