Урок по географии и химии «Углерод в полезных ископаемых»
| скачать Интегрированный урок по географии и химии «Углерод в полезных ископаемых» Цели урока:
Оборудование: карта полезных ископаемых мира и тектоническая карта мира, геологическая карта; коллекции: «Топливо», «Нефть», «Карбонаты»; геохронологическая таблица; наборы открыток «Алмазный фонд», «По залам Эрмитажа», «Новоафонская пещера» и др.; спиртовка, спички, раствор соляной кислоты, пробирки; модели кристаллических решеток — кубическая и гексагональная, макет «Сталактиты». Ход урока На доске записаны две таблицы: Природный газ Та блица 1 С Нефть, асфальт, битум Торф, бурый уголь, каменный уголь, антрацит графит     Таблица 2. Карбонаты     СаСО3 Мел, известняк, ракушечник, мрамор, кальцит, арагонит (жемчуг) Си2СО3(ОН)2 малахит МgСО3 доломит FeCO3 Сидерит и т.д. Учитель географии обращает внимание учащихся на первую таблицу. Он говорит, что сегодня на уроке мы познакомимся с углеродом и с теми полезными ископаемыми, которые имеют его в своем составе. Если нефть, газ и уголь в своем составе, кроме углерода, содержат различные примеси, то алмаз и графит — это чистые формы углерода. Они как братья-близнецы, которые имеют разный характер. Учитель предлагает более подробно ознакомиться с перечисленными в таблицах полезными ископаемыми и просит начать с рассмотрения нефти. ^ Нефть часто называют «черное золото». В глубокой древности славяне называли ее ропанкой, греки — петролеумом. Но смысл перевода один — горное масло. Считают, что название «нефть» родилось от арабского слова «нафта» — вытекать. Нефть — это маслянистая темно-коричневая жидкость с красноватым или зеленоватым оттенком, иногда черная, красная, синяя или светлая и даже прозрачная с характерным резким запахом. Бывает нефть белая или бесцветная как вода (например, в Суруханском месторождении в Азербайджане, в некоторых месторождениях в Алжире). В более редких случаях нефть очень плотная, полутвердая, содержащая парафин. Различают легкую и тяжелую нефть. Легкую нефть извлекают из недр насосами или фонтанным способом. Из такой нефти, в основном, делают бензин и керосин. Тяжелые сорта нефти иногда добывают даже шахтным способом (например, на Яремском месторождении в Коми), и готовят из нее битум, мазут, различные масла. Как же образовалась нефть? Мельчайшие живые организмы, обитавшие в морской воде миллионы лет назад, отмирая, оседали на дно, а там под воздействием бактерий, высокого давления и температур разлагались на легкие углеводороды, которые просачивались сквозь породы и, накапливаясь, формировали залежи нефти. Поэтому нефть и газ не образуют самостоятельных пластов. Их залежи принимают форму вмещающих отложений. В состав нефти входят: смесь углеводородов (парафины, нафтены, ароматические углеводороды), углерод (С) — 80-87%, водород (Н) — 10-14%, серы (5) — до 5%, кислорода (О2) — до 3%, азота (14) — до 2%. Нефть — уникальное топливо, ее теплота сгорания 37-49 МДж/кг. Так. 10т нефти дают столько же тепла, сколько 13 т антрацита, 31т дров. Она — основа энергетики многих отраслей хозяйства, химической промышленности. Известна и лечебная нефть, богатая нафтеновыми и ароматическими углеводородами. Нефть человеку известна давно. Первые сведения о ней пришли с Ближнего Востока. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что еще в долине реки Евфрат нефть и продукты ее окисления (асфальты) люди добывали 8-6 тыс. лет назад. Древние шумеры использовали битум вместо связующего раствора в кладке; асфальт — для бальзамирования мумий. В древнем Вавилоне нефтью освещали улицы. Людям давно были известны «смоляные ямы» — асфальтные озера, которые «подарили» нам сотни хорошо сохранившихся скелетов гигантских ленивцев, саблезубых тигров и других животных. В раннее Средневековье нефть сначала добывали из колодцев, а затем начали бурить первые скважины глубиной до 200-300 м. Позднее из нефти стали получать керосин, основным потребителем которого были керосиновые лампы. Затем нефть понадобилась для двигателей внутреннего сгорания и дизеля. После изобретения инженером В.Г.Шуховым метода перегонки нефти она стала универсальным топливом. Первая нефтяная скважина глубокого бурения появилась в 1848 г. в Баку. Именно этой скважиной, как принято считать, и начинается промышленная добыча нефти в мире. Нефть меряют баррелями. Один баррель — около 136 кг. Цена за 1 баррель нефти постоянно колеблется. Уникальные месторождения нефти есть в Кувейте, Саудовской Аравии, Иране, России, Казахстане и т.д. Учитель химии предлагает ученикам внимательно рассмотреть пробирки с нефтью из коллекции «Нефть» и отметить ее характерные признаки. Учитель географии просит следующего ученика рассказать о природном газе. ^ Газ делят на природный (образует самостоятельные скопления в виде газовых месторождений) и попутный (находится в нефти в растворенном состоянии). В последнем случае на одну тонну нефти добывают 100-150 м3 попутного газа. Помимо собственно нефти и газа выделяют еще газоконденсат, который представляет собой смесь нефти и газа — природной системы взаиморастворенных газообразных и легкокипящих жидких нефтяных углеводородов. Газ состоит из углеводородов с примесью азота, углекислого газа, сероводорода, аргона и гелия. Газ — наиболее экономичный вид топлива, поэтому его больше всего применяют в качестве топлива в промышленности и в быту. Он также ценное сырье для химической промышленности. Из него производят синтетические волокна, каучук, пластмассы, спирты, азотные удобрения, аммиак, ацетилен, взрывчатые вещества, медикаменты и т.п. Газ наиболее просто и дешево транспортировать — по трубопроводам, что уменьшает стоимость самого газа. Нефть и газ встречаются вместе и имеют одно происхождение. Но открыты были в разное время, по-разному их и использовали. Если нефть человек использует более восьми тысячелетий, то газ стали широко применять практически лишь в последние десятилетия. Залежи нефти и газа расположены, как правило, на глубинах, превышающих 3 км, где первичное органическое вещество в условиях высоких температур и высокого давления преобразуется в углеводороды. Мировые запасы газа сосредоточены в России. Иране. США Алжире, Канаде, Мексике. Нидерландах, Норвегии и др. Учитель химии просит записать на доске уравнения реакции горения метана,пропана,ацетилена, бензина и доказать, что это термохимические уравнения. После выполнения заданий учитель географии знакомит детей с коллекцией «Топливо», в частности с разными видами угля. ^ делает сообщение об угле. Ископаемые угли — это твердые продукты изменения древних растительных остатков, используемые в промышленности в виде энергетического топлива, а также в качестве технологического и химического сырья. Их различают по степени зольности (количеству золы, остающейся после сгорания определенного кодичест-ва вещества). Если зольность ниже 50% — это угли, если выше — горючие сланцы. По составу исходного вещества угли подразделяются на:
В составе углей содержится влага, С — Ю-98%, Н — 1-12%, О2 — 2-20%, N — 1-3%, 3, фосфор (Р), кремний (51), алюминий (А1), железо (Ре). Как же из мертвых деревьев рождается чтоль? Все начинается с торфа, или сапропеля, который постепенно под давлением ;т при отсутствии кислорода превращается в бурый уголь, который переходит в каменный уголь, а затем — в антрацит. В специфических геологических условиях (сильное давление, высокие температуры) уголь мо-кет превращаться в графит и шунгит. Бурый уголь — переходная степень от орфа к каменному углю, рыхлое образование бурого или черно-бурого цвета. В то составе: С — от 64 до 78%, Н2 — до 60%. Он имеет низкую теплотворную способность. Это низкокачественный уголь, потому используют его, в основном, в качестве топлива. Самые большие запасы его в России сосредоточены в Ленском и Кан-ско-Ачинском бассейнах. Каменный уголь — переходная форма от бурого угля к антрациту. Это очень плотное образование. С в нем составляет до 90%, Н2 — до 5%. Он обладает большой теплотворной способностью. На коксохимических заводах путем его переработки можно получить более 400 различных продуктов, стоимость которых в десятки раз выше стоимости самого угля. Из каменного угля делают искусственный графит, а золу, получаемую после сгорания угля, используют в производстве строительных материалов, огнеупорного сырья и т.п. Исключительно крупными бассейнами в России являются: Кузнецкий, Тунгусский, Ленский, Таймырский, а также большие месторождения его есть в США, Китае, Казахстане. Среди множества месторождений Казахстана выделяется Карагандинский бассейн, открытый еще в 1833 г. С 1854 г. началась кустарная разработка угольных залежей. В карбоновых и юрских отложениях здесь установлено 65 рабочих пластов. Толщина некоторых достигает 6-8 м. Сегодня здесь действуют около 30 шахт, среди которых есть такие гиганты, как шахта «Тентекская» (4 млн.т. угля в год). Антрацит — наиболее сильно метамор-физированный уголь. Цвет — черно-серый с желтоватым оттенком и ярким металлическим блеском. В нем больше всего С — до 97%. Он горит бездымным пламенем, так как в нем мало Н2 (1-3%) и летучих веществ. Образование антрацита происходило в результате метаморфизма всей толщи угля под действием повышенных температур (350-550°С) и сильного давления. Из всех углей он обладает наиболее высокой теплотворной способностью. Используют его в качестве высококачественного бездымного топлива в металлургии, а также в химической и электротехнической промышленности. На Земле известно более 3600 угольных бассейнов и месторождений, которые в совокупности занимают 15% площади земной суши. Геологи установили, что максимумы угленакопления на Земле пришлись на два этапа: позднепалеозойский (карбон и пермь) и позднемезозойский (юра, мел). Это связано с бурным развитием в те периоды растительности, с одной стороны, и образованием тектонических впадин (куда сносился древесный материал) — с другой. Добыча углей осуществляется двумя способами:
Сегодня открытым способом добывают главным образом энергетические угли, а в шахтах — металлургические. Учитель химии проводит опыт горения угля. Одновременно вносит в пламя горелки три вида угля: бурого, каменного и антрацита. Обращает внимание ребят на разницу в горении (яркое пламя и сильный дым получаются при горении бурого угля, у антрацита — пламя невидимое, сгорание бездымное, а каменный уголь при горении издает громкий треск). После проведенного опыта учащиеся решают такую задачу: Вычислить, сколько сгорело угля, если при этом выделилось 33 250 кДж теплоты. Дано: Q<3-33250кДж M(c) - ? Решение: Х г— 33250кДж С  + О2 СО2 + 402 кДж1 моль = 1 2 г х : 12 г = 33 250 кДж : 402 кДж: х = 12гх33250кДж/402кДж = Ответ: сгорело 992.5 г угля. Учитель географии показывает учащимся коллекцию графита и просит взять в руки карандаши и рассмотреть грифели. ^ рассказывает о графите. Взяв в руки карандаш, не подумаешь, что его графитовый стержень родился из обыкновенного растения. В природе много углеродных соединений, но есть и чистый углерод в виде двух кристаллических полиморфных модификаций: алмаз и графит. Первый имеет кубическую форму (самая плотная упаковка составных частей — метастабильная), второй — гексагональную (равновесную, неплотную). Обе эти модификации известны человеку с давних пор. А. Лавуазье в 1 787 г. удалось доказать, что и алмаз, и графит — чистый углерод. В 1797 г. С.Теннант показал, что при сжига-нииодинакового количества алмаза и графита образуется одинаковое количество углекислого газа. Графит в природе встречается в крис таллическом виде. Одна наиболее известная форма графита — чешуйчатый графит, кристаллы которого имеют вид мелких табличек, или чешуек. Карандашная линия — это огромное количество мелких чешуек, остающихся на бумаге. Другая разновидность — скрытокрис-таллический, или аморфный графит, кристаллы в котором настолько малы, что обнаружить их можно только с помощью электронного микроскопа. Графит имеет темно-синий или черный цвет и металловидный блеск, плавится при температуре выше 3800°С, в химическом отношении инертен, хороший проводник тепла и электричества. Графит бывает магматического происхождения или образуется в результате метаморфизма углей и даже известняков при внедрении в район месторождения магматических расплавов. Графит издревле применялся человеком в качестве красящего вещества для изготовления огнеупорных сосудов, а с XVI в. в качестве грифелей для карандашей. С XIX в. графит добывали в России в Восточном Саяне на вершине Ботоголь-ского хребта (Алиберовский рудник) и вывозили его на карандашные фабрики Франции, а уже потом в виде карандашей он опять возвращался в Россию. Сейчас графит применяют в литейном деле, в электромеханике, в производстве смазочных материалов и, конечно, в изготовлении карандашей (грифель состоит из 50-80% графита, 20-50% каолина), красок, в ядерной технике, как замедлитель нейтронов, в ракетостроении и т.д. Месторождения графита есть в Китае, Корее, Чехии. Месторождения графита в России учащиеся определяют по картам атласа для VIII класса. Большая часть месторождений графита в России и странах СНГ приурочена к докембрию, но в мире есть палеозойские (Корея, Австралия, ФРГ) и кайнозойские (Мексика) месторождения. Учитель химии проводит опыт «горение графита», который доказывает, что графит — это чистый углерод. Учитель географии вызывает ученика, чтобы он рассказал об алмазах. ^ До XVIII в. Индия была известна как единственный источник алмазов. Позже алмазы нашли в Бразилии, а в 1879 г. было открыто первое коренное месторождение — трубка «Кимберли» в Южной Африке. Там, среди магматических пород, в жерлах древних вулканов спрятался зеленовато-голубой камень — кимберлит, с вкраплениями драгоценных кристаллов. В 90-х г. XIX в. в этот район двинулась армия алмазоискателей. Кровавый «алмазный бум» перещеголял «золотую лихорадку» Клондайка. В 1899 г. к этим богатствам «протянула руку» Великобритания. Началась англо-бурская «алмазная» война 1899-1902 гг. Во время англо-бурской войны русский исследователь и специалист по редким минералам П.И Лугов, приехавший в это время в Африку, стал сражаться против английских колонизаторов. За эти действия царское правительство сослало Луго-ва в холодную Якутию. Незадолго до смерти зажглась у него слабая искра надежды на существование здесь месторождений алмазов. Он обнаружил в Якутской тайге кимберлит, схожий с тем, который был им исследован в Африке. Вот уж воистину не было бы счастья, да несчастье помогло, Его научное предвидение подтвердилось. В 1954г. в Вилюйской тайге была открыта кимберлитовая трубка «Мир». Так возник город, получивший название «Мирный». И по сей день на этом месторождении добывают основную часть алмазов России. Алмаз — самый твердый минерал на Земле, по-арабски слово «алмаз» означает «твердый». Он в 1000 раз тверже кварца, в 150 раз — корунда, который по твердости стоит на втором месте. Это свойство сочетается с высокой сопротивляемостью к испарению, механической прочностью, устойчивостью против химических реагентов: кислоты и щелочи на алмаз не действуют. Все это связано с тем, что у алмаза особо прочная кристаллическая структура. Мелкие и непрозрачные алмазы используют как режущий материал. Благодаря алмазному бурению в короткое время были освоены недра Кольского полуострова и шельфа дна океана. Алмазными коронками бурят сверхглубокие скважины. С 1955г. в некоторых странах стали производить искусственные алмазы для технических целей. Карат — единица массы в торговле драгоценными камнями. В 1907г. Международный комитет мер и весов на конференции в Париже ввел понятие «метрический арат», равный 0,2 г. Само слово «карат», возможно, происходит от названия греческого дерева «карацион», широко распространенного в Средиземноморье. Плоды этого дерева в древности служили «гирями» при взвешивании драгоценных камней (одна такая «гиря» по массе примерно соответствовала 1 карату). Месторождения алмазов на Земле немногочисленны. Среди природных алмазов преобладают мелкие. Крупные — большая редкость. Алмазы в сотни каратов — уникальны. Поэтому им присваивают собственные имена. Алмазы встречаются как в коренных, так и в рассыпных месторождениях. Первый алмаз в России был найден в 1829г. на Урале на Крестовоздвиженском прииске при промывке россыпей золота 14-летним мальчиком Павлом Поповым. В витринах Алмазного фонда в Москве размещено более 500 крупных ювелирных алмазов: «Звезда Якутии» (232 карата), «Большая медведица» (114,5 карат), «Мария» (106 карат). А самый крупный «Имени XXVI партсъезда», найденный в 1981 г., имеет вес 342,5 карат, или 64,9г. Здесь же хранится всемирно известный прозрачный с голубовато-зеленым оттенком бриллиант «Орлов» (199,5 карат, в необработанном виде имел 450 карат, или 90 г). Вместе с ним находится и второй всемирно известный исторический алмаз «Шах» (88,7 карат) — прозрачный, с желтоватым оттенком, по форме напоминающий миниатюрный саркофаг. На персидском языке выгравированы на самом камне имена его владельцев. Алмаз был найден в Центральной Индии в середине XVI в. До 1591 г. он хранился у правителей Ахмаднагара. После покорения Ахмад-нагара камень перешел в руки Акбара из династии Великих Моголов. В 1739 г. персидский Надир-шах разгромил войска индийских властителей, захватив Дели, и оттуда вместе с другими ценностями увез алмаз «Шах» в Персию. В 1829г. персидский шах Хозрев-Мирза преподнес его Николаю I во искупление зверского убийства русского посла в Тегеране — писателя Александра Сергеевича Грибоедова. Более половины алмазных месторождений сосредоточено в Южной Африке. Здесь в 1905 г. был найден самый крупный в мире алмаз «Куллинан» (31 Об карат, или 621,2 г), впоследствии при обработке расколотый по линиям трещин, возникших от удара землекопов, на 105 частей, в том числе и на два крупных — «Куллинан Первый» (530,2 карат с 74 гранями — самый крупный ограненный алмаз в мире), «Кул- линан Второй» (317,4 карат с 66 гранями), а также «Куллинан Третий» (94,4 карат) и «Куллинан Четвертый» (63,6 карат). Кроме этих камней получился еще 101 бриллиант (ограненный алмаз) массой от 5 до 19 карат. Цены на бриллианты на мировом рынке устанавливает Всемирный Алмазный Синдикат. Ведущая роль в нем принадлежит английской монополии «Де-Бирс». Учитель географии показывает учащимся фотографии экспонатов из «Алмазного фонда», среди которых — корона Российской империи, жезл с алмазом «Орлов» и т.д. Учитель химии предлагает рассмотреть табл. 2 «Карбонаты» и ответить на вопрос: «В чем формулы карбонатов похожи?» Учащиеся отвечают, что у них одинаковый кислотный остаток. Здесь же учитель предлагает внимательно рассмотреть коллекцию карбонатов и сделать вывод — чем тверже металл, входящий в состав карбоната, тем тверже минерал. ^ делает сообщение о карбонатах. Помимо «родных братьев» углерод имеет и «двоюродных братьев». К ним относятся и горные породы, в состав которых входят соли угольной кислоты (Н2СО3) — карбонаты — мел, мрамор, известняк, кальцит, доломит, сидерит, арагонит, малахит и др. Все карбонаты растворяются в кислотах, выделяя при этом СО2. Эта особенность карбонатов играет огромную роль в формировании облика нашей планеты. Углекислый газ, растворяясь в воде, образует слабую угольную кислоту, которая проникает в толщи известняка, растворяя его, образуя полости — карстовые пещеры. Гидрокарбонат кальция существует только в водном растворе и в условиях, когда вода может испаряться, карбонат кальция выпадает в осадок. С  а(НС03)2 -» СаС031 + Н2О + СО2 Так образуются сталактиты и сталагмиты. Учитель химии продолжает демонстрировать опыты. Из коллекции он берет кусочек мела, известняка, ракушечника, опускает их в пробирки, обливает раствором соляной кислоты. Происходит реакция «вскипания». Учитель химии просит одного из учеников написать уравнение наблюдаемой реакции. Для геологов — это один из способов определения исследуемых минералов. А вообще существует специальная наука. которая изучает состав минералов. Такая наука называется геохимия. В конце урока проводят закрепление нового материала, предлагая несколько заданий:
Написать реакцию фотосинтеза. 3. Написать реакцию горения бытового газа из горелки плиты на кухне при вар ке борща. С3Н8 + 5О2 -> ЗСО2 + 4Н2О
Итог подводит учитель географии. Он говорит, что, не будь углерода, жизнь на Земле в привычной нам форме не возникла бы. Атом углерода может образовывать химические связи с 4 другими атомами — самого углерода или других элементов. Так образуются тысячи разных угле-родсодержащих соединений. ЛИТЕРАТУРА
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 