МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ПЕТРОПАВЛОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1
ДЖИДИНСКОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ
Урок химии в 10 классе
«Производство этанола»
автор: ,
учитель химии и биологии МАОУ «Петропавловская СОШ №1»
Джидинского района Республики Бурятия
Урок химии в 10 классе
Учебник: , , Гара 10;(профильный уровень), М,; Вентана-Граф, 2007-2011
Тема урока: Производство этанола
Тип урока: комбинированный
Цель урока: сформировать и закрепить сведения об основных способах получения этилового спирта, обсудить основные закономерности промышленного синтеза этанола из этилена, рассмотреть технологическую схему данного производства, показать связь применения вещества с его свойствами.
Обучающий аспект: закрепить ведущие знания по промышленному синтезу спиртов; научным основам производства; продолжить формирование специальных умений (выделять существенные признаки реакций) и навыков (в составлении технологической схемы производства); проверить уровень усвоения материала.
Воспитывающий аспект: продолжить формирование основ ДММ через познание отдельных фактов и закономерностей к обобщениям; прививать навыки сотрудничества.
Развивающий аспект:
- развивать умение слышать, слушать и понимать партнера, планировать и согласованно выполнять совместную деятельность; давать объективную самооценку; развивать логику: задавать осмысленные вопросы; систематизировать имеющуюся информацию; связывать разрозненные факты в единую картину; делать выводы, обобщения; развивать умение проводить сравнение, сопоставление, исследование.
Условия достижения поставленных задач: организация самостоятельной работы при направляющей роли учителя, использование разнообразных познавательных заданий.
Методы обучения (по ): частично-поисковый, исследовательский.
Ожидаемые результаты. Предметные: осмысление и закрепление учащимися знаний о производстве этанола, повторение понятий «гидратация», «гидролиз», «сырье», «пиролиз».
Метапредметные: для решения предметных задач учащиеся будут использовать различные способы коммуникативной деятельности, генерировать идеи и определять необходимые средства, выдвигать гипотезы, устанавливать причинно-следственные связи, делать обобщения и выводы.
Личностные: позитивное отношение к знанию.
Оснащение урока:
Оборудование: ПК, проектор, экран (ИД), таблица-схема промышленной установки для синтеза этанола, инструкция к уроку, тест на каждый стол.
Приложение:, лист учета УУД
Домашнее задание: учащиеся по желанию формируют три команды, готовят небольшие сообщения.
Интеграция: технология, промышленная география
Ход урока:
1. Организация урока: взаимное приветствие; организация внимания. 1 мин
2.Актуализация знаний и целеполагания. 4 мин
Деятельность учителя | Деятельность учеников | Форма организации ПД | Результат |
2.1. – актуализировать ведущие знания учащихся для адекватного включения в учебно-познавательную деятельность (о гибридизации) - Добрый день, ребята! Вы уже знакомы с классом спиртов: изучили их строение и свойства. Какие основные химические свойства характерны для них? - Назовите области применения спиртов, основываясь на их свойствах. -Составьте схему. (имея минимум знаний) - Для удовлетворения потребностей промышленности и народного хозяйства необходимы огромные количества спирта. В основном это касается – этанола. 2.2. Подведение учащихся к осознанию целей урока -Ваши действия по отношению к объекту изучения? (мотивация к размышлению) (при необходимости - помощь) | Отвечают устно - Кислотные, реакции по –ОН группе и окисления. - Наличие гидроксильной группы. Выявляя причинно-следственную связь составляют логико-смысловую модель Сопоставив результаты, делают вывод: - спирты имеют широкое и разнообразное применение. Запись темы: Производство этанола. Составляют план изучения производства спирта. Сравнивают, дополняют Обобщают | Работа в парах Индивидуальная Работа в парах Коллективная | Модель: применение→свойства 1. Kак дезинфицирующее средство, обладает антисептическими свойствами → бактерицидность 2. В качестве горючего материала → горение 3. Производство бутадиенового и бутадиенстирольного каучуков → дегидратация с дегидрированием 4. Парфюмерная и пищевая отрасли промышленности, растворитель в производстве лаков, красок → растворитель 5. Получение уксусной кислоты, синтез лекарств → окисление с дегидратацией 6.Производство галогенпроизводных для медицины и органического синтеза → взаимодействие с галогенами Выход на тему урока химизм процесса сырье получение этанола методы историч. очерк |
3. Осмысление и усвоение нового материала путем решения проблемных задач. 30 мин
3.1. Направляющая деятельность учителя
- Получение этанола – одно из крупнотоннажных промышленных производств основного (тяжелого) органического синтеза. Большие масштабы производства этанола предъявляют определенные требования к экономике производства, в первую очередь в решении проблемы выбора сырья (в себестоимости химической продукции доля сырья достигает 70%) и рационального оформления технологического процесса. Рассмотрим основные направления развития современного химического производства этанола.
- Начнем с небольшого исторического очерка. Первая команда приготовила сообщение.
Деятельность учеников. 1. Сообщение учеников 1 команды. Приложение 1.
3.2. Деятельность учителя.
- В основу классификации всех существующих промышленных методов производства этанола могут быть положены виды используемого сырья (углеводородные газы, древесина, пищевые продукты, от ходы производства) и химизм превращений (гидратация, брожение), лежащих в основе технологических процессов. В соответствии с этой классификацией различают производства синтетического, гидролизного, ферментативного (пищевого), и сульфитного этанола. Наиболее совершенный и ныне распространенный способ получения этилового спирта – синтетический.
Деятельность учителя | Деятельность учеников | Форма организации ПД | Результат |
Сырьем синтетического этанола является этилен. Предложите пути получения этилена. | 2. Вспоминают и предлагают основные способы получения этилена | Работа в парах | Пиролиз низкооктанового бензина, этана; из газов нефтепереработки |
- Какая реакция лежит в основе получения этанола из этилена? Какой это процесс? | 3. записывают и характеризуют реакцию | Индивидуальная | Н2С=СН2 + НОН ↔ С2Н5ОН + Q гидратация (присоединение воды) обратимый, экзотермический |
- Как сместить равновесие в сторону выход продукта? | 4. повторяют условия смещения равновесия | Работа в парах | 1.Понижение температуры, т. к. реакция экзотермическая; 2. Повышение давления, т. к. реакция идет с уменьшением числа молей; 3. Увеличение мольного отношения воды и этилена |
- А как повысить скорость данного процесса? | 4. повторяют и выбирают условия повышения скорости реакции | Фронтальная | 1. Повысить температуру, но не высоко 2. Применить катализатор |
- Вторая команда расскажет о физико-химических основах прямой гидратации этилена | 5. ученик информирует класс о катализаторах этого процесса. Приложение 2. | Н3РО4↔ Н+ + Н2РО4- | |
3.3. – В промышленности процесс гидратации может осуществляться в двух вариантах: в жидкой и паровой фазе. На практике реализован преимущественно второй вариант. | |||
-проблемная ситуация (мотивация, смена деятельности) Гидратацию этилена ведут при оптимальных условиях: температуре 290 ͦС и давлении 8МПа, но только 6% этилена превращается в спирт. Как сделать производство рентабельным? | 6. учебный мозговой штурм -генерируют идеи -оставляют 1-2 идеи рабочие (анализ) -дают ответ | Групповая | Цикличность, отдувка циркуляционного газа для удаления из него примесей, рациональный теплообмен с использованием теплоты гидратации |
-Составьте технологическую схему производства. | 7. проектируют и осуществляют схему-монтаж производства, по окончании работы члены 3 команды осуществляют контроль | Групповая | С2Н4↓ продукты |
Вывод: |
4. Закрепление материала и проверка уровня усвоения знаний. 7 мин
Деятельность учителя | Деятельность учеников | Форма организации ПД | Результат | ||||
консультирует | Заполнение таблицы «Производство этанола»
| фронтальная | Выявление и устранение затруднений | ||||
Организует программированный контроль (при наличии ПК – ЦОР) | Выполняют тест на бумажном носителе (или на ПК) Само - или взаимопроверка Приложение 4. | индивидуальная | оценка |
5. Итоги урока. 1 мин
6. Домашнее задание.1 мин. Слайд
Приложение 1.
Этанол (метилкарбинол, этиловый, винный спирт) известен человеку с глубокой древности. первые упоминания о нем относятся к VIII в. В арабских источниках (950г.) описано получение водного этанола. В 1050-1150 гг. этанол получали ректификацией вина, в котором он образуется при брожении глюкозы, и использовали под названием «agua ardens» (вода горючая), «agua vitae» (вода жизни), «sp[ritus vini» (дух вина). Последний термин удержался в фармакологии до настоящего времени.
С ХIIIв. этанол стали применять в медицине под названием «мать», «государыня», «царица всех лекарств». К 1440 г. относится исследование состава спирто-водных смесей (водки). С 1600 г. этанол используют в химических опытах для экстракции органических веществ. В книге А. Либавия «Алхимия» (1597) приведен проект химической лаборатории, в которой предусмотрен «винный погреб».
В 1682 г. И. Бехер впервые описал метод получения водного этанола (водки) из картофеля, а в 1748 г. он опубликовал сообщение Шведской академии наук о промышленном способе получения этанола из картофеля. Попытка получить безводный (абсолютный) этанол была сделана в 1775 г. Т. Бергманом. Впервые безводный этанол получил Т. Ловиц в 1796 г. В 1798 г. А. Арганд описал применение метода ректификации для перегонки этанола. Однако только в 1820 г. для этой цели была сконструирована промышленная ректификационная колонна. А 1783 г. А. Лавуазье установил элементный состав этанола и попытался объяснить природу спиртового брожения. Окончательно химизм этого процесса был выяснен в 19 в. Исследование в 1864 г. систем «этанол-вода» стало основой для разработки им гидратной (химической) теории растворов.
До 1934 г. в нашей стране этанол получали исключительно из пищевого сырья. В 1934 г. было освоено производство этанола гидролизом древесины, а в 1935 г. построен первый гидролизный завод в Ленинграде. В 1936 г. вступил в строй опытный завод в Баку по получению этанола сернокислотной гидратацией этилена. Поиски технологического решения производства этанола методом прямой гидратации этилена была прерваны войной. И только в 1952 г. началось освоение получения этанола этим методом.
Приложение 2.
Процесс гидратации катализируется кислыми и нейтральными катализаторами, среди которых наибольшее применение получила фосфорная кислота на носителе в виде кизельгура или силикагеля. В присутствии фосфорной кислоты происходит электрофильное присоединение воды к этилену по схеме: Н3РО4↔ Н+ + Н2РО4-
Н2С=СН2 + Н+ ↔ СН3-СН2+
СН3-СН2+ + НОН ↔ СН3-СН2-О+ Н ↔ СН3-СН2-ОН + Н+
Н
Катализ осуществляется свободной фосфорной кислотой, которая в жидком состоянии находится на поверхности зерен носителя. Таким образом, активность катализатора зависит от концентрации кислоты. В свою очередь, концентрация кислоты зависит от парциального давления паров воды в системе и температуры. Поэтому, вопреки требованиям термодинамики данного процесса, его нельзя вести при большом мольном отношении воды и этилена, так как это снижает концентрацию кислоты, а следовательно, и активность катализатора. Время работы катализатора – около 500 часов. Это вызывает необходимость непрерывного добавления кислоты в процессе работы установки.
Приложение3.
Синтез этанола осуществляется в контактном аппарате. Это цилиндрическая полая стальная колонна высотой около 10 м. Изнутри она футерована листовой медью с целью предохранения от коррозии и заполнена катализатором (Н3РО4 на носителе, например алюмосиликате). Этилен нагревается в теплообменнике продуктами реакции до необходимой температуры. Затем он смешивается с перегретым водяным паром в смесителе и поступает в верхнюю часть колонны синтеза, где и проходит химическая реакция. Продукты реакции отводятся из нижней части аппарата. В их составе – пары этанола, непрореагировавшие вещества, побочные продукты (например, диэтиловый эфир). Все последующие операции направлены на выделение чистого этилового спирта из этой смеси (в конденсаторах, сепараторах и т. д.). Через газоотделитель оставшийся этилен вновь направляют в колонку синтеза. Продукты реакции (в том числе неотделенный этилен) поступают в теплообменник, где охлаждаются, отдавая теплоту реакции этилену, подготавливаемому к гидратации.
Приложение 4.
Тест «Производство и применение этилового спирта»
1. Наиболее экономичным и перспективным является производство этанола:
а) брожением сахаристых веществ;
б) отгонкой из вина («винный спирт»);
в) синтетическим способом.
2. В основе синтетического способа производства этанола используется:
а) реакция гидратации; б) гидролиз; в) реакция гидрирования.
3. Реакция гидратации – это:
а) присоединение водорода; б) присоединение воды; в) разложение водой.
4. Как следует поступить с давлением в равновесной системе:
С2Н4 + Н2О ↔ С2Н5ОН + 46 кДж,
чтобы сместить равновесие вправо?
а) повысить; б) понизить; в) не изменять.
5. Катализатор в реакции С2Н4 + Н2О ↔ С2Н5ОН + 46 кДж,
а) смещает равновесие вправо; б) ускоряет реакцию (прямую); в) смещает равновесие влево; г) замедляет прямую реакцию.
6. Принцип противотока используется в работе:
а) колонны синтеза; б) теплообменника; в) турбокомпрессора.
7. Уксусную кислоту получают из этанола по реакции: 
а) дегидратация и дегидрирование этанола б) окисление этанола; в) дегидратация этанола.
8. Этанол используется в качестве горючего, т. к. реакция его горения:
а) необратимая; б) экзотермическая; в) некаталитическая.
9. Получение бутадиенового каучука из этанола по способу Лебедева основано на реакции:
а) гидратации с одновременным гидрированием; б) гидролиза; в) дегидратации с дегидрированием.
10. Для производства кондитерских изделий используется:
а) метанол; б) этиленгликоль; в) этанол.
Ответы на вопросы теста: 1 – в, 2 – а, 3 – б, 4 – а, 5 – б, 6 – б, 7 – б, 8 – б, 9 – в, 10 – в
Приложение 5
Лист учета универсальных учебных действий
Класс ________ Дата _________
№ | Список класса \ УУД | Коммуникативные | Познавательные | ||
Использование средств языка и речи для получения и передачи информации | Самовыражение - монологические высказывания разного типа | Участие в продуктивном полилоге | Генерирование идей и определение средств, необходимых для их реализации | Аргументированное изложение своих мыслей, выдвижение гипотез | Проявление умений устанавливать причинно-следственные связи, делать обобщения и выводы |
1 | |||||
2 | |||||
3 | |||||
4 | |||||
5 |
