Региональный компонент
на уроках химии

Урок – научная конференция • 10 класс

Региональный материал я использую при изучении многих вопросов курса химии средней общеобразовательной школы. Мои ученики проживают и обучаются на территории Республики Саха (Якутия), которая настолько богата различными природными ископаемыми, что этот факт просто невозможно не отметить при преподавании естественных наук. Такой подход к региональному учебному материалу позволяет учитывать интересы учащихся, их желание узнать больше о своем регионе, об истории открытий известных месторождений, о технологии добычи, переработки и применения местных природных материалов. Такие уроки позволяют воспитывать у учащихся элементы экономической, технологической и экологической культуры. Проведение конференций с использованием новых информационных технологий (НИТ) позволяет доступно и наглядно представлять сложный материал, способствует его усвоению, учит школьников самостоятельно работать с источниками информации.

Задачи учителя.

• Познакомить учащихся с природными источниками углеводородов, их составом, перспективами и проблемами развития углеводородного сырья в Якутии.

• Научить работать с несколькими источниками: учебником, научно-популярной литературой, материалами периодической печати, справочниками.

• Развивать способности учащихся анализировать текст, вычленять главное по заданной теме, сравнивать содержание, обобщать и делать логические выводы.

• Помочь в приобретении опыта выступлений перед аудиторией в сопровождении мультимедийной презентации.

• Проводить нравственное воспитание: умение работать коллективно и одновременно проявлять личностные качества (добросовестность, активность, инициативность), умение радоваться успехам товарищей, сопереживать их неудачам, отстаивать свое мнение и уважать мнение других.

Конференция проводилась в форме деловой игры. Предварительно класс разделили на «специалистов» разных областей, выбрали ведущего, наметили вопросы, которые будут обсуждаться на научной конференции. Учащиеся самостоятельно подобрали материал, подготовили презентацию к уроку.

ХОД ИГРЫ

Конференцию открывает ведущий (слайд 1), поясняет цели (слайд 2) и призывает специалистов профессионально и ответственно подходить к проблеме развития газовой, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и коксохимической отраслей промышленности в Якутии.

Слайд 1

 

Слайд 2

Далее приводятся выступления специалистов: геолог, химик, два технолога, главный энергетик, главный инженер, эколог.

Специалист-геолог. Территория Якутии имеет очень сложную геологическую структуру, в ее недрах есть вся таблица Д.И.Менделеева. Это настоящая сокровищница! Треть территории республики является перспективной с точки зрения открытия новых природных источников топлива – месторождений нефти, газа, угля. Запасы нефти составляют 158 млн т.

Специалисты считают, что разведана примерно 1/10 часть от общих запасов природных углеводородов. Учитывая огромные просторы земель и большие мощности перспективных отложений, можно не сомневаться, что в будущем наш регион займет видное место в энергетическом потенциале Арктики и Дальнего Востока.

Специалист-химик. Газодобывающая отрасль промышленности Якутии имеет уже более чем 40-летнюю историю. В настоящее время общая протяженность газопроводов составляет 1549 км. Природный газ является одним из важнейших богатств Якутии, его запасы составляют 21,6 трлн м³.

Химический состав природного газа: СН₄ – 94,8 %, С₂Н₆ – 2,3 %, С₃Н₈ – 0,8 %, С₄Н₁₀ – 0,5 %, С₂Н₂ – 0,1 %, СО₂ – 0,3 %, N₂ – 1,2 %. Главный компонент природного газа – метан.

Наиболее значимыми в настоящее время считаются пять крупнейших месторождений газа, расположенных в бассейне реки Вилюй. По своему составу эти месторождения мало отличаются друг от друга. Все они содержат конденсат, который поднимается вместе с газом, затем превращается в жидкость, которую разделяют на дизельное топливо, бензин и другие компоненты. Конденсат обеспечивает получение высокосортного местного бензина, который в четыре раза дешевле, чем привозимый. Природный газ используется как топливо.

1-й специалист-технолог. Как технолог считаю, что конденсату можно найти лучшее применение. На экспериментальных установках получают бензин А-76, но если подвергнуть конденсат более глубокой переработке, то можно получить бензин А-93, который имеет для нашей республики стратегическое значение. Решение этой задачи позволит в перспективе решить важную экономическую проблему, т.к. это выгодно, ведь недра нашей земли содержат почти готовый бензин. Что касается нефти, то в настоящее время треть территории республики, как отметил геолог, перспективна с точки зрения открытия новых месторождений нефти и газа.

Нефть – маслянистая жидкость от светло-бурого до черного цвета с характерным запахом. Она немного легче воды и практически в ней не растворяется.

Для добычи нефти большую роль играет технология. В республике внедрили метод добычи нефти – технологию неантиклинального типа. Сущность этого метода заключается в следующем. Учитывая, что все месторождения нефти залегают с водой, воду собирают в водонапорные очистительные сооружения, не доходя до нефти, бурят скважину, затем пускают воду, и она, промывая всю близлежащую почву, пропитанную нефтью, увеличивает ее объем. Далее, при откачке воды обратно создается естественное давление, и вместе с водой на поверхность выходит нефть. При этом достигается максимальный выход. Данная технология перспективна, экономична и не требует специальных приборов и техники.

Результаты исследований нефти показали, что она является хорошим сырьем для каталитического крекинга, значительно увеличивающего выход бензина, по сравнению с перегонкой нефти. Из остатков переработанной нефти можно получить мазуты и битумы, т.к. она обладает высоким содержанием масел. Отсутствие в республике нефтеперерабатывающих заводов не позволяет получать много ценных продуктов переработки нефти.

Перерабатывают нефть двумя способами.

• Перегонка нефти (недостаток – малый выход бензина, не более 20–30 %) (слайд 3, см. с. 37).

Слайд 3

• Каталитический крекинг (слайд 4, см. с. 37).

Слайд 4

В Ленске и Мирном в ближайшей перспективе необходимо построить нефтеперерабатывающие заводы, т.к. здесь имеется удобная транспортная схема и сосредоточены все промышленные запасы нефти (слайд 5, см. с. 37).

Слайд 5

Планируется приобрести нефтеперерабатывающий завод американской фирмы JP REDD мощностью 500 тыс. т в год, включающий установки атмосферной дистилляции, гидроочистки, каталитического крекинга (крекинг сСухарев Сергей Вячеславович работает в ИД " применением катализатора), что существенно увеличит выход бензина (до 50 %) и улучшит его качество. Надеемся, что перспективные планы осуществятся и выгодное энергетическое сырье будут добывать и перерабатывать в нашем регионе.

Учитывая суровый климат Якутии, цена завоза топлива достигает 70  % от его стоимости. Такой факт обязывает искать пути развития нефтеперерабатывающей отрасли.

2-й специалист-технолог. Якутия обладает громадными запасами каменных углей (слайд 6). Наш город расположен рядом с Южно-Якутским угольным бассейном, одним из самых крупных на территории Якутии. Угольная отрасль промышленности в республике возникла в 1928 г.

Слайд 6

В Якутии встречаются два типа угля: бурый, характеризующийся средней каменистостью и низкой степенью угленосности, и каменный – наиболее ценный, коксующийся тип угля, который широко применяется в металлургии. Именно каменный уголь добывают на местном угольном месторождении (слайд 7).

Слайд 7

В Якутии самый низкий процент приходится на действительные запасы, а самый высокий – на возможные.

Для эксплуатации наиболее благоприятны запасы в Якутии, где значительная масса отложений угля находится на глубине от 0 до 600 м.

Геологические запасы углей республики по глубинам залегания сопоставлены с запасами в Восточной Сибири (слайд 8).

Слайд 8

Мы живем рядом с крупнейшим углепромышленным комплексом – Нерюнгринский разрез, обогатительная фабрика, Нерюнгринская ГРЭС. Добываемые угли Нерюнгринского месторождения в виде коксового концентрата частично поставляются в Японию и Корею.

Одним из важнейших путей повышения эффективности добывающей отрасли промышленности является переработка сырьевых ресурсов. Необходимость развития угледобывающей промышленности в обязательном сочетании с перерабатывающей обусловлена:

• во-первых, общеизвестным мировым опытом, из которого следует, что добыча ископаемого сырья является, как правило, убыточной, а переработка – рентабельной;

• во-вторых, оба вида промышленности – добывающая и перерабатывающая – взаимно дополняют друг друга, т.е. развитие перерабатывающего производства способствует развитию добычи угля и наоборот.

Одним из основных способов переработки угля является коксование (пиролиз) каменного угля (слайд 9).

Слайд 9

При коксовании угля получают четыре основных продукта: кокс, каменноугольную смолу, водный раствор аммиака, коксовый газ (слайд 10).

Слайд 10

Коксование каменного угля производят в промышленных коксовых печах (слайд 11).

Слайд 11

Промышленная коксовая печь состоит из длинной узкой камеры, в которую сверху через отверстие загружается каменный уголь, и отопительных простенков, в их каналах горит газообразное топливо. Несколько десятков таких камер образуют батарею коксовых печей. Процесс коксования длится около 14 ч. После того как он закончится, образовавшийся кокс – «коксовый пирог» – выгружают, в камеру загружают новую порцию угля, и процесс начинается снова.

Главный энергетик. Энергетика в нашей республике находится в критическом состоянии. Республиканская энергосистема состоит из 3-х изолированных энергорайонов: Центрального (Якутская ГРЭС), западного (Вилюйская ГРЭС), Южного (Нерюнгринская ГРЭС). Основное топливо: газ на Якутской ТЭЦ, ГРЭС; уголь на Нерюнгринской ГРЭС, дизельное топливо на средних и малых станциях.

Имея хорошие запасы природного углеводородного сырья и каменного угля, мы можем полностью самостоятельно обеспечить энергетические потребности республики.

Главный инженер. Для решения многих хозяйственных и производственных задач в нашей республике, учитывая суровый климат, большие расстояния, плохие дороги, необходимо построить и пустить в эксплуатацию линии ТЭЦ на угле или мазуте в сельских поселениях, которые составляют 90 % населенных пунктов Якутии. В перспективе сельские поселения необходимо переводить на более экологически чистое топливо – газ, вопрос газификации села стоит очень остро. Вопрос развития добычи и переработки природного углеводородного сырья необходимо изучать, внедрять новые технологии.

Специалист-эколог. Использование и добыча полезных ископаемых часто сопровождается нежелательными химическими превращениями.

Уголь, нефть и газ содержат серу, азот, поэтому при их сгорании образуются коррозионно-агрессивные газы SO₂, SO₃ и оксиды азота, которые поступают в атмосферу, становясь в дальнейшем причиной появления «кислотных дождей».

В состав нефти и угля входят в виде примесей, иногда в больших концентрациях металлы, среди них никель, хром, железо, цинк, германий, ванадий. Они попадают вместе с дымом в атмосферу или остаются в золе, представляя серьезную угрозу для окружающей среды и для здоровья населения.

Анализ состояния здоровья населения Нерюнгринского улуса показывает преобладание таких заболеваний, как болезни органов дыхания, костно-мышечной, пищеварительной, мочеполовой систем. Среди населения промышленных районов республики наблюдается рост онкологических заболеваний (на 100 тысяч человек приходится 220–360 больных).

В настоящее время одной из задач здравоохранения является принятие соответствующих мер по защите здоровья населения в условиях экологического дискомфорта.

Вопрос загрязнения окружающей среды в последнее время стал очень актуальным, поэтому следует обращать больше внимания на экологию города. Вышел закон об охране природы, который предусматривает штрафные санкции за нанесение ущерба.

Использование компьютера на уроке позволяет отражать межпредметные связи, реализовать личностно ориентированное обучение, формировать коммуникативную и личностную компетенции.

Контроль знаний осуществляю с помощью компьютерной тестовой оболочки. Результаты бывают разные, но важно отметить: явно прослеживается стремление учащихся повысить свой результат. Учащиеся согласны переделывать тест. Компьютерное тестирование дает возможность многократного прохождения теста, диагностики ошибок и их коррекции при повторном выполнении. Электронный тест позволяет ученику получить объективную оценку своих знаний, повышает мотивацию.

Для контроля усвоения знаний на данном уроке предлагалась следующая тестовая работа.

Тест

(За правильное решение заданий 1–7 и 9 присуждается по одному баллу. Правильное решение задания 8 оценивается в два балла.)

1. Главным компонентом природного газа является:

а) этан; б) метан; в) бутан; г) бензол.

2. Природный газ не используется как:

а) сырье для получения ацетилена, т.к. в его составе имеется метан;

б) топливо, т.к. при сгорании природного газа выделяется много тепла и природный газ относительно дешев;

в) в медицине, т.к. этот газ облегчает дыхание;

г) сырье для получения трихлорметана (хлороформа), применяемого в медицине.

3. Попутный нефтяной газ отличается от природного тем, что:

а) ничем не отличается;

б) оба газа состоят из одинаковых соединений, но в разных объемных отношениях;

в) содержит большее количество тяжелых углеводородов;

г) не содержит метана.

4. Нефть – это …:

а) сложное вещество, состоящее из углерода и водорода;

б) смесь веществ, представляющая собой раствор газообразных и твердых углеводородов в жидких; эта смесь имеет переменный состав в зависимости от местонахождения в природе;

в) смесь постоянного состава, состоящая из различных веществ;

г) смесь неорганических соединений.

5. Из нефти получают:

а) бензин;

б) керосин;

в) бензин, керосин, лигроин;

г) лигроин, бензин, керосин, газойль, мазут и продукты их переработки;

д) все ответы правильные.

6. Процесс, при котором происходит многократное испарение и конденсация различных соединений, называется:

а) крекингом;

б) ректификационной перегонкой;

в) простой перегонкой.

7. Процесс распада молекул тяжелых углеводородов до более легких под действием высокой температуры и катализаторов называется:

а) крекингом;

б) термическим крекингом;

в) ректификационной перегонкой;

г) каталитическим крекингом.

8. Бензин термического крекинга:

а) не реагирует с бромной водой, т.к. состоит из предельных углеводородов;

б) обесцвечивает бромную воду, т.к. в его состав входят непредельные углеводороды;

в) не реагирует с KМnO₄, так как состоит из алканов.

9. Нефть является:

а) экологически вредным веществом, т.к. отрицательно влияет на рост растений и животных, отравляя их за счет наличия в ней вредных для данных организмов соединений;

б) экологически полезным веществом, т.к. содержит вещества, необходимые для жизнедеятельности большинства живых организмов;

в) полезным или вредным в зависимости от условий.

* * *

С целью определения отношения ученика к предмету после конференции обязательно провожу рефлексию собственной деятельности учеников во время урока.

• Что вы ожидали от проведенного урока и что получили? Проанализируйте свои предварительные цели и реально достигнутые результаты.

• Что вам более всего понравилось на уроке, что хотелось бы изменить?

• Какие проблемы и трудности удалось разрешить на этом уроке?

• Что вам показалось наиболее наглядным и доступным, что помогло вам усвоить тему урока?

• Что лучше всего удалось на данной конференции? Благодаря чему?

• Какие новые для вас элементы занятия удалось найти?

• Что было интереснее всего и почему?

• Что во время занятия оказалось для вас неожиданностью?

• Какова результативность вашей ученической деятельности?

• Какие вопросы возникали в связи с темой конференции и вашей деятельностью: а) к себе; б) к учителю?

Ответы на подобные вопросы позволяют и ученикам, и учителю корректировать собственную деятельность, учитывать пожелания учащихся и совершенствовать как себя, так и подготовку по предмету.

Н.Д.ПОСТУ,
учитель химии школы № 1
(г. Нерюнгри, Республика Саха (Якутия))