ТЕМА УРОКУ: "Основні види палива та їх значення в енергетиці країни. Проблеми добування рідкого палива з вугілля. Охорона навколишнього середовища від забруднень при переробці вуглеводневої сировини та використань продуктів переробки"

 

МЕТА УРОКУ: Розглянути основні види палива та їх значення в енергетиці країни. Розкрити проблеми добування рідкого палива з вугілля. 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.

ХІД УРОКУ

I.Організація класу.

Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Відповіді на запитання учнів.

II.Мотивація уроку.

В курсі хімії 11 класу ми будемо продовжувати вивчення курсу органічної хімії і зупинимось на природних джерелах вуглеводнів та їх переробці.

III.Повідомлення теми, мети уроку.

Тема фіксується на дошці, мету учні записують в зошитах у вигляді плану.

IV.Актуалізація знань учнів.

Бесіда.

• Які елементи, крім Карбону і Гідрогену, входять до складу природних вуглеводнів?
• Які речовини як побічні продукти утворюються при переробці вуглеводнів? Чи є вони забруднювачами навколишнього середо­вища?
• Відомо, що при горінні вуглеводнів в атмосферу викидається велика кількість вуглекислого газу. Які наслідки це має для земних екосистем?
• При виробленні і використанні енергії велика кількість тепла втрачається. Чи впливає це якось на навколишнє середовище?
• Які види нафти вам відомі?

V.Вивчення нового матеріалу.

1.         ПРИРОДНІ ДЖЕРЕЛА ВУГЛЕВОДНІВ.

Природні гази, нафта і кам'яне вугілля – основні джерела вуг­леводнів. При їх переробці одержують практично всі органічні спо­луки, які використовуються в різних галузях народного господарст­ва, причому обсяги видобутку їх зростають з кожним роком, але ще швидше зростає потреба в них. Якщо раніше основна частина при­родних вуглеводнів використовувалася тільки як паливо, то зараз акценти зміщаються у бік переробки їх з метою одержання органіч­них речовин: синтетичних волокон, штучного хутра, барвників, роз­чинників, різних видів палива, лікарських препаратів, мастил, пласт­мас, каучуків і т. д. Просте спалювання газу, нафти, вугілля економічно не вигідне. Крім цього, продукти спалювання природ­них вуглеводнів забруднюють атмосферу. Тому з кожним роком усе активніше йде пошук альтернативних джерел енергії.

2. ДОБУВАННЯ РІДКОГО ПАЛИВА З ВУГІЛЛЯ.

З вугілля, завдяки значній різноманітності його складу, можна добувати незрівнянно ширший асортимент продуктів, ніж з нафти і природного газу.

Треба відзначити негативний вплив коксохімічного виробництва на навколишнє середовище. Так, з однієї коксової печі при звичайному завантаженні шихти в атмосферу надхо­дить 3-5 кг вугільного пилу; 2,2 кг оксиду вуглецю (II); 1,6 кг пари кам'яновугільної смоли та масел; 0,57 кг вуглеводнів; під час вивантаження готового коксу - 2,8 кг пилу; 0,6 кг оксидів азоту.

Істотним процесом, що зумовлює міграцію хімічних речовин з коксових батарей у навколишнє середовище, є гасіння коксу. Коли вода стикається з розпеченим коксом, з башт гасіння виді­ляється багато водяної пари, яка містить велику кількість різноманітних домішок. Білі «султани» парогазової суміші, що періодично з'являються над баштами гасіння - характерна ознака «краєвиду» коксохімічного заводу.

Беззаперечно, деякі заходи, спрямовані на зменшення нега­тивного впливу на довкілля, проводяться. Так, за допомогою спеціальних вбирників уловлюється сірководень, що виділяє­ться з коксового газу. З нього добувають сірчану кислоту, яка використовується на коксохімічних заводах для виробництва сульфату амонію. Проводиться постійна робота по вдосконаленню методів очи­щення стічних вод від небезпечних речовин. Так, біохімічний метод забезпечує глибоке очищення вод від фенолу. Перспек­тивним є використання озону для очищення вод від ціанідів і тіоціанатів (роданідів).

Великого значення для оздоровлення атмосфери набуває впровадження способу сухого гасіння коксу інертними газами, який значно скорочує небезпечні викиди в атмосферу. Ця новітня екологічно нешкідлива технологія все ширше викори­стовується на коксохімічних заводах України.

З екологічного погляду коксохімічне виробництво вимагає не лише технологічного поліпшення певних його ланок, а й до­корінної перебудови у повністю безвідхідне з комплексним використанням ресурсів на основі принципово нових технічних рішень.

3. ПРОБЛЕМА ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА. ОХОРОНАНАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА.

Економічний розвиток суспільства тісно пов'язаний зі споживан­ням зростаючої кількості енергії. Основні джерела енергії – вугіл­ля, нафта, природний і супутний нафтові гази. Ресурси викопного палива скорочуються, що змушує думати про підвищення ефектив­ності їхнього використання. У той же час необхідність захисту нав­колишнього середовища змушує докладати зусиль, спрямованих на удосконалення технологій використання природної сировини, а та­кож на створення нових джерел енергії. У розв'язанні цих проблем провідна роль належить хімії.

Екологічно шкідливими наслідками виробництва енергії є: пар­никовий ефект, кислотні дощі, термічні й хімічні забруднення на­вколишнього середовища.

Парниковий ефект

Щохвилини у світі спалюються сотні мільйонів тонн вугілля. Про­дуктами його спалювання, крім корисної енергії, є дим, сажа, карбон діоксид і сульфур оксиди. На сучасних теплоелектростанціях, які пра­цюють на вугіллі, видалення пилу й окалини з топкових газів здійснюється за допомогою спеціальних фільтрів - електроосаджувачів. Потім очищені гази піднімаються по високій трубі, через яку вони випускаються у верхні шари атмосфери, де в результаті відбувається збільшення концентрації карбон діоксиду. Існує думка, що це призво­дить до виникнення так званого парникового ефекту.

Парниковий ефект обмежує кількість теплової енергії, яка випус­кається Землею в космічний простір. Нагромадження пилу у верх­ній атмосфері, що відбувається одночасно з цим, призводить, навпа­ки, до охолодження Землі, оскільки підсилює відбивання сонячного випромінювання земною атмосферою.

Та частина сонячного випромінювання, яка, пройшовши крізь озоновий шар, досягає поверхні Землі, представлена м'яким ульт­рафіолетом, видимим світлом, а також інфрачервоними променями. Інфрачервоне (14) випромінювання називають ще тепловим: ІЧ-хвилі впливають на молекули, як би розгойдуючи їх, підсилюють в них коливальний рух атомів, що призводить до підвищення температу­ри речовини. Нагріта земна поверхня теж стає джерелом довгохвиль­ового ІЧ-випромінювання (з максимумом близько 10 мкм). Таке випромінювання поглинають пари води, вуглекислий газ, метан, та інші компоненти атмосфери, створюючи парниковий ефект. Без пар­никового ефекту Земля була б мертвою пустелею: усе її тепло, що випускається, ішло б у космос, температура біля її поверхні склада­ла б -15 °С, а не +18 °С як зараз. Однак збільшення промислових викидів і зростання концентрації СО2 в атмосфері може призвести до глобального потепління клімату. Тоді за рахунок танення поляр­них льодів підніметься рівень Світового океану, і частина суші буде затоплена.

Кислотні дощі

Шкода, якої завдають кислотні дощі:

Зниження врожайності основних сільськогосподарських куль­тур (пшениці, жита, кукурудзи і т. д.), оскільки в закислених ґрун­тах гинуть рослини й ґрунтові тварини. Тільки деякі рослини (кро­пива, щавель, виноград) люблять кислий ґрунт.

Загибель лісів. Через кислотні дощі дерева втрачають імунітет, хворіють, у них знижується фотосинтез, і вони гинуть.

Загибель закритих водоймищ (озер). Під дією кислоти розчи­няються алюмосилікатні породи, а алюміній токсичний. Від нього гинуть водяні рослини й тварини.

Корозія і руйнування вапняних, кам'яних будинків, метале­вих дахів і різних споруд.

Причиною кислотних дощів є викиди сульфур (IV) оксиду ,та ін­ших сполук, що викликають підвищення кислотності в дощовій краплі в результаті:

• спалювання будь-якого викопного палива;
• роботи хімічних виробництв;
• роботи металургійних комбінатів;
• роботи двигунів внутрішнього згоряння (в основному, автомо­білів).

НЕТРАДИЦІЙНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

Найважливішими з них є енергія, що виділяється при реакціях ядерного по­ділу, енергія вітру, морських хвиль і припливів, а також сонячна енергія, що використовується шляхом прямого перетворення і шляхом переробки біомаси.

Сонячна енергія використовується в таких різних формах, як горючі копалини, біомаса, енергія вітру. Використання всіх цих форм енергії яв­ляє собою непряме перетворення сонячної енергії на форми, корисні людству.

Способи прямого перетворення сонячної енергії

1.    Використання сонячних панелей. їх виготовляють з металів, оскільки останні є гарними провідниками тепла. Найчастіше з цією метою викорис­товується мідь. На неї наносять покриття чорного кольору, щоб панель краще поглинала сонячне світло. Сонячні панелі звичайно прикріплюють на дахах будинків і використовують для обігріву житла.

2. Перетворення сонячної енергії за допомогою фотоелементів.

Одна з можливостей їхнього поліпшення полягає у використанні скля­них панелей, що містять уран оксид і рідкоземельний елемент неодим, який підсилює поглинання світла фотоелементом.

3. Використання сонячної енергії для одержання водню (як палива) з во­ди. Водень — найбільш розповсюджений елемент у Всесвіті, хоча цього не можна сказати про Землю. Велика частина водню в земних умовах знахо­диться у складі води. Одержаний будь-яким способом водень можна пере­
творити потім на інші види палива, наприклад метанол. Найпростішим способом одержання водню з води є електроліз.

Перспективним також є пряме використання сонячної енергії для одер­жання водню з води за допомогою її фотохімічного розкладу. Цей процес називається фотолізом. Тепер вивчаються два підходи до вирішення цієї проблеми — біологічний і біохімічний.

4. Біофотоліз. При біохімічному підході для одержання водню з води використовуються ферменти, одержані з живих організмів. За допомогою цього підходу вже вдається одержувати водень з води, однак швидкість і тривалість цього процесу поки ще незадовільні.

5. Використання штучного хлоропласту і синтетичного хлорофілу для фотохімічного розкладу води.

6. Використання сонячних колекторів, здатних сильно концент­рувати сонячне випромінювання, що досягаються високі температури, не­ обхідні для термохімічного розкладання води.

Біомаса включає будь-які речовини тваринного і рослинного походжен­ня в складі як неживих, так і живих організмів. їжа, деревина, органічні відходи тварин і рослин — усе це різновиди біомаси. Біомаса є важливою формою накопиченої енергії. Вуглеводи, жири й білки, що вхо­дять у їжу, забезпечують енергією людський організм. Людство вже давно використовує деревину як паливо. За останні роки біомаса привер­тає усе більше уваги як джерело таких видів палива, як біогаз і спирт.

Біогаз – подібно до природного газу – являє собою головним чином метан. Біологічні процеси вже широко використовуються при очищенні побутових і сільськогосподарських стічних вод з метою одержання біогазу. На заводах з добування біогазу як сировини використовуються відходи тва­ринного і рослинного походження, які перегнивають в генераторах біогазу або в автоклавах. У цих установках гниття відбувається без доступу кисню, тобто в анаеробних умовах, за яких певні різновиди бактерій розкладають відходи з утворенням газоподібного метану. Газоподібний метан збирають, і потім його можна використовувати безпосередньо для опалення житла, приготування їжі, або для одержання електричної енергії за допомогою електрогенератора.

Залишки після одержання біогазу із зелених відходів мають високий вміст азоту і можуть використовуватися як добрива. Землі, непридатні для вирощування зернових культур, можуть бути використані для вирощуван­ня біомаси з метою подальшого добування біогазу. Багато водяних рослин, такі, як, наприклад, водяні гіацинти, що засмічують канали й водоймища в деяких країнах, теж можуть використовуватися для одержання біогазу.

Спирт, який уже давно використовувався як паливо, наприклад у лам-пах-спиртівках або у суміші з бензином. Спирт можна одержувати з таких рослин, як, наприклад, цукрова тростина і маніок, шляхом ферментації (зброжування) і перегонки.

Певний інтерес проявляється також до вилучення і використання як дизельного палива і мастильних матеріалів деяких рослинних олій.

За цим напрямком проводяться випробовування олій, які видобувають­ся із соєвих бобів, соняшнику, земляних горіхів (арахісу), суріпиці (рапсу), евкаліпта, гарбуза, а також пальмової, кокосової і касторової олій.

VI.Закріплення знань учнів.

Бесіда.

1.      Назвіть найважливіші природні джерела вуглеводнів.

2.      Якими способами можна встановити присутність води, карбон (IV) оксиду у продуктах горіння?

3.      Що можна спостерігати, якщо: а) потримати над полум'ям свічки склянку з охолодженими стінками; б) внести у частину полум'я, яка світиться, холодну порцелянову пластинку; в) дати
свічці погоріти якийсь час, закріпивши ЇЇ в склянці на дні, а потім налити розчин кальцій гідроксиду?

4.      Які сприятливі й несприятливі наслідки виробництва енергії?

5.      У чому причина кислотних дощів? Що, на вашу думку, треба зробити, щоб їх не було?

6.Назвіть можливі наслідки парникового ефекту.

VII.     Завдання додому.

Вивчити § 21 (Підручник 10-11 клас А.В.Домбровський).

VIII.   Підсумок уроку.

Учитель підсумовує роботу учнів на уроці, визначає змістовні і вказує на слабкі відповіді, виставляє оцінки.