• Всеосвіта
  • Бібліотека
  • Хімія
  • Кам’яне вугілля, його переробка, продукти переробки. Основні види палива та їх значення в енергетиці країни.

Кам’яне вугілля, його переробка, продукти переробки. Основні види палива та їх значення в енергетиці країни.

Опис документу:
Урок хімії для 11 класу біолого-хімічного профілю в модульній технології

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу. Щоб завантажити документ, прогорніть сторінку до кінця

Перегляд
матеріалу
Отримати код Поділитися

Урок № 53-54

Тема уроку: Кам’яне вугілля, його переробка, продукти переробки.

Основні види палива та їх значення в енергетиці країни. Проблеми добування рідкого палива з вугілля та інших альтернативних джерел. Охорона навколишнього середовища від забруднень при переробці вуглеводневої сировини та використанні продуктів переробки

Мета уроку: з’ясувати роль кам’яного вугілля як джерела різних хімічних речовин; ознайомитися з основними принципами процесу коксування кам’яного вугілля; показати розмаїтість використання продуктів коксування, узагальнити знання учнів про види палива, показати їхнє значення в енергетиці країни; ознайомити учнів із проблемами забруднення навколишнього середовища продуктами переробки нафти, вугілля, природного газу; поглибити знання про парниковий ефект; сформувати уявлення про альтернативні джерела енергії та можливості використання вторинної сировини, розвивати критичне мислення, дбайливе ставлення до навколишнього середовища, формувати екологічну свідомість та компетентність учнів; виховувати бережне ставлення до природи, почуття патріотизму та гордості за власну країну та місто.

Унаочнення: підручник, ПСХЕ, комп’ютер,презентація «Камяне вугілля та продукти його переробки»,карта корисних копалин світу, картки з задачами, 6 капелюшків різного кольору.

Хід уроку:

ММ №1 Змістовно-пошуковий

  1. Організаційна частина, створення ситуації психологічного комфорту. 1 хв

  2. Актуалізація опорних знань

1. Які види вторинної перегонки нафти вам відомі?

2. Чим бензин первинної перегонки відрізняється від крекінг-бензину? Бензин термічного крекінгу від бензину каталітичного крекінгу?

3. Запропонуйте спосіб, яким легко визначити, бензин первинної перегонки чи крекінг-бензин вам запропонували на автозаправці.

4. Що таке риформінг і навіщо його застосовують?

5. Який бензин ви хотіли б для свого автомобіля? Чому?

6. Що таке «октанове число»?

3.Вивчення нового матеріалу

Сьогодні ми з вами розглянемо ще один вид палива-вугілля. Тому тема уроку…

Коли ви чуєте слово «вугілля», які асоціації у вас виникають? Складаємо асоціативний кущ.

Ітак, вугілля –це… Складаємо кластер(визначаємо навчальну мету уроку)

ВУГІЛЛЯ

Сировина Паливо

способи добування

процеси переробки

використання продуктів переробки

охорона довкілля

Розглянути ці питання-задачі на сьогоднішній урок.

Бесіда

1. Що ви знаєте про вугілля?

2. Назвіть родовища вугілля в Україні.

Запаси вугілля на території України (117,1 млрд т) зосереджені переважно в трьох басейнах: Донецькому — 87,0 % (101,9 млрд т), Львівсько-Волинському 2,0 % (2,3 млрд т) та Дніпровському 3,5 % (4,1 млрд т).

Крім того, запаси вугілля є на території Харківської та Полтавської областей — 8,7 млрд т та Закарпатської — 0,2 млрд т.

Запасів вугілля в Україні цілком достатньо для задоволення власних потреб і забезпечення експортних поставок. Однак складні гірничо-геологічні та технологічні умови розробки вугільних родовищ України (в першу чергу Донбасу), суттєво впливають на економічну ефективність виробництва у вугільній промисловості.

Слово учителя (супроводжується демонстрацією презентації)

1. Походження вугілля

Практично неможливо встановити точну дату (близько десяти тисяч років тому) початку використання людиною вугілля. Археологами знайдені доісторичні розробки покладів вугілля.

Пізніше, у Давньому Римі, поширилося його використання, але лише за часів Аристотеля з’явився опис властивостей вугілля. У 315 р. до н. е. його учень описує вугілля як горючий матеріал і називає його «антраксом» (пізніше з’явилося назва «антрацит»).

На підставі численних фактів (виявлення у вугільних пластах відбитків листя, кори, стовбурів дерев тощо) та використання ізотопного методу аналізу було доведено теорію про органічне походження вугілля. Разом із тим складність природних процесів вуглеутворення і впливу на ці процеси таких чинників, як клімат, температура, тиск тощо, призвели до виділення хімічних, мікробіологічних і геологічних аспектів цієї теорії. До сьогодні немає єдиної думки про те, які компоненти органічних речовин є вихідним матеріалом при утворенні різних видів вугілля, немає єдиної схеми його генетичних перетворень.

Для утворення вугілля необхідне значне накопичення рослинної маси. У торф’яних болотах палеозойської ери (кам’яновугільний період) накопичувалася органічна речовина, з якої без доступу кисню формувалися поклади вугілля. Більшість промислових родовищ викопного вугілля належить до кам’яновугільного періоду, хоча існують і пізніші родовища. Вік найдавнішого вугілля оцінюється приблизно в 350 млн років.

Вугілля утворюється в умовах, коли гниючий рослинний матеріал накопичується швидше, ніж відбувається його бактеріальне розкладання. Ідеальні умови для цього є в болотах, де в стоячій воді мало кисню, що перешкоджає життєдіяльності бактерій і тим самим зберігає рослинну масу від повного руйнування. На певній стадії процесу, кислоти, що виділяються, запобігають подальшій діяльності бактерій. Так виникає торф — початковий продукт для утворення вугілля. Потім відбувається його покриття наносними шарами і торф під дією стиснення втрачає воду і гази, перетворюючись на вугілля.

Під тиском товщі осадів глибиною 1 кілометр із 20-метрового шару торфу утворюється пласт бурого вугілля завтовшки 4 метри. Якщо глибина розміщення рослинного матеріалу досягає 3 кілометри, то такий же шар торфу перетвориться на пласт кам’яного вугілля завтовшки 2 метри. На глибині близько 6 кілометрів і при значно вищій температурі 20-метровий шар торфу стає пластом антрациту завтовшки в 1,5 метра.

У результаті руху земної кори, вугільні пласти зазнавали підняття і складкоутворення. З часом підняті нагору частини руйнувалися за рахунок ерозії, а нижчі зберігалися в широких неглибоких басейнах, де вугілля розташовано на рівні не менш, як 900 метрів під земною поверхнею.

2. Види вугілля, його запаси на території України

Види вугілля:

буре вугілля;

кам’яне вугілля;

антрацити.

Види вугілля розрізняються за вмістом у його складі вільного вуглецю (до 10 %), органічних та неорганічних речовин.

3. Переробка вугілля

Коксування (суха перегонка) вугілля полягає в його хімічному розкладанні при нагріванні без доступу повітря.

Розрізняють два варіанти сухої перегонки вугілля — напівкоксування (швелювання) і коксування, перший процес здійснюється за температури 500–550 °С, друга — 900–1050 °С.

Головне завдання напівкоксування кам’яного вугілля — одержання рідких вуглеводнів (бензину); одночасно утворюються напівкокс і суміш газів (CO, CO2, H2, N2, CH4 та ін.). Напівкокс не можна застосовувати в металургії, його використовують у виробництві кальцій карбіду та для газифікації вугілля. Температура, за якої відбувається напівкоксування, не повинна перевищувати 550 °С, оскільки при більш високій температурі вихід рідких вуглеводнів зменшується. Із 1 т кам’яного вугілля одержують 110 м3 газу, 750–800 кг напівкоксу та 8 кг смоли й дьогтю.

Коксування кам’яного вугілля має велике промислове значення. Процес коксування здійснюється на коксохімічних заводах, де переробляють жирне вугілля (з виходом летких речовин 10–30 %), і на газових заводах, де переробляють газове вугілля (з виходом летких речовин 35–40 %). Процес проводять у щільно закритих камерних печах, що вміщають 30–40 т вугілля; печі обкладені жаростійкою силікатною цеглою. Між камерами розташовані канали, у яких спалюють частину газів, що відходять, для підтримки високої температури.

Газифікація — це перетворення органічної частини викопного вугілля на горючі гази під час високотемпературної (1000–2000 °С) взаємодії з окиснювачами (O2, повітря, водяна пара,CO2). При цьому вугілля майже повністю перетворюється на генераторний і водяний гази (твердий залишок — зола). Для газифікації використовують буре вугілля та продукт переробки кам’яного вугілля — кокс.

Газифікацію вугілля проводять у газогенераторах. Крізь шар коксу (товщиною 3 м) знизу нагору поперемінно пропускається повітря (гаряче дуття) і водяна пара (холодне дуття).

При гарячому дутті відбувається екзотермічний процес:

Утворений CO реагує з N2 (із повітря) і утворює генераторний (повітряний) газ. Його теплотворна здатність становить 4300 кДж / м3, що досить мало в порівнянні з теплотою згоряння природного газу (38 000 кДж / м3), тому генераторний газ використовують як паливо тільки в металургійному виробництві та на коксохімічних заводах.

При холодному дутті відбувається ендотермічний процес:

Утворена суміш CO і H2 називається водяним газом. Його теплотворна здатність 11 кДж / м3. Водяний газ використовується в багатьох промислових синтезах, наприклад при одержанні метанолу й амоніаку.

ММ № 2 Змістовно-пошуковий

4. Продукти переробки кам’яного вугілля та їх застосування

Головні продукти переробки кам’яного вугілля:

коксовий газ — використовують для обігрівання коксових печей, проте це застосування є нераціональним, оскільки його теплотворна здатність не дуже велика. Переважно коксовий газ використовують у хімічній промисловості — з нього одержують водень, етилен, із яких синтезують різноманітні речовини. Шляхом контакту з іншим продуктом (кам’яновугільною смолою) із коксового газу одержують технічний бензол — рідку суміш легкокиплячих аренів;

амоніачна вода — з неї шляхом обробки вапняним молоком (водною суспензією кальцій гідроксиду) одержують амоніак;

кам’яновугільна смола — є основним джерелом ароматичних вуглеводнів. Її розділяють шляхом перегонки на арени, феноли й похідні піридину, що є важливою сировиною для виробництва барвників, розчинників, вибухових речовин, лікарських і запашних препаратів, пестицидів тощо;

залишок перегонки смоли — кам’яновугільний пек — використовується для виготовлення асфальту й ущільнюючих засобів;

кокс, отриманий з вугілля, використовується в металургії у процесах виплавляння металів у доменних печах.

Лабораторний дослід №2. Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів і продуктів коксування кам’яного вугілля (колекція).

Лабораторний дослід № 3. Ознайомлення з різними видами палива (колекція).

Слово учителя.

Економічний розвиток суспільства тісно пов’язаний зі споживанням значної кількості енергії. Основними джерелами енергії є вугілля, нафта, природний і супутній гази. Ресурси викопного палива скорочуються, що змушує підвищувати ефективність їх використання. Одночасно постає проблема захисту навколишнього середовища, що змушує докладати зусиль, спрямованих на розробку й вдосконалення технологій використання природної сировини, опанування нових джерел енергії. У вирішенні цих проблем ключова роль належить хімії.

5. Основні види палива та їхнє значення в енергетиці країни

Джерела енергії Вироблення енергії, 1018 Дж

1972 р. 1985 р. 2000 р. 2020 р.

Вугілля 66 115 170 269

Нафта 115 216 195 106

Газ 46 77 143 125

Ядерне паливо 2 23 88 314

Разом 229 431 596 814

Запитання до учнів: проаналізуйте

Як змінюється співвідношення використання видів палива у різні роки?

Спрогнозуйте, на яких видах палива у майбутньому буде ґрунтуватися енергетика.

Які види палива будуть зменшувати «свою частку» в світовій енергетиці? Чому?

6. Забруднення навколишнього середовища при використанні вуглеводневої сировини

Лекція з елементами бесіди

Як переробка, так і використання продуктів переробки вуглеводневої сировини пов’язане з проблемою забруднення довкілля та необхідністю охорони навколишнього середовища. Але доки застосування нафти, природного газу та вугілля дає економічний ефект, доти неможливо припинити їхнє видобування та переробку. Тому проблема вдосконалення існуючих процесів та створення нових технологій у цих галузях промисловості є актуальною для всіх країн світу.

Хімічними речовинами, що найбільше забруднюють довкілля є: оксиди Карбону (CO та CO2); сульфур(IV) оксид, оксиди Нітрогену (NO та NO2), сірководень H2S, етан CH4 та багато інших.

До основних забрудників атмосфери належать:

ТЕС, що працюють на викопних видах палива;

автомобільний транспорт, що викидає у атмосферу небезпечні вихлопні гази;

нафтопереробні та коксохімічні підприємства.

Запитання до учнів

Що, крім атмосфери, зазнає забруднення? Як це відбувається?

Одним із негативних наслідків безконтрольного забруднення атмосфери є парниковий ефект. Він спричиняється збільшенням кількості вуглекислого газу і має згубні наслідки — підвищення середньорічної температури і зміну клімату.

В результаті складних фотохімічних реакцій, у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею й оксидами Нітрогену під впливом сонячного світла та підвищеної температури виникає смог. Оксиди Сульфуру та Нітрогену, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи ТЕС та автодвигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють краплі сульфатної та нітратної кислот. Вони переносяться вітром у вигляді кислотного туману й випадають кислотними дощами.

Запитання до учнів:

Як впливають зазначені явища на стан здоров’я людини? Наведіть приклади.

Чи потерпають інші живі організми від наслідків енергетичної діяльності людини? Наведіть приклади.

7. Альтернативні джерела енергії

Бесіда

Учитель записує на дошці джерела енергії, які називають учні.

Біогаз

Вугілля й торф

Нафта

Природний газ

Водень

Рослинне масло

Спирти

Біомаса

Їжа (білки, жири, вуглеводи)

Деревина

Сонце

Припливи (відливи)

Гідроелектроенергія

Вітер

Ядерне паливо

Запитання до учнів(робота в групах)

Що таке альтернативні джерела енергії?

Які із запропонованих на дошці джерел енергії є альтернативними?

Чому на сучасному етапі людство надає перевагу традиційним джерелам, знаючи про їх негативний вплив на довкілля?

Запропонуйте свої методи заохочення підприємств використовувати безпечні джерела енергії.

- Які позитивні й негативні наслідки виробництва енергії?

- У чому полягає причина кислотних дощів? Що, на вашу думку, слід зробити, щоб їх не було?

-Назвіть можливі наслідки парникового ефекту.

- Коли говорять про шкідливі наслідки для навколишнього середовища, що пов’язані з виробництвом енергії, зазвичай звинувачують хімію. Чи справедливо це?

ММ№3 Адоптивно-перетворюючий

То ж давайте звернемось до практичної частини і розв’яжемо задачі: (робота в групах)

1.Порівняйте об’єм вуглекислого газу, що виділиться в результаті спалювання : 1 т вугілля (і -2 група-1 т природного газу (0,90 метану, 0,05 етану, 0,03 пропану й 0,02 об’єму азоту ). Яка кількість тепла при цьому виділяється?

3. У добу людина вдихає приблизно 25 кг повітря. На кожні 100 км шляху автомобіль витрачає 1825 кг кисню. Скільки діб зможе дихати людина повітрям, якщо одна з машин проїде на 100 км менше? (Відповідь: 347 діб 14 годин 52 хвилини)

4. Нагромадження вуглекислого газу в атмосфері стає небезпечним забрудненням - призводить до парникового ефекту. Який обсяг CO 2 попадає в атмосферу при спалюванні 100 г поліетилену (100 шт. використаних пакетів)?

5. Сульфур (IV) діоксид є екологічно небезпечною сполукою, оскільки спричиняє кислотні дощі. Складіть рівняння взаємодії цієї сполуки з водою і обчисліть масу сульфітної кислоти, що утворюється при цьому, якщо сумарні викиди сульфур (IV) оксиду у світі становлять близько 150 млн. тонн/рік.

6. Для добування електроенергії на ТЕС протягом години спалюють 1т. вугілля, в якому вміст сірки за масою становить 2,5%. Яка маса сульфур (IV) оксиду потрапить в атмосферу протягом доби?

7. Водень є екологічно чистим паливом, яке не забруднює довкілля, бо при його спалюванні утворюється вода: 2H2 + O2 = 2H2O
При згорянні водню, в розрахунку на одиницю маси, виділяється кількість енергії, яка в 3,3 раза більша, ніж при спалюванні рідких вуглеводнів нафти, в 2,6 раза більша, ніж при спалюванні природного газу.
Обчисліть об’єм (н.у.) кисню, який затрачається на спалювання 224 л. водню, і масу води, яка при цьому утворюється.

8. Побутове сміття виділяє газ, макрокомпонентами якого є метан (40 - 70%) і карбон(IV) оксид (30 – 60%). Яка кількість теплоти виділиться в разі спалювання 2 т сміття, що містить 70% метану, якщо під час згоряння 1 моль метану виділяється 880 кДж теплоти? Поясніть,чи можна будувати електростанції на звалищах побутових відходів.

Шість шляп критичного мислення:

??? Обговорити питання-чи можливо в сучасних умовах відмовитись від використання вугілля?

Підсумки уроку.

  1. Що нового ви довідались на уроці?

  2. Які основні причини виникнення енергетичної проблеми ? Енергетична проблема України?

  3. Як у майбутньому здійснюватиметься поповнення паливних ресурсів?

  4. Як ви вважаєте , у чому має полягати енергозберігаюча політика на хімічних підприємствах та в побуті?

  5. В який спосіб можна зменшити витрати електроенергії в побуті ?

Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання

Зверніть увагу, свідоцтва знаходяться в Вашому особистому кабінеті в розділі «Досягнення»

Всеосвіта є суб’єктом підвищення кваліфікації.

Всі сертифікати за наші курси та вебінари можуть бути зараховані у підвищення кваліфікації.

Співпраця із закладами освіти.

Дізнатись більше про сертифікати.

Приклад завдання з олімпіади Українська мова. Спробуйте!
До ЗНО з ХІМІЇ залишилося:
0
4
міс.
1
6
дн.
1
4
год.
Готуйся до ЗНО разом із «Всеосвітою»!