Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Тема урока. Охрана окружающей среды от загрязнения в процессе переработки углеводородного сырья и использования продуктов ее переработки.

Опубликовано 17.04.2017

Понятие о спектральных методах определения структуры органических соединений

 Цели урока: рассмотреть экологические проблемы переработки углеводородного сырья и использования продуктов ее переработки, а также возможные пути решения вопросов охраны окружающей среды в процессе переработки и использования углеводородного сырья; формировать экологическое сознание учащихся; дать понятие о спектральные методы определения структуры органических веществ.
Тип урока: комбинированный урок усвоения знаний, умений и навыков и творческому применению их на практике.
Формы работы: мини-конференция.
Оборудование: презентации учеников по теме мини-конференции.
ХОД УРОКА
I. Организация класса
II. Актуализация опорных знаний.
Мотивация учебной деятельности
1. Фронтальная беседа по вопросам
• Назовите главные источники углеводородного сырья.
• Вспомните основные способы переработки нефти.
• Перечислите главные продукты переработки нефти.
• Назовите области использования угля и продуктов его переработки.
• Сырьем для каких отраслей промышленности является природный газ?
2. Решение задач
1) Сравните объем углекислого газа, который выделится в результате сжигания: 1 т угля и 1 т природного газа (0,90 метана, 0,05 этана, 0,03 пропана и 0,02 объемы азота). Какое количество тепла при этом выделится?
2) Приблизительный элементный состав углей одного из месторождений: Углеод — 64-73 %, Водород — 4,2-5,7 %, Кислород + Азот — 26,7-27 %. Уголь. Удельная теплота сгорания — 5900-6885 ккал/кг.
Кроме углеводородов, в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы:сероводород — H2S, …… - , а также полициклические и т. п (7090 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); нитрогеносодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжелых фракциях и остатках); кислородосодержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и другие вещества (обычно сосредоточены во фракциях с высокой температурой кипения). Всего в нефти обнаружено более 50 элементов.
Примерный элементный состав нефти: 82-87 % — С; 11 - 14,5 % — Н; 0,01-6,0 % — S (изредка — до 8 %); 0,001-1,8 % — N; 0,005-0,35 % — O (изредка — до 1,2 %) и др.
• Какие вещества попадают в атмосферу в результате сжигания угля, нефтепродуктов и природного газа? Составьте их формулы.
• Укажите, какое влияние они оказывают на окружающую среду и организм человека.
III. Изучение нового материала
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ВО ВРЕМЯ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
1. Вступительное слово учителя
Проблема изменения климата планеты является наиболее значимой среди глобальных проблем биосферы, обусловленных антропогенным воздействием: даже незначительные изменения климата могут существенно повлиять на хозяйственную деятельность человека. Незначительные, на первый взгляд, антропогенные изменения климата, развивающиеся на фоне его естественной изменчивости, могут привести к нарушению устойчивости климата, превратиться в катастрофические.
На климат могут влиять факторы, изменяющие свойства атмосферы. Среди таких факторов следует отметить изменение состава тропосферы (увеличение концентрации углекислого газа и других газовых примесей) и верхней атмосферы (воздействие на озоновый слой).
• Назовите главные экологические проблемы, обусловленные добычей и использованием углеводородного сырья.
• Предложите способы защиты окружающей среды от продуктов переработки углеводородного сырья.
2. Сообщения учащихся по вопросам охраны окружающей среды в процессе переработки углеводородного сырья
Ученикам за несколько уроков до мини-конференции предлагается подготовить сообщения (презентации, проекты и другие творческие работы) по вопросам:
• Современные методы очистки газообразных выбросов в атмосферу.
• Главные методы очистки сточных вод нефтегазовых производств и шахтных вод.
• Охрана почвы от загрязнений нефтепродуктами, отходами угледобывающей промышленности.
• Безотходные и малодоходные технологии в нефтегазовой отрасли.
• Утилизация и обезвреживание отходов.
• Национальные и международные экологические стандарты.
3. Понятие о спектральных методах определения структуры органических соединений
Для исследования строения органических веществ широко применяется изучение их инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых спектров поглощения. Молекулярные спектры можно разделить на три класса: вращательные спектры, связанные с вращением ядер в молекуле; колебательные спектры, связанные с колебанием ядер, и электронные спектры, связанные с движением электронов (электронные переходы).
С помощью спектроскопических исследований можно определить межатомные расстояния в молекулах, собственные частоты колебаний ядер и тому подобное. Эти данные вместе с дипольными моментами, а также с данными рентгенографического и электронно- графического анализов дают возможность составить надежное детальное представление о строении молекул. Спектроскопическими методами можно определить также энергию диссоциации молекул. Используя молекулярный спектральный анализ, можно осуществлять идентификацию химических соединений и измерять их концентрации.
Поскольку отдельным радикалам (например, -OH, -NH2, -NO2, -CO, -C6H5 и др.), а также отдельным связям внутри молекулы (например, C = C, C  C, C = O, C - H и т. п) соответствуют определенные характеристические частоты в инфракрасных спектрах и спектрах комбинационного рассеяния (мало меняются от соединения до соединения), то по этим спектрам можно судить о наличии в молекуле тех или иных радикалов или связей.
Эффект комбинационного рассеяния был одновременно открыт в 1928 г. советскими физиками Г. С. Ландсбергом и Л. А. Мандельштамом и индийским ученым Ч. В. Раманом.
Для сложных органических молекул практически невозможно расшифровать расчетным путем наблюдаемые частоты и отнести их к колебаниям тех или иных связей и группировок в молекуле. Однако возможен другой путь. Изучают и сравнивают спектры ряда гомологов или аналогов и пытаются выявить характеристические частоты для определенных классов соединений.

Спектры комбинационного рассеяния парафиновых углеводородов
На диаграмме (см. рис.) сопоставлены спектры комбинационного рассеяния ряда парафиновых углеводородов. Высота отдельных штрихов, изображающих положение наблюдаемых в спектрах линий, соответствует относительной интенсивности этих линий.
С помощью спектров комбинационного рассеяния можно решать такие сложные задачи, как определение конфигурации цис - и транс-изомеров, числа устойчивых конфигураций, что фактически существуют при определенной температуре, и др.
Спектры комбинационного рассеяния широко применяются не только для теоретических исследований в области органической химии, но и с целью идентификации и анализа органических соединений. Группой советских ученых (Г. С. Ландсберг, Бы. А. Казанский и др.) был разработан метод анализа этим способом состав бензиновых фракций нефти.
Много вопросов можно решить также с помощью инфракрасных спектров.
На рисунке видно, насколько отличаются инфракрасные спектры веществ за сравнительно незначительного изменения их строения. В инфракрасных спектрах, как и в спектрах комбинационного рассеяния, отдельным радикалам и связям соответствуют определенные характеристические частоты, что часто позволяет подобрать наиболее правдоподобную строение для впервые полученного соединения. Много характерных линий отдельных группировок и связей проявляются или только в инфракрасных спектрах или спектрах комбинационного рассеяния. Следовательно, эти два метода взаимно дополняют друг друга.


Инфракрасные спектры к-гексана и 2-метилпентану
Спектры поглощения в видимой и ультрафиолетовой участках также позволяют решать задачи, упомянутые выше. Однако поглощением в этой области спектра характеризуются не все вещества, а преимущественно соединения ароматического состава и соединения, содержащие в молекуле большое количество двойных связей.
IV. Подведение итогов урока
Оценивание работы в группах и индивидуальной работы каждого ученика.
V. Домашнее задание
Проработать материал параграфа, ответить на вопросы к нему, выполнить упражнения.
Подготовиться к контролю учебных достижений по теме.

Мы в социальных сетях