Природный газ, нефть и каменный уголь: происхождение, переработка и продукты
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока объяснить происхождение природного газа, нефти и каменного угля, сравнить перегонку и крекинг нефти, различить термический и каталитический крекинг, а также установить применение основных продуктов переработки по результатам работы с таблицей и практическими заданиями.
- Сформировать знания о составе природного газа, гипотезах происхождения нефти, составе каменного угля и направлениях переработки углеводородного сырья.
- Научить составлять схему фракционной перегонки нефти и объяснять различие между физическим разделением смеси и химическим превращением углеводородов при крекинге.
- Развивать умение извлекать информацию из схемы, таблицы и цифровой модели, сравнивать технологии и аргументировать выбор продукта для конкретной практической задачи.
- Воспитывать ответственное отношение к природным ресурсам, понимание значения энергоэффективности и экологической безопасности нефтегазовой и угольной промышленности.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение природного углеводородного сырья для энергетики, транспорта и химической промышленности.
- Проявляют интерес к химическим технологиям и возможным профессиональным направлениям, связанным с энергетикой, экологией и материаловедением.
- Понимают необходимость рационального использования невозобновляемых ресурсов и снижения экологических рисков.
- Оценивают собственный вклад в парную и групповую работу, принимают ответственность за достоверность сделанного вывода.
Метапредметные
- Извлекают и структурируют информацию из схемы переработки нефти, таблицы состава сырья и цифровой визуализации.
- Сравнивают перегонку и крекинг по исходным веществам, условиям, характеру превращений и продуктам.
- Формулируют гипотезу о происхождении нефти и проверяют её по предложенным фактам.
- Работают в паре: распределяют роли, согласуют вывод и представляют его классу.
- Используют ИКТ для анализа интерактивной схемы и соблюдают правила критической оценки цифровой информации.
Предметные
- Знать основные компоненты природного газа, типичный состав нефти и каменного угля.
- Уметь объяснять органическое происхождение нефти и газа как результат преобразования остатков древних организмов в осадочных породах.
- Уметь описывать фракционную перегонку нефти как физический способ разделения смеси по температурам кипения.
- Различать термический и каталитический крекинг, записывать пример уравнения крекинга и объяснять образование более лёгких углеводородов.
- Уметь называть основные продукты коксования каменного угля и связывать их с областями применения.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личную познавательную цель при изучении способов переработки углеводородного сырья.
- Соотносят химические знания с вопросами энергетической безопасности и охраны окружающей среды.
- Осознают ценность научно обоснованного выбора технологии.
- Проявляют готовность корректно обсуждать разные позиции по вопросу использования ископаемого топлива.
Регулятивные УУД
- Принимают учебную задачу и формулируют план её решения по предложенной технологической схеме.
- Распределяют время и роли при выполнении парного задания.
- Проверяют правильность классификации продуктов переработки по эталону.
- Выявляют ошибку в собственном объяснении и корректируют его.
- Оценивают достижение цели по листу самооценки и билету на выход.
Познавательные УУД
- Выделяют существенные признаки природного газа, нефти и каменного угля.
- Устанавливают причинно-следственную связь между составом сырья и способом его переработки.
- Моделируют процесс перегонки нефти в виде последовательной схемы.
- Сравнивают физические и химические процессы переработки.
- Применяют химические знания для анализа реального производственного контекста.
Коммуникативные УУД
- Формулируют вопросы к цифровой схеме и ответам одноклассников.
- Распределяют функции в паре: аналитик, секретарь, докладчик или проверяющий.
- Аргументируют выбор продукта переработки с опорой на состав и свойства.
- Слушают партнёра, уточняют формулировки и разрешают разногласия на основе фактов.
- Представляют общий вывод в краткой устной форме.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с фотографиями природного газа, нефти, каменного угля, схемой нефтеперегонной установки и сравнением двух видов крекинга.
- Вывести на экран интерактивную или анимированную схему фракционной перегонки нефти; заранее проверить её работу без подключения к интернету.
- Распечатать карточки с описаниями продуктов переработки — по одной на каждую пару, всего 15–16 комплектов.
- Распечатать таблицу для заполнения «Сырьё — состав — способ переработки — продукты — применение» — по одной на каждого ученика.
- Подготовить три карточки уровня сложности для самостоятельной работы: базовую, стандартную и повышенную.
- Вывесить на доске памятку: «Перегонка — физическое разделение; крекинг — химическое превращение» и схему различий термического и каталитического крекинга.
- Подготовить маркеры, стикеры трёх цветов, таймер и листы самооценки.
- Подготовить безопасные образцы или фотографии угля, кокса и нефтепродуктов; не использовать открытое пламя и летучие нефтепродукты в классе.
- Оборудование: компьютер, проектор или интерактивная доска, колонки при необходимости, доска и набор магнитных карточек.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и связать тему с реальными технологиями и будущими профессиями.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране изображения газовой плиты, бензозаправочной станции, пластикового изделия и кокса. «Здравствуйте, ребята. Посмотрите на экран: эти предметы связаны с разными видами природного сырья. Какое общее химическое основание можно найти у всех изображений?» | Рассматривают изображения, формулируют предположение: «Все они связаны с углеводородами и продуктами их переработки». Записывают дату и тему. |
2 мин | Учитель использует приём «Проблемный вопрос»: «Почему природное сырьё нельзя просто заменить одним универсальным видом топлива? Как из нефти получают и топливо, и сырьё для полимеров? Сегодня мы будем искать ответ не по памяти, а по составу и способу переработки веществ». | Фиксируют проблемный вопрос, называют известные продукты: «бензин», «керосин», «дизельное топливо», «кокс», «газ». Формулируют ожидание: «Нужно понять, как исходная смесь превращается в разные продукты». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что одно сырьё может давать множество продуктов. Чтобы объяснить это, сначала восстановим наши знания о составе природных углеводородов, а затем разберём технологии их переработки».
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о предельных и непредельных углеводородах, смесях и физических свойствах веществ.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт карточку с утверждениями и предлагает приём «Светофор»: «Отметьте зелёным верные утверждения, жёлтым — требующие уточнения, красным — неверные. Первое: метан относится к алканам. Второе: нефть является индивидуальным веществом. Третье: перегонка основана на различии температур кипения. Четвёртое: крекинг не изменяет состав молекул». | Индивидуально отмечают утверждения. Ожидаемые ответы: верны первое и третье; второе и четвёртое неверны. |
3 мин | Учитель организует «Подумай — обсуди в паре — поделись»: «Сначала 30 секунд сформулируйте ответ самостоятельно, затем обсудите его с соседом. Почему нефть называют смесью, а метан — индивидуальным веществом? Что должно произойти с молекулой при крекинге?» После обсуждения фиксирует на доске ключевые слова. | В парах обсуждают 1 минуту и сообщают: «Нефть содержит разные углеводороды, поэтому является смесью»; «при крекинге крупные молекулы распадаются на более мелкие, состав веществ меняется». Записывают ключевые слова в таблицу. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили различие между смесью и индивидуальным веществом, а также увидели, что перегонка и крекинг нельзя отождествлять. Теперь точно сформулируем, что нам необходимо выяснить на уроке».
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную задачу и критерии успешного результата.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске цепочку «нефть → бензин → полимер» и обращается к классу: «На первом переходе мы разделяем компоненты смеси или создаём новые вещества? На втором переходе происходит физическое или химическое изменение? Какие признаки помогут отличить процессы?» | Предполагают: «При перегонке разделяют смесь по температурам кипения»; «при крекинге образуются новые углеводороды». Называют признаки физического и химического процессов. |
2 мин | Учитель предлагает сформулировать цель: «Составьте цель урока так, чтобы в ней были указаны сырьё, способы переработки и продукты». Записывает согласованную формулировку и критерии: объяснить, сравнить, применить. | Формулируют цель: «Объяснить происхождение и состав природного сырья, сравнить перегонку и крекинг, определить продукты переработки и их применение». Записывают цель и критерии успеха. |
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Цель определена: нам предстоит не просто перечислить продукты, а связать их появление со свойствами исходного сырья и условиями процесса. Переходим к исследованию природного газа и нефти».
Этап 4. Открытие нового знания: природный газ, нефть и их происхождение (8 мин)
Цель этапа: сформировать представление о составе и происхождении природного газа и нефти через анализ схемы и текста.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель выводит на экран схему залегания углеводородов в осадочных породах. «Рассмотрите схему. В природном газе преобладает метан, но присутствуют и другие алканы. Нефть — сложная смесь углеводородов разных классов и небольших количеств соединений серы, азота и кислорода. Почему состав природного газа обычно проще состава нефти?» | Анализируют схему и отвечают: «Газовая смесь содержит преимущественно лёгкие углеводороды, а нефть включает широкий набор жидких и растворённых компонентов». Заполняют первую строку таблицы. |
3 мин | Учитель организует работу с коротким информационным фрагментом: «Прочитайте текст и найдите три факта, подтверждающих органическую гипотезу происхождения нефти. Не путайте гипотезу с утверждением о единственном механизме». Задаёт вопросы: «Какие организмы могли быть исходным материалом? Какую роль сыграли давление, температура и отсутствие кислорода?» | Читают текст с пометками, выделяют остатки древних морских организмов, захоронение в осадках, длительное воздействие давления и температуры при недостатке кислорода. Формулируют вывод: «Органическое вещество постепенно преобразовалось в углеводородное сырьё». |
2 мин | Учитель уточняет: «Нефть и газ относятся к невозобновляемым ресурсам в масштабе человеческой жизни. Это не означает, что их использование нужно обсуждать эмоционально; химик должен оценивать состав, технологию и последствия». Показывает на экране области применения газа и нефти. | Сопоставляют сырьё и применение: газ — топливо и сырьё для синтеза; нефть — источник фракций и органических веществ. Формулируют один экологический риск и один способ его снижения. |
Запись в тетрадях
Природный газ — смесь газообразных углеводородов, главным компонентом которой является метан. Нефть — сложная смесь углеводородов и примесей. Органическая гипотеза связывает происхождение нефти и газа с преобразованием остатков древних организмов в осадочных породах при повышенных давлении и температуре и недостатке кислорода.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы установили, что состав сырья неодинаков и именно состав определяет дальнейшую технологию. Теперь выясним, как из сложной смеси нефти получают отдельные фракции без изменения состава входящих в них молекул».
Этап 5. Открытие нового знания: перегонка и крекинг нефти (9 мин)
Цель этапа: различить фракционную перегонку, термический и каталитический крекинг, установить их продукты и значение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель демонстрирует на экране схему ректификационной колонны: «При нагревании нефти испаряются компоненты, а в колонне пары конденсируются на разных уровнях. Лёгкие фракции поднимаются выше, тяжёлые конденсируются ниже. Посмотрите на названия фракций и расположите их от меньшей температуры кипения к большей: газовая, бензиновая, керосиновая, дизельная, мазутная». | В парах располагают карточки: газовая, бензиновая, керосиновая, дизельная, мазутная. Объясняют порядок: «Чем ниже средняя температура кипения, тем выше фракция отбирается в колонне». Заполняют схему. |
3 мин | Учитель записывает на доске: «Перегонка — физический процесс». Затем показывает схему крекинга и говорит: «При крекинге длинные углеводородные цепи распадаются на более короткие. Например: $C_{16}H_{34} \rightarrow C_8H_{18}+C_8H_{16}$. Почему этот процесс является химическим?» | Отвечают: «Образуются новые вещества, меняется состав и строение молекул». Определяют продукты уравнения: алкан октан и алкен октен. |
2 мин | Учитель показывает сравнительную таблицу: «Термический крекинг проводится при высокой температуре без специального катализатора. Каталитический — при более мягких условиях в присутствии катализатора; он позволяет получать высокооктановые компоненты топлива и ароматические углеводороды. Сравните процессы по условиям и продуктам». | Заполняют две строки таблицы сравнения, формулируют вывод: «Катализатор изменяет путь реакции и позволяет проводить процесс при более благоприятных условиях, но не меняет закон сохранения атомов».” |
Запись в тетрадях
Перегонка нефти — физическое разделение смеси на фракции по различию температур кипения. Крекинг — химическое превращение высокомолекулярных углеводородов в более низкомолекулярные. Термический крекинг проходит при высокой температуре; каталитический — в присутствии катализатора и обычно при более мягких условиях.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Теперь у нас есть главный критерий: перегонка разделяет, а крекинг изменяет молекулы. Проверим понимание на примерах продуктов и отдельно рассмотрим, что получают из каменного угля».
Этап 6. Каменный уголь и продукты его переработки. Первичное закрепление (6 мин)
Цель этапа: установить состав каменного угля и систематизировать продукты его коксования.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель показывает схему коксования: «Каменный уголь нагревают без доступа воздуха. На схеме четыре продукта: кокс, коксовый газ, каменноугольная смола и аммиачная вода. Распределите карточки с применением: металлургическое восстановление, газовое топливо и химическое сырьё, получение ароматических соединений, производство соединений аммония». | В парах соединяют продукт и применение: кокс — металлургия; коксовый газ — топливо и сырьё; каменноугольная смола — ароматические соединения и органический синтез; аммиачная вода — соединения аммония. Обосновывают выбор. |
3 мин | Учитель проводит приём «Чистая доска»: «Я буду читать утверждения, а вы поднимаете карточку “П” для перегонки, “К” для крекинга, “У” для коксования угля. Процесс разделяет смесь; образуются алкен и алкан; получают кокс; используется различие температур кипения». | Поднимают карточки и объясняют ответы: «П», «К», «У», «П». Исправляют ошибки по комментариям класса. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы сравнили три технологических направления: разделение нефти, химическое преобразование её тяжёлых фракций и коксование угля. Осталось индивидуально применить критерии и проверить, насколько устойчиво вы различаете процессы».
Этап 7. Самостоятельная работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание состава сырья, способов переработки и продуктов.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
5 мин | Учитель раздаёт задания трёх уровней. «Выберите уровень, который позволит честно показать ваши знания. Базовый: заполните пропуски в определениях и установите соответствия. Стандартный: объясните, почему перегонка не является химической реакцией, и сравните два вида крекинга. Повышенный: предложите технологическую цепочку получения из тяжёлой нефтяной фракции более лёгкого топлива и обоснуйте каждый этап». | Индивидуально выполняют выбранный вариант. В базовом задании вставляют: «метан», «смесь», «температуры кипения», «катализатор». В стандартном составляют сравнительный ответ. В повышенном предлагают: перегонка → выделение тяжёлой фракции → крекинг → разделение продуктов. |
2 мин | Учитель выводит эталон на экран: «Проверьте не только конечный ответ, но и объяснение. За каждую верную классификацию поставьте один балл, за корректное обоснование — ещё один. Отметьте знак “+” рядом с тем, что получилось, и “?” рядом с затруднением». | Сверяют ответы, подсчитывают баллы, отмечают затруднение. По желанию задают уточняющий вопрос: «Почему при каталитическом крекинге не исчезает катализатор?» |
Эталон решения
1. Перегонка: разделение жидкой смеси по различию температур кипения, новые вещества не образуются. 2. Термический крекинг: распад крупных молекул при высокой температуре. 3. Каталитический крекинг: распад и перестройка углеводородов в присутствии катализатора. 4. Пример: $C_{16}H_{34} \rightarrow C_8H_{18}+C_8H_{16}$. Число атомов углерода и водорода слева и справа одинаково.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самопроверка показала, какие признаки уже работают как алгоритм, а где требуется уточнение. Завершим урок рефлексией: сформулируем главный вывод и свяжем его с ответственным использованием природного сырья».
Этап 8. Рефлексия, подведение итогов и домашнее задание (3 мин)
Цель этапа: осознать достигнутые результаты, выявить затруднения и определить направление дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт стикеры для приёма «Билет на выход»: «Запишите одним предложением различие между перегонкой и крекингом, одним примером назовите продукт коксования угля и поставьте цвет самооценки: зелёный — могу объяснить, жёлтый — нужна тренировка, красный — требуется помощь». | Записывают билет на выход: «Перегонка разделяет смесь, крекинг изменяет состав молекул». Называют кокс, коксовый газ, смолу или аммиачную воду. Выбирают цвет самооценки. |
1 мин | Учитель сообщает домашнее задание и обращается к классу: «Перед выходом проверьте себя по трём вопросам: что входит в состав природного газа, чем перегонка отличается от крекинга, какие продукты даёт коксование? Если на один вопрос нет ответа, отметьте его для начала следующего урока». | Фиксируют домашнее задание, отвечают на контрольные вопросы устно или записывают вопрос, требующий повторения. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня вы рассмотрели природный газ, нефть и каменный уголь как важнейшее углеводородное сырьё. Вы научились видеть за названием технологии конкретный процесс: разделение, химическое превращение или коксование. На следующем уроке мы продолжим анализировать свойства и превращения углеводородов».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — верно выполнены все задания выбранного уровня, корректно различены перегонка и крекинг, объяснены условия термического и каталитического крекинга, правильно установлены продукты коксования и приведено обоснование.
- «4» — допущена одна содержательная ошибка или две неточности в терминологии, но основное различие процессов и большая часть соответствий определены верно.
- «3» — правильно выполнены базовые задания, но объяснение различий между процессами неполное либо допущены две-три ошибки в продуктах переработки.
- Ниже «3» — существенные признаки процессов не различаются; требуется повторить определения, схему фракционной перегонки и таблицу продуктов коксования.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что нового вы узнали о составе природного газа и нефти? | Проверка осознания предметного содержания и выявление сохранённых представлений. |
Чем перегонка отличается от крекинга? | Выявление понимания различия физического разделения и химического превращения. |
Какой продукт переработки угля вы можете связать с конкретным применением? | Проверка способности переносить знание в практический контекст. |
Какой этап задания потребовал наибольшего рассуждения? | Выявление точек затруднения и субъективная оценка освоения темы. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы рассмотрели три вида природного углеводородного сырья и увидели, что ценность сырья определяется не только его наличием, но и возможностью грамотной переработки. Запомните главный ориентир: перегонка разделяет компоненты нефти, а крекинг изменяет строение крупных молекул и создаёт новые вещества. Типичная ошибка — называть любую переработку химической реакцией, поэтому всегда задавайте вопрос: появились ли новые вещества? На следующем уроке мы продолжим исследовать закономерности превращений углеводородов и их практическое значение».»
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить таблицу «Природный газ — нефть — каменный уголь»: состав, способ переработки, два продукта и область применения. Выполнить 4 коротких задания на различение перегонки, крекинга и коксования. | Закрепляет основные определения и классификацию процессов; при проверке обратить внимание на точность терминов и соответствие продукта способу получения. |
Средний (повышающий) | Решить 3–4 задания на сравнение фракционной перегонки и двух видов крекинга, включая составление одного уравнения распада алкана на алкан и алкен. Объяснить роль катализатора. | Развивает умение применять признаки процесса и соблюдать закон сохранения атомов; проверить балансировку уравнения и полноту объяснения. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткий аналитический комментарий о выборе между использованием природного газа, нефти и каменного угля для получения заданного продукта: топлива, сырья для полимеров или металлургического восстановителя. Привести не менее двух аргументов и один экологический риск. | Формирует функциональную и естественно-научную грамотность; при проверке оценить аргументированность, связь состава сырья с технологией и корректность экологического вывода. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Какой углеводород преобладает в природном газе? Почему нефть является смесью? На каком свойстве основана перегонка? Что происходит с молекулами при крекинге? Какие четыре основных продукта получают при коксовании каменного угля?»
