SCENARIUSZ zajęć „czarne złoto”

Chemia, IV etap edukacyjny

Temat: Czarne złoto.

Treści kształcenia:

Podstawa programowa: Punkt 5.2. [uczeń]: opisuje przebieg destylacji ropy naftowej i węgla kamiennego, wymienia nazwy produktów tych procesów i uzasadnia ich zastosowania.

Cele zoperacjonalizowane

Nabywane umiejętności

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w języku ojczystym

• myślenie przyczynowo - skutkowe i podstawowe kompetencje naukowo‑techniczne

• umiejętność uczenia się

Etapy lekcji

1. Wstęp:

Tradycyjne surowce energetyczne stosowane jako paliwa to ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel kamienny. Nauczyciel informuje uczniów, że na dzisiejszych zajęciach poznają procesy destylacji węgla kamiennego i ropy naftowej.

2. Przebieg zajęć:

Nauczyciel informuje uczniów, że węgiel kamienny jest w zasadzie trzecim paliwem i źródłem energii na świecie, po gazie ziemnym i ropie naftowej. Pyta uczniów, co można zrobić z węglem kamiennym?, jak go wykorzystać?, co się otrzymuje w wyniku jego przeróbki?, w jakim zakładzie zachodzą takie procesy? itd. – prowadząc z uczniami dyskusję kierowaną przekazuje im informacje, że węgiel można spalać bezpośrednio lub poddać procesowi tzw. suchej destylacji, zwanej też pirogenizacją węgla, koksowaniem, odgazowaniem czy pirolizą. Proces prowadzi się w zakładach przemysłu koksowniczego, czyli koksowniach. Jest to najważniejsza metoda przeróbki węgla do 4 ważnych przemysłowych produktów: stałego koksu, gazu koksowniczego (węglowy, zwany świetlnym), wody pogazowej i smoły pogazowej (węglowej). Drugi proces przeróbki węgla to tzw. zgazowanie, w wyniku czego otrzymuje się gaz syntezowy. Obecnie jednak częstszą metodą otrzymywania mieszaniny CO i HIndeks dolny 2₂ – wspomnianego gazu do syntez chemicznych jest konwersja metanu i pary wodnej.

Proces suchej destylacji węgla kamiennego polega na jego rozkładzie w wyniku ogrzewania w temperaturze rzędu 1000 - 1200°C bez dostępu powietrza w specjalnych bateriach koksowniczych. Jej budowa w połączeniu z czasem i tempem ogrzewania węgla, a także pochodzenie węgla, jego wilgotność i skład chemiczny (w tym zasiarczenie) wpływają na to, że proporcje pomiędzy poszczególnymi produktami pirogenizacji są różne.

Nauczyciel proponuje uczniom w grupach uzupełnienie odpowiednich rubryk w proponowanych przez autorkę tabelach „destylacja rozkładowej węgla kamiennego” przy wykorzystaniu klejów i rozsypanki przygotowanej przez nauczyciela (w załączeniu do scenariusza tabela wypełniona – uczniowie w grupach otrzymują tabele puste, najlepiej z okienkami o jednakowej wielkości, oraz wypełnienia do wklejenia)

Karta pracy dla ucznia:

Po wykonaniu ćwiczenia nauczyciel zapoznaje uczniów z destylacją ropy naftowej – proponuje obejrzenie filmu nt. destylacji ropy naftowej.

Nauczyciel zwraca uwagę, że ropa naftowa jest palna, stąd w doświadczeniu ilustrującym proces zachodzący na skalę przemysłową w instalacjach rurowo–wieżowych, nie wolno stosować źródeł ciepła z otwartym ogniem.

Nauczyciel pyta uczniów, gdzie prowadzi się na skalę przemysłową taki proces przeróbki ropy naftowej? Czym jest rafinacja ropy naftowej? Czy potrafią wyjaśnić pojęcia: destylacji (pojęcie poznane w klasie pierwszej gimnazjum ) i rektyfikacji? W toku rozmowy z uczniami nauczyciel zapoznaje ich z budową rafinerii i wyjaśnia wskazane pojęcia kluczowe.

Zasadniczy element rafinerii/zakładu petrochemicznego to wysoka metalowa kolumna rektyfikacyjna (destylacyjna), w której ropę poddaje się procesowi tzw. destylacji frakcjonowanej.

Rafinacja – to inaczej oczyszczanie ropy.

Destylacja – to rozdział na frakcje, czyli grupy składników o zbliżonych temperaturach wrzenia tzn. w pewnych zakresach wartości temperaturowych. Warto przy tym pamiętać o tym, że poszczególne frakcje ropy naftowej pochodzącej z różnych złóż będą się od siebie różnić.

Rektyfikacja zaś to proces wielokrotnej destylacji. Frakcje otrzymane podczas destylacji frakcjonowanej ropy naftowej są dalej rozdzielane na kolejne frakcje podczas procesów destylacji próżniowej. Dzięki temu otrzymuje się produkty o coraz mniejszym zakresie temperatur wrzenia. Dodatkowo niektóre frakcje przerabia się dalej chemicznie na produkty o pożądanych właściwościach. Pary ropy naftowej przemieszczają się do góry kolumny – na poszczególnych półkach skraplają się węglowodory o temperaturach wrzenia wyższych jak te, panujące na danej półce i odparowują te o temperaturach niższych.

Ważne elementy rafinerii to również chłodnice, pompy i wymienniki ciepła. Ropę naftową po wydobyciu, a przed wprowadzeniem do kolumny rektyfikacyjnej, poddaje się sedymentacji i filtracji (oczyszczenie), suszeniu i odsiarczeniu.

Nauczyciel przedstawia uczniom prezentację nt. zastosowania poszczególnych frakcji ropy naftowej, omawia poszczególne slajdy – uczniowie mają za zadanie wypełnić karty pracy. Nauczyciel uprzedza, że uczniowie nie uzupełniają ostatniej kolumny, dotyczącej liczby atomów węgla w cząsteczkach poszczególnych frakcji (będzie to ich zadanie domowe).

3. Podsumowanie:

Nauczyciel przypomina poszczególne produkty z destylacji węgla kamiennego i ropy naftowej oraz ich zastosowania. Po sprawdzeniu i ew. skorygowaniu treści wypełnionych kart pracy indywidualnej nauczyciel poleca uzupełnienie ostatniej kolumny (tej dotyczącej liczby atomów węgla w cząsteczkach poszczególnych frakcji) jako ich zadania domowego.

Środki dydaktyczne

• kleje w sztyfcie dla każdej grupy (opis w scenariuszu)

• komputery z dostępem do Internetu

• karty pracy (na grupę i dla każdego ucznia – opis w scenariuszu)

• film „Destylacja ropy naftowej” (zasób nr 1)

• prezentacja „Zastosowania ropy naftowej” (zasób nr 2)

Metody nauczania

• pogadanka

• dyskusja kierowana

• praca z tekstem przewodnim

• wykład ilustrowany

Formy pracy

• zbiorowa

• indywidualna

Zadanie dla chętnych

1. Dlaczego poddawanie węgla destylacji jest korzystniejsze niż jego spalenie?

2. Wyjaśnij przykładowe zdanie: „Liczba oktanowa benzyny wynosi 97”.

3. Jaki wpływ na środowisko przyrodnicze mają procesy przeróbki paliw kopalnych?

4. Oblicz masę tlenku węgla (VI) powstałego w wyniku spalenia 22 ton 85% węgla kamiennego.

5. Dlaczego ropa naftowa unosi się na powierzchni wody?

Dodatkowe propozycje wykorzystania

Multimedialne zasoby edukacyjne wykorzystywane w tym scenariuszu nadają się również do wykorzystania na IV etapie edukacyjnym w zakresie nauczania geografii.

Załącznik do scenariusza „Czarne złoto”

Tabela: „Destylacja rozkładowa węgla kamiennego”

R1Pf7KpDcRqn3