Тема уроку: Продукти перегонки нафти, їх застосування.
Детонаційна стійкість бензину
В процесі вивчення цього уроку учні повинні навчитися описувати:
•процес та продукти перегонки нафти;
характеризувати:
•природну вуглеводневу сировину як джерело добування органічних сполук;
•значення органічних речовин для розв’язування сировинної проблеми людства;
встановлювати:
•причиново-наслідкові зв’язки між складом, будовою, властивостями та застосуванням органічних речовин;
обґрунтовувати:
•значення органічної хімії у створенні нових матеріалів.
Цілі уроку:
навчальна: ознайомити з продуктами перегонки нафти, показати їх відмінні ознаки, галузі застосування; дати уявлення про детонаційну стійкість бензину;
розвиваюча: розвивати уміння порівнювати, узагальнювати, аналізувати;
виховна: виховувати ціннісне ставлення до нафти як вуглеводневої сировини.
Словник термінів (глосарій):
Переробка нафти — складний багатостадійний процес фізичної і хімічної природи, внаслідок якого отримують понад 500 найменувань різноманітних нафтопродуктів.
Фракція — це суміш вуглеводнів, які киплять в певному температурному інтервалі.
Пряма перегонка нафти — це фізичний метод розподілу нафти на її складові, що заснований на різних температурах кипіння фракції.
Бензин – безбарвна або жовтувата рідина, що складається з суміші насичених вуглеводнів (С5 – С9).
Лігроїн – суміш рідких вуглеводнів, отримують при прямій перегонці нафти чи крекінгу нафтопродуктів. Прозора жовтувата рідина.
Гас – суміш вуглеводнів, що отримується при прямій перегонці нафти. Прозора, безбарвна або жовтувата рідина з блакитним відливом.
Газойль –суміші насичених вуглеводнів з кількістю атомів Карбону
С15 – С22.
Мазут – важке нафтове паливо, залишок після відгону з нафти легких і середніх паливних фракцій; є сумішшю парафінових вуглеводнів, молекули яких містять двадцять і більш атомів Карбону.
Крекінг — це високотемпературна переробка нафтової фракції з метою одержання низькомолекулярних продуктів із нижчою температурою кипіння.
Октанове число — умовна одиниця, яка чисельно дорівнює відсотку (за об'ємом) ізооктану в суміші, утвореної ним з н-гептаном і за своїми антидетонаційними властивостями рівноцінної даної марки бензину.
Тип уроку: комбінований
хід уроку
І. Організація класу.
ІІ. Актуалізація опорних знань. Мотивація навчальної діяльності.
2) Назвіть головні родовища нафти.
3) Яку продукцію виробляють з нафти?
ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
1. Переробка нафти.
Добуту зі свердловини сиру нафту спочатку зневоднюють і знесолюють, відокремлюють від домішок гірських порід і газів, після чого відправляють на переробку.
Існують два різні способи переробки нафти. В основі першого способу, що отримав назву пряма перегонка нафти, лежать фізичні методи розділення сумішей, тому хімічний склад компонентів нафти не змінюється. За основу другого способу взяті хімічні перетворення вуглеводнів нафти під впливом температури, тиску і каталізаторів, тобто процес супроводжується утворенням нових речовин.
2. Пряма перегонка нафти.
Як багатокомпонентна суміш, нафта не має постійної точки кипіння. Тому при її нагріванні речовини з низькою температурою кипіння першими переходять в газоподібний стан, тоді як речовини з високою температурою кипіння залишаються рідкими. На цій властивості нафти базується промисловий спосіб отримання з неї окремих груп речовин - фракцій.
Перегонку нафти здійснюють в установці, що складається із трубчастої печі й ректифікаційної колони. По трубопроводу подається нафта, де вона нагрівається до температури 320–350 °C і у вигляді суміші рідини й випарів надходить у колону. Усередині колона має горизонтальні перегородки з отворами (так звані тарілки). Випари нафти подаються в колону через отвори і піднімаються нагору. При цьому вони поступово охолоджуються й скраплюються. Менш леткі виходять на перших тарілках, більш леткі піднімаються вище.
На даному малюнку зображена схема перегонки нафти. Малюнок можна використовувати як наочний матеріал до уроку.
Найлегші вуглеводні, що містять від 5 до 11 атомів Карбону, піднімаються вище за всіх і утворюють рідку світлу суміш вуглеводнів - бензин. Це основне пальне автомобільних двигунів. Лігроїн - прозора жовтувата рідина, суміш рідких вуглеводнів із вмістом атомів Карбону С8 - С14. Його застосовують як пальне в карбюраторних і дизельних двигунах, як розчинник у лакофарбовій промисловості. Вуглеводні, що містять від 12 до 18 атомів Карбону, утворюють наступну фракцію - гас - пальне для дизельних і реактивних двигунів. До винаходу електричного освітлення люди користувалися гасовими лампами, ліхтарями, примусами. Фракція, до якої входять вуглеводні з кількістю атомів Карбону від 15 до 22, називають газойль. Це паливо дизельних двигунів. Остання фракція - мазут - є сумішшю важких вуглеводнів, які при температурі первинної перегонки нафти не досягають точки свого кипіння і тому стікають в нижню частину колони. Мазут використовують як сировину для виробництва мастил, котельного палива, вазеліну, гудрону. |
Недолік процесу первинної перегонки нафти — малий вихід бензину (20 %).
3. Вторинна переробка нафти.
Переробка нафти та нафтопродуктів Переробка мазуту
Під час вторинної переробки нафти відбувається зміна структури вуглеводнів, що входять до її складу. Серед існуючих методів велике значення має крекінг (розщеплення) вуглеводнів нафти, який проводиться для підвищення виходу бензину.
Застосовують два основних види крекінгу: термічний і каталітичний.
Термічний крекінг здійснюється тільки під впливом високої температури.
Каталітичний крекінг проводиться при значно нижчих температурах із використанням каталізаторів. Застосовують переважно для одержання високооктанових бензинів. Спеціально підібрані каталізатори забезпечують ізомеризацію й циклізацію вуглеводнів, внаслідок чого підвищується їхнє октанове число (ОЧ). Як каталізатори використають алюмосилікати, а також цеоліти. Каталізатор швидко дезактивується вугільним порошком (сажею), що осаджується на ньому, тому його доводиться часто міняти або очищати.
4. Детонаційна стійкість бензину
Давайте подивимося, як працює автомобільний двигун.
Суміш випарів бензину з повітрям засмоктується в циліндр і стискується поршнем. Стисла суміш підпалюється електричною іскрою від запальної «свічки». Вуглеводні, що входять до складу суміші, згоряють з утворенням оксиду вуглецю (IV) і води, а також оксиду вуглецю (II). Утворені гази рухають поршень, здійснюючи роботу. Чим сильніше стискується суміш випарів бензину і повітря, тим більше потужність двигуна. Однак суміші деяких вуглеводнів, що входять до складу бензину, згоряють з вибухом ще до досягнення максимального стиснення. І відбувається це не від електричної іскри, а від високої температури в циліндрі. При цьому вибухова хвиля стихійно розподіляється в стислому просторі циліндра. Вона з величезною швидкістю вдаряє об поршень, про що свідчить характерний стук в двигуні. Таке вибухове згоряння (детонація), призводить до передчасного зносу двигуна. Було встановлено, що детонацію в основному викликають вуглеводні нормальної (нерозгалуженої) будови. У той же час вуглеводні з розгалуженим вуглецевим ланцюгом, а також ненасичені і особливо ароматичні вуглеводні дозволяють значне стиснення пари бензину з повітрям.
Для характеристики якості бензину розроблена октанова шкала. Кожен вид автомобільного палива характеризується октановим числом. За нуль прийнята здатність до детонації у н-гептану, який детонує дуже легко. Октанове число відносно стійкого до детонації 2,2,4-триметилпентану (ізооктану), прийнято за 100.
СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3
н-гептан
2,2,4-триметилпентан
За цією шкалою бензин з октановим числом 92 має такі ж детонаційні властивості, як суміш 92% (за об'ємом) ізооктану і 8% гептану. Саме октанове число вказують у маркуванні бензину. Чим вище октанове число, тим потужнішим може бути двигун.
ІV. Систематизація та узагальнення отриманих знань.
Лабораторний дослід "Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів", за допомогою якого є можливість дослідити фізичні властивості нафтопродуктів і встановити зв'язок між їхнім хімічним складом, фізичними властивостями та галузями застосування.
V. Підбиття підсумків уроку
Презентація до уроку "Продукти перегонки нафти, їх застосування. детонаційна стійкість бензину".