Природные источники углеводородов

По этой шкале оценки качества бензина можно получить и смесь с октановым числом, большим 100. Например, смесь бензина (с октановым числом 100) с 10% изооктана будет иметь октановое число, равное 110.

Октановое число бензина повышается с возрастанием содержания в бензине углеводородов с молекулами разветвленного (изосоединения) и циклического строения. Например, октановое число нормального гексана равно 40, его изомеров: 1,1,1-триметилпропана – 80 и 2,3-диметилбутана – 120; циклогексана – 80 (октановое число бензола, который мы будем изучать в следующем году, равно 100).

Октановое число бензина после перегонки нефти не превышает 70. Для повышения качества низкосортных бензинов в них вводят различные добавки – антидетонаторы (до 0,3%). Наиболее распространенной добавкой является тетраэтилсвинец Рb(C2H5)4, добавление которого повышает октановое число бензина. При высокой температуре вспышки бензиновоздушной смеси тетраэтилсвинец распадается и образуется металлический свинец. Чтобы свинец не конденсировался на внутренних деталях мотора, в бензин добавляют раствор тетраэтилсвинца в бромистом этиле C2H5Вr. Образуется летучий бромид свинца, выбрасываемый в атмосферу.

Бензин с тетраэтилсвинцом называют этилированным, он крайне опасен для здоровья. При его попадании на кожу человека тетраэтилсвинец прекрасно впитывается, проникает внутрь организма и оседает в почках и мозговых тканях. Через несколько лет (даже десятков лет) у человека проявляются симптомы отравления – трясутся руки, затрудняется ходьба, ухудшается зрение и наступает слабоумие.

От тетраэтилсвинца страдают не только водители, но и все, кто дышит выхлопными газами, содержащими свинец.

Бромид свинца, попадающий в атмосферу, неустойчив и под действием света и кислорода воздуха осаждается в виде нелетучих соединений (оксиды свинца) вблизи автомобильных дорог. Овощи и фрукты, выращенные даже в 100 м от дороги, оказываются с повышенным содержанием свинца.

В цивилизованных странах введение в бензин каких-либо добавок, содержащих тяжелые элементы металлического характера, запрещено. В нашей стране пока такое запрещение распространяется только на крупные города.

Для того чтобы не вводить в бензин тетраэтилсвинец, необходимо так проводить крекинг нефти, чтобы получались смеси с возможно большим содержанием углеводородов типа изооктана. Для этого необходимо создание еще более специфически действующих катализаторов. Пока эта задача далека от желаемого решения.

Нефть может быть получена искусственно. Один из способов состоит в том, что мелкораздробленный каменный уголь нагревают с водородом (500 °С, 200 атм), при этом происходит реакция между углеродом и водородом (гидрирование) и образуются тяжелые углеводороды. Далее такая искусственная нефть подвергается той же обработке, что и природная.

Топливо, не уступающее по качеству бензину из нефти, в настоящее время получают следующим образом. При пропускании водяного пара через раскаленный углерод – кокс – образуется смесь двух газов, называемая водяным газом:

С + Н2О = СО + Н2.

Далее водяной газ пропускают через слой катализатора (железо, кобальт, никель, температура 200–300 °С) и получают смесь углеводородов, к сожалению, преимущественно нормального строения. Все многообразие реакций этого процесса можно выразить двумя схемами:

СО + Н2  смесь углеводородов + Н2О,

СО + Н2  смесь углеводородов + CO2.

В природе встречаются вещества, близкие по составу нефти. Например, горный воск, или озокерит, состоящий из твердых углеводородов. Это вещество используется для изготовления различных мастик, изоляционных материалов и т. п.

Другое вещество со знакомым вам названием – асфальт – используется в тех же целях, что и озокерит, но основная его масса в смеси с щебенкой и песком применяется в строительстве дорог. В настоящее время в качестве асфальта используют самые тяжелые остатки переработки нефти, из которых ничего более полезного извлечь не удается. Врачи и экологи неоднократно обсуждали вопрос о влиянии испарений асфальта и его пыли, образующейся при движении автомашин, на здоровье человека. Попадая с воздухом в легкие человека, пары и асфальтовая пыль могут вызвать раковое заболевание легких.

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ»

Природные источники углеводородов Интегрированный урок по географии и химии

Цели. Обобщить и систематизировать знания, активизировать познавательную деятельность учащихся, показать межпредметную связь химии и географии. Оборудование. Карта «Полезные ископаемые», коллекция горных пород и минералов, плакат «Угольное дерево», раздаточный материал (карточки по определению стран, добывающих нефть).

ПЛАН УРОКА

  Организационный момент (постановка цели урока).

  Каменный уголь (учитель географии).

  Нефть: происхождение, пути переработки (учитель химии).

  Основные месторождения каменного угля и нефти (учитель географии).

  Вопросы экологии (учитель химии).

  Интересные сведения о природных источниках углеводородов (учителя химии и географии).

  Викторина. Заключение.

По ходу урока проводится фронтальная работа с классом.

ХОД УРОКА

Организационный момент

Учитель химии. В начале урока я прочитаю вам четверостишие М.В.Ломоносова, которое стало эпиграфом урока:

«В земное недро ты, химия, Проникни взора остротой, И, что содержит в нем Россия, Драги сокровища открой».

Много богатств находится в недрах России. Двум из них посвящен урок. Это нефть и каменный уголь, с которыми вы познакомились на уроках природоведения, продолжили изучение на уроках химии и географии. Основная цель урока – обобщить ранее изученный материал, акцентировать ваше внимание на наиболее интересных фактах.

Каменный уголь

Учитель географии (показывает карточки и задает вопросы).

1. Какой из природных источников углеводородов получил название «солнечный камень»?

(Каменный уголь. Различают бурый и каменный угли, антрацит.)

2. Какие полезные ископаемые скрываются за следующими словами:

а) коричневый уголь (торф);

б) зеленый уголь (сланцы);

в) черное золото (нефть)?

Ученые-геологи называют полезные ископаемые органического происхождения каустобиолитами.

Особое место среди них в жизни человека занимают уголь и нефть. Каково происхождение каменного угля? Чистый углерод в природе встречается редко, главным образом в виде минералов – алмаза и графита, а также в пластах каменного угля. Огромные запасы каменного угля в земной коре созданы жизнедеятельностью растений, которые в процессе фотосинтеза накапливают углерод. Если растение после гибели разлагается без доступа воздуха (под водой, под землей), то часть углерода превращается в газообразные соединения. Оставшийся углерод накапливается в свободном твердом состоянии и образует пласты ископаемого угля, покрытые толщами глины и песка. В зависимости от природных условий образуются различные виды угля (демонстрация и пояснения).

Каменный уголь – плотный минерал черного цвета, то матовый, то блестящий. Содержание углерода – 82%. Температура возгорания более 300 °С. Бурый уголь – плотное, твердое вещество бурого цвета, в нем можно различить волокна древесины, из которой он произошел. Содержание углерода – 70%. Температура возгорания до 70 °С.

Антрацит – очень плотный минерал черного цвета, блестящий. Содержание углерода – 95%. Температура возгорания – 500 °С.

Торф не имеет плотной структуры, содержание углерода – 58%. Его происхождение доказал еще Ломоносов: «Торф, когда сгорит, оставляет пепел и дает из него поташ, как и другие растения. Он, конечно, не из минерального царства. Химические опыты показывают перегонкой из чистого торфа те же произведения, как происходят из растений».
Интересно описан процесс образования каменного угля в недрах земли в стихотворении Веры Инбер:

После прочтения стихотворения задаются вопросы.

Учитель географии. 1. Назовите эру, в которой произошло наиболее значительное образование залежей каменного угля. (Карбон, палеозой.)

2. Каков климат этой эры? (Теплый, влажный.)

3. Назовите растения, которые послужили основой для образования угля. (Хвощи, плаунообразные.)

4. Назовите период мезозойской эры, когда происходило образование и накопление торфа, горючих сланцев, угля. (Меловой.)

Вывод. В геологической истории Земли были периоды интенсивного образования и накопления полезных ископаемых.

Нефть: происхождение, пути переработки

Учитель химии.

Нефть – это один из самых главных природных источников углеводородов. С ней человек познакомился давно. Сведения о нефти дошли до нас с Ближнего Востока. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что в долине реки Евфрат нефть добывали и перерабатывали восемь тысячелетий назад. Битумом покрывали дно бассейнов, применяли его для предохранения от гниения деревянных балок. Асфальтом бальзамировали мумии. Нефть применялась в медицине для заживления ран, язв и лечения глазных болезней. С прорывом нефтяных фонтанов связывают гибель Содома и Гоморры. Существует легенда о том, что во время установления палатки Александра Македонского на берегу Аму-Дарьи был обнаружен источник нефти. Это было великое предзнаменование, которое положило конец колебаниям полководца, и армия направилась на покорение Индии. В истории известен греческий огонь – это смесь нефти и селитры. Она использовалась для огнеметов.

В России нефть стали добывать и использовать в ХVIII в. Первый завод по ее переработке был построен в 1745 г. на реке Ухте. Главным продуктом являлся керосин.

Открытым остается вопрос о происхождении нефти. Существуют две гипотезы.

Первая гипотеза – органическая (происхождение нефти из растительных и животных остатков). Процесс их превращения в нефть протекает на глубине 2,5–6 км при температуре 160 °С без доступа воздуха под высоким давлением.

Вторая гипотеза – неорганическая. Приверженцем этой гипотезы был Д.И.Менделеев. Он считал, что в недрах земли под действием температуры из углерода и водорода образуются нефтяные углеводороды, которые накапливаются в подземных ловушках.

Нефть – это смесь различных углеводородов. Состав нефти зависит от месторождения: бакинская нефть богата циклопарафинами, ферганская – предельными углеводородами, пермская – ароматическими углеводородами. Нефть – ценное химическое сырье.

Вопросы и задания учащимся

1. Какие известны пути переработки нефти?

2. На чем основана простая перегонка? Какие продукты можно получить при перегонке? Где они применяются? В чем недостаток процесса простой перегонки? Что такое крекинг?

3. Какие бывают виды крекинга? Каковы преимущества и недостатки данного способа переработки нефти?

4. Как практически отличить крекинг-бензин от бензина простой перегонки?

Задача. Определить объем бутана, образующегося в процессе каталитического крекинга октана массой 57 г, если выход бутана составляет 70% от теоретически возможного. Учитель географии. Каменные угли и нефть встречаются не повсеместно, а сосредоточены в отдельных районах земного шара, где имелись благоприятные условия для их образования. Крупнейшие каменноугольные бассейны относятся к осадочному чехлу платформ и расположены в северном полушарии, на материках Америки и Евразии. Задания учащимся

1.      Назовите страны, где расположены перечисленные ниже бассейны:

2. Назовите и покажите на карте страны, где ведется наибольшая добыча угля. (США, Китай, Россия.)

3. Назовите и покажите на карте моря и заливы, со дна которых добывают нефть.

Обратите внимание, что четыре из восьми крупнейших угольных бассейнов расположены на территории России. Нефтяные месторождения связаны с обширными погруженными областями земной коры, предгорными краевыми прогибами. Особо выделяется район Персидского залива. По числу месторождений-гигантов (45) лидируют страны этого региона (показывает на карте): Саудовская Аравия, Ирак, Иран, Кувейт, Бахрейн, Объединенные Арабские Эмираты.

Вопросы экологии

Учитель химии. Добыча каменного угля и нефти, развитие промышленности по их переработке, транспортировка – все это ведет к ухудшению экологической обстановки планеты. Вот факты: