Предельные углеводороды. Метан. (урок –
обобщение).
Цели: Повторить, закрепить и обобщить знания об алканах на основе теории химического строения; показать
зависимость свойств от их строения; рассмотреть их значение среди органических
веществ и обратить внимание на проблемы экологии и энергетики.
Оборудование и реактивы: Географическая карта, таблицы
«Строение метана» и «Гомологический ряд метана», шаростержневые
модели молекул метана, пропана; парафиновая свеча, керосин, бензин.
Ход урока.
Учитель.
Сегодня
наш класс – это химическая лаборатория научно – исследовательского института.
Мы проведем заседание, посвященное предельным, насыщенным углеводородам, и
обсудим следующие вопросы:
(написаны
на доске):
§
Строение алканов
§
Нахождение алканов в
природе и их физические свойства
§
Номенклатура, изомерия,
гомологический ряд
§
Химические свойства
алканов и области их применения.
При
обсуждении этих вопросов выполним различные задания, поэтому прошу быть
внимательными.
Сообщение о строении алканов.
Задание
(на доске). Какие из приведенных углеводородов являются предельными? Почему?
А) С6Н14,
б) С2Р2, в) СН2=СН2, г) С3Н6,
д) СН3-СН3, е)СН3-СН-СН3
\
СН3
(ответ: а, д, е)
Учитель.
Химия неразрывно связана с математикой. Установите
количественный состав парафинов по процентному содержанию элементом в них.
1й вариант: Найти молекулярную формулу вещества, если
углерода в нем – 82,8%, водорода – 17,2%, относительная плотность по воздуху
равна 2.
(ответ С4Н10).
2й вариант. Найти молекулярную формулу вещества, если
углерода в нем – 75%, водорода – 25%, относительная плотность по кислороду
равна 0,5 %.
(ответ СН4).
Сообщение о
нахождении алканов в природе и их физических свойствах.
Сообщения о
явлениях гомологии и изомерии (используя таблицу).
Задание. Из приведенных углеводородов найти гомологи и
изомеры, назвать.
|
СН3-СН2-СН-СН3 |
|
СН3-СН2-СН3 |
|
СН3-СН-СН-СН3 |
|
|
|
СН3 |
|
|
|
СН3 СН3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН3 |
|
СН3 |
|
|
|
|
|
СН3 –С --
СН3 |
|
СН3 СН |
|
|
|
|
|
СН3 СН3 |
|
СНЗ |
|
|
|
|
Задача. Для 2,2,3 – триметилбутана
составьте гомолог и изомер (решение дать на доске).
Сообщение о химических свойствах алканов (парафинов) и
области их использования в народном хозяйстве.
Задание. Закончить уравнения химических реакций:
А) СН4+О2®
Б)СН3-СН2-СН2-СН3®400С®
В)СН3-СН3+С1®
СН3-СН2-СН2-СН3®t, AlCl3®
Укажите тип химических реакций.
Учитель.
Но на этом мы свою работу не заканчиваем. Среди
представителей алканов наиболее важный – метан, значение которого в нашей жизни
обсудим на сегодняшней пресс-конференции. В конференции принимают участие
корреспонденты журнала «Природа и человек».
Корреспондент: «Когда человек познакомился с метаном»?
Историк: Природные горючие газы известны с незапамятных времен.
Выходы горючего газа на поверхность по трещинам в породах всегда поражали
воображение человека. Места выхода – вечные огни – распространены на Кавказе, в
Индии, Иране, Китае и т.д., их обожествляли и часто использовали при сооружении
храмов.
На Кавказе «вечные огни» были известны задолго до нашей эры.
Как ритуально-очистительной стихии им поклоняются и сейчас в некоторых странах.
В своей книге «Хождение за три моря» Афанасий Никитин упоминал горящие газовые
выходы Баку и Дербента. На Апшеронском полуострове секта огнепоклонников
известна с VII в до нашей эры. Один из храмов сохранился до наших дней, это
исторический памятник.
Корреспондент.
Как образуется метан в природе?
Геолог.
Метан широко распространен в природе. Только мы часто его не
замечаем, потому что он без запаха и присутствует в качестве примесей в составе
других газов. Широкое распространение метана говорит о разных путях его
происхождениях. Метан образуется из
органического вещества осадочных пород под воздействием высоких температур,
высоких давлений и каталитических свойств глинистых минералов.
В растворенном состоянии он входит в состав нефти.
Много метана растворено в пластовых водах на глубине на
глубинах 1,5 – 2 км. Метан образуется в торфяниках, образуется лишь на сильно
увлажненных участках. При бактериальном разложении органических остатков в иле,
воде, горных породах из углеводородов образуется метан. При излучении
радиоактивных элементов и их воздействии на различные углеродистые соединения
также образуется метан. Метан может образоваться в верхней мантии Земли на
глубине 40-60 км и глубже, а затем оттуда поступать разными путями к
поверхности и накапливаться в осадочных породах.
Корреспондент.
Расскажите о месторождениях метана.
Географ.
Месторождения газа обнаружены на большей части территории
СНГ. Наиболее крупные из них открыты в западной Сибири, Средней Азии, Поволжье
, на Украине. Основная газодобывающая база России – Западно-Сибирская:
месторождения Уренгойское, Ямбурское,
Заполярное, Медвежье. Здесь добывают в год более 600 млрд. м3 газа, что составляет
15% общероссийской добычи. Только в Уренгойском
месторождении сосредоточены запасы таких газодобывающих стран, как Мексика,
Алжир, Канада, Великобритания и Нидерланды вместе взятые.
В перспективе возрастет роль полуострова Ямал. Большие
запасы газа находятся в Краснодарском и Ставропольском краях. Добыча газа в
России с каждым днем возрастает. По запасам газа наша страна занимает первое
место в мире. Они достигают 160 трлн. м3 и имеют промышленное значение. Общая протяженность
газопроводов в СНГ превышает 185 тыс. км, из них крупнейшие – «Союз», «Сияние
Севера», Уренгой – Помары – Ужгород.
Корреспондент.
Где и как используют метан в качестве топлива?
Энергетик.
Газ представляет собой идеальный вид топлива. Отходы
сжигания мало загрязняют воздух, не дают копоти и дыма, не оставляют золы.
Стоимость газа намного ниже, чем других видов топлива – дров, угля, торфа.
Уход за газовыми плитами намного легче, чем за мечами и
топками при использовании других видов топлива. Метан широко применяют в
металлургической, стекольной, керамической, цементной, текстильной и пищевой
отраслях промышленности, при производстве свинца, алюминия, меди, никеля. Применение
газа положительно сказывается на производительности оборудования, качестве
продукции, а также себестоимости изделий. Например, в стекольной отрасли
производительность печей повышается на 10-13%; в кирпичном производстве
производительность труда возрастает на 40%.
В сельском хозяйстве с помощью газа обогревают помещения для
скота, сушат зерно, фрукты. Сжигая метан в теплицах, получают не только тепло,
но и углекислый газ, который способствует увеличению урожайности овощей и
сокращению сроков их созревания. Значительный объем метана предназначается для
отопления жилых, служебных помещений, для приготовления пищи и других бытовых
целей.
В последние годы газ находит применение как топливо для
автомобилей. Автомобили, работающие на сжиженном газе, уже не новость. В
крупных городах нашей страны есть специальные заправочные станции, где для
автомобилей приготовлены баллоны со сжиженным пропан - бутановым газом.
У автобусов марки «Икарус» на крыше расположены два
вместительных баллона, которые содержат особый вид горючего – смесь дизельного
топлива и природного газа. Такой автобус экологически чист, отработанных газов
по сравнению с обычным автобусом выбрасывает в 4 раза меньше. Перевод
автотранспорта на газовое топливо экономически и технически оправдан. Природный
газ по стоимости ниже бензина, лучше смешивается с воздухом, поэтому полнее
сгорает. В результате вредных веществ образуется меньше, кроме того, газ не
разрушает масляную пленку между деталями, следовательно, они меньше
изнашиваются.
Корреспондент.
Где используется метан как сырье для химической отрасли
промышленности?
Химик.
В качестве исходного сырья используются главным образом
тяжелые углеводороды и в меньшей степени метан. При разложении метана получают
высококачественную сажу для приготовления туши, лаков, типографических красок,
копировальной бумаги и ленты для пишущих машинок. Сажа необходима для производства
резины. Из метана получают метиловый спирт, а из него – формальдегид, который
применяют для выработки пластмасс, дубления кожи, протравливания семян перед
посевом, дезинфекции зерно- и овощехранилищ, теплиц, парников. Из углеводородов
природного газа получают пластмассы, синтетический каучук, органические
кислоты, моющие средства, различные спирты, красители, минеральные удобрения,
ядохимикаты, химические волокна, душистые вещества.
Открытие новых газовых месторождений, их освоение и строительство газопроводов позволяют в
ближайшем будущем еще больше расширить область применения природного газа в
быту и промышленности. Природный газ – бесценное сокровище, недаром его
называют «голубым» золотом, чудом недр, невидимым топливом.
Корреспондент.
Как используется газ
в поселке?
Сотрудник городского отдела газового хозяйства рассказывает
об использовании попутного нефтяного газа на предприятиях поселка и в домашних
условиях, а также о системе технического обслуживания газопровода.
Корреспондент.
К каким опасным
последствиям приводит сжигание органического топлива?
Эколог.
При сгорании
каменного угля, нефти, газа в атмосферу в больших количествах попадает СО2,
различные сернистые соединения, оксид азота и т.д., что может привести к
экологической катастрофе. При сжигании 1м3 метана расходуется 2м3
кислорода. Уменьшение в атмосферном воздухе кислорода и одновременно
возрастание содержания углекислого газа приведет к изменению температуры и
возникновению «парникового эффекта». Повышение температуры вызовет таяние
вечных снегов и ледников Арктики и Антарктики, что может способствовать
всемирному потопу. Кроме того, при сгорании топлива образуются также вредные
газы, например оксид серы(IV), оксид азота(IV), оксид углерода(II). Попав в
атмосферу, SO2, NO2 превращают живительную влагу дождей в «мертвую» кислую воду.
От кислотных дождей снижается плодородие почв, а значит, и уменьшается
урожайность сельскохозяйственных культур, что может стать причиной такого
бедствия, как голод. Кислотные дожди вызывают коррозию металлов, разрушают
здания, памятники архитектуры. Использование природного газа как топлива
приняло широкий размах, что также может привести к экологической катастрофе.
Ведь загрязнение воздуха связано с работой промышленных предприятий, с
продуктами сгорания авиационного топлива, с выхлопными газами автомобилей.
Автомобиль потребляет в 45 раз больше воздуха, чем человек. Содержащиеся в
отработанных газах алканы вызывают заболевание
центральной нервной системы. При их взаимодействии с NO2 под действием солнечной
энергии в воздухе появляется неприятный запах, ухудшается видимость, у людей
начинается раздражение слизистых оболочек носа и горла, воспаление глаз и т.д.
При сжигании топлива образуется сажа, в которой содержится бензопирен
(канцерогенное вещество), вызывающий образование злокачественной опухоли. Оксид
углерода СО вызывает отравление, от которого может погибнуть человек, т.к.
оксид углерода образует стойкое соединение с гемоглобином крови.
В последнее время мы постоянно узнаем о взрывах в шахтах, на
газопроводах и железных дорогах; виновник всего этого – газ.
Жертвами газа иногда становятся домохозяйки, когда забывают
о необходимости осторожно пользоваться газовыми приборами. Если метан залить
водой, он перестает гореть и скапливается в помещении, в результате чего может
произойти взрыв, сопровождающийся пожаром, разрушениями и жертвами.
Учитель.
Ребята, наша конференция подошла к концу. Спасибо всем за
урок.
В заключение
оценивается работа школьников на уроке.
Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а
Книга для чтения по
органической химии. М.:Просвещение, 1983;
Зорькин Л.М., Суббота М.И.
Метан в нашей жизни. М.: Недра, 1986;
Энциклопедический словарь юного химика. М.:
Педагогика, 1990.