Ученики на Учителя.com


Конспект интегрированного урока "Углерод в природе" 10 класс

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение
Веретьевская средняя общеобразовательная школа
Конспект интегрированного урока по географии и химии
в 10 классе
«Углерод в природе»
подготовила
учитель географии
Северинова И.В.
с. Веретье 2016
Тема урока: «Углерод в природе»
Цели урока:
1. Показать, что углерод в природе встречается в тысячах
углеродсодержащих соединениях в разных агрегатных состояниях:
газообразном, жидком, твердом.
2. Уметь записывать термохимические уравнения, решать задачи на тепловой
эффект, записывать уравнения реакции окисления.
3. Уметь находить на карте месторождения углерода и углеродсодержащих
полезных ископаемых.
4. Ознакомить с понятиями «баррель» и «карат».
5. Развивать творческие способности ребят и умение самостоятельно
работать с источниками знаний.
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.
Ход урока
На доске записаны две таблицы:
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.
1-й ученик:
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 (S) — до 5%. кислорода (02) — до 3%, азота (N) — до 2%.
Нефть — уникальное топливо, её теплота сгорания 37-49 МДж/кг. Так. 10 г
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 которою
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.
Самые богатые месторождения нефти есть в Кувейте, Саудовской Аравии, Иране,
России, США, Ираке, Мексике, Великобритании.(обозначить на кате мира и к/к)
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.
2-й ученик:
Газ делят па 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 мЗ
попутного газа. Помимо собственно нефти и газа выделяют еще газоконденсат,
который представляет собой смесь нефти и газа -- природной системы
взаиморастворевных 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 применяю! в качестве топлива и промышленности и в
быту. Он также ценное сырье для химической промышленности. Из пего
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, го газ стати широко применят в
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, США, Алжире, Канаде,
Мексике, Нидерландах, Норвегии и др.(обозначить на контурных картах
месторождения нефти и газа)
Учитель химии просит записать на доске уравнения реакции горения
метана, пропана, ацетилена, бензина и доказать, что это термохимические
уравнения.
CH
4
+2О
2
=CО
2
+2H
2
О+Q
(метан)
2 С
2
Н
6
+ 70
2
=4СО
2
+6 Н
2
О + Q
(ЭТАН)
C
3
H
8
+5О
2
=3CО
2
+ 4H
2
О + Q
(пропан)
C
2
H
2
+5О
2
=4CО
2
+2H
2
О + Q
(ацетилен)
После выполнения заданий учитель географии знакомит детей с коллекцией
«Топливо», в частности с разными видами угля.
3-й ученик 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
количества вещества). Если зольность ниже 50% — это угли, если выше —
горючие сланцы.
По составу исходного вещества угли подразделяются на:
1) гумусовые, образовались из высших растений;
2) сапропелевые, образовались из водорослей.
В составе углей содержится влага, С — 60-98%, Н — 1-12%, 02 — 2-20%, N
— 1 -3%, S, фосфор (Р), кремний (Si), алюминий (А1), железо (Fe).
Как же из мертвых деревьев рождается уголь? Все начинается с торфа, или
сапропеля, который постепенно под давлением и 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 может превращаться в графит и шунгит.
Бурый уголь — переходная степень от торфа к каменному углю, рыхлое
образование бурого или черно-бурого цвета. В его составе: С — от 64 до 78%, Н2
— до 60%. Он имеет низкую теплотворную способность. Это низкокачественный
уголь, поэтому используют его, в основном, в качестве топлива. Самые большие
запасы его в России сосредоточены в Ленском и Канско-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, Германия, Польша, Австралия, Индия (обозначить
контурных картах месторождения каменного угля)
Антрацит — наиболее сильно метаморфизированный 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.
Добыча углей осуществляется двумя способами:
1) открытый, наиболее дешевый, применяется в местах близкого залегания
угля
к поверхности Земли;
2) , подземный (шахтный) способ — более дорогостоящий. Но наиболее
ценный
уголь залегает, как правило, на болыпойглубине.
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.
Учитель географии показывает учащимся коллекцию графита и просит взять
в руки карандаши и рассмотреть грифели.
4-й ученик 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.
АЛавуазье в 1787 г. удалось доказать, что и алмаз, и графит — чистый
углерод. В 1797 г. С.Теннант показал, что при сжигании одинакового
количества алмаза и графита образуется одинаковое количество углекислого
газа.
Графит в природе встречается в кристаллическом 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 — скрытокристаллический, 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
Ботогольского 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, (обозначить на карте мира и к/к)
Учитель химии проводит опыт «горение графита», который доказывает, что
графит — это чистый углерод.
Учитель географии вызывает ученика, чтобы он рассказал об алмазах.
5-й ученик: 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.ИЛугов, приехавший в это время в Африку, стал сражаться
против английских колонизаторов. За эти действия царское правительство
сослало Лугова 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 1954 г. 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. Алмазньми коронками бурят
сверхглубокие скважины.
С 1955 г. в некоторых странах стали производить искусственные алмазы
для технических целей.
Карат — единица массы в торговле драгоценными камнями. В 1907 г.
Международный комитет мер и весов на конференции в Париже ввел понятие
«метрический карат», 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 1829 г. 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 64,9 г. Здесь же
хранится всемирно известный прозрачны 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 Ахмаднагара 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 1829 г. 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» (3106 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), «Куллинан 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 коллекцию «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.
6-й ученик 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 (Н
2
СО
3
) — карбонаты — мел,
мрамор, известняк, кальцит, доломит, сидерит, арагонит, малахит и др. Все
карбонаты растворяются в кислотах, выделяя при этом СО
2
. 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.
Са(НСО
3
)
2
= СаСО
3
+ Н
2
О + СО
2
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.
СаСО
3
+ 2HCI = CaCI
2
+ Н
2
О+ СО
2
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:
1. Написать реакцию горения угля на электростанции.
2. Как углерод возвращается в недра Земли?
Написать реакцию фотосинтеза.
6СО
2
+ 6Н
2
О = С
6
Н
12
О
6
+ 6О
2
3. Написать реакцию горения бытового газа из горелки плиты на кухне при
варке
борща.
С
3
Н
8
+5О
2
=3СО
2
+4Н
2
О
4. Показать месторождения карбонатов на территории России .
5. Как человек использует карбонаты в своей жизни?
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 углеродсодержащих
соединений.
Список используемой литературы
1. Максаковский В.П. География. 10-11 класс. – М: Просвещение, 2015
2. Габриелян О.С. Химии. 10 класс. – М: Дрофа, 2015
Скачать материал

География - еще материалы к урокам: