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石油化学4:碳氢化合物的处理

你需要的东西

石油化学4:碳氢化合物的处理图片来源:Clipart.com

目的

介绍石油馏分在炼油过程中如何经过化学处理以生产有用的原料。


上下文

本课程是高科技世界项目中能源的一部分,该项目审查了能源背后的科学。高科技世界的能源是由AAAS开发的,由美国石油研究所提供资金。manbetx注册与登录有关更多课程,活动和互能量的课程,活动和互动性,请务必查看在高科技世界项目中的能源页。

本课程是关于石油化学的一系列课程中的第四课,这些课程在11日和12年级的上层化学学生旨在。你应该是一名经验丰富的化学老师,以教这些课程。这些课程的目标是向当今高科技世界中引入高中学生以利用石油作为能源。在石油化学1:什么是碳氢化合物?学生将探索碳氢化合物,石油的分子基础,并学会区分有机物和无机化合物。

在石油2的化学中:碳氢化合物燃烧时会发生什么?学生将研究不同烃燃烧产生的不同能量。

在石油化学3:蒸馏烃的蒸馏中,学生将被引入蒸馏过程,通过该方法被精制石油以产生有用的石油级分。

石油4的化学4:烃的治疗将有助于学生探索转化蒸馏石油级分以产生有用的燃料油的化学处理方法。

这一课是第三课的延续,第三课是完整的原油提炼过程。第三课的结论是,根据原始原油中碳氢化合物的相对沸点,将原油分离成石油馏分。在本节课中,学生们将探索如何用化学方法处理这些石油馏分,从而生产出他们所熟悉的有用燃料,如柴油、航空燃料和汽油。

随着学生探索互动,它们可能会因与治疗过程相关的术语和反应而被淹没。学生不需要知道或记住这些反应的细节;相反,他们应该达到一般性的理解,即一系列化学反应在生产日常使用的燃料方面很重要。

如在第3课中,这项活动提供了澄清原油由柴油,煤油和其他精制产品的单独分子组成的常见误解的机会。在这些课程结束时,学生应该理解,没有称为柴油或煤油或轻质气体的单一分子,具有特定的化学式,如h2o.燃料油,如柴油,是含有相似性质的不同分子的混合物。在石油级分中共享的两个主要特性是分子中的碳数和沸点。

为了让学生做这一课,以及在这个系列的其他课程,他们需要有基本的原子和他们的结构的先决知识。关于原子的基本信息可以在网站上找到原子。学生还应了解基本的有机化学,包括了解碳氢化合物是什么以及它们如何命名(即命名法)。

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动机

首先问学生:“我们知道石油被用来制造汽油。但是还有什么产品是由石油制成的呢?”要求学生分组进行头脑风暴,每组至少列出10个他们在过去24小时内见过或使用过的石油产品。有关项目的清单可在以下网页找到:石油制造的一些产品

当学生小组共享他们的产品项时,生成一个班级列表。需要指出的是,这些物品以及更多的物品都是用从原油或石油中提取的燃料制成的。问学生:

  • 你认为我们对石油产品的使用随着时间的推移发生了怎样的变化?
      (鼓励学生讨论我们对石油产品的使用以及客户对石油基产品的需求增加。)
  • 鉴于客户的需求很高,原油是资源有限的事实,您认为炼油厂如何充分利用他们拥有的原油?
      (允许学生集体讨论炼油厂如何高效地利用原油的想法。学生可能表明炼油厂有效或找到使用原油所有碳氢化合物的方法。)

发展

通过制作流程图,与学生审查原油改进和治疗的第一阶段。在流程图开始,写下“原油”的单词。在流程图结束时,放置学生生成的产品列表。开始填写流程图,要求学生一旦它位于地球上就会发生原油。下一步应包括提取并将原油带到石油炼油厂。一旦在炼油厂,原油就会经历蒸馏过程。蒸馏的结果是石油级分。询问学生,“描述蒸馏过程中的碳氢化合物发生了什么。”

现在学生应该审查炼油:仔细看通过观看介绍视频并通过蒸馏过程进行互动。这部电影伴随着脚本你可以打印出来。叙述者迅速说话,因此在第一次看电影后阅读脚本是一个好主意。阅读脚本后,学生可以第二次观看电影,这将促进理解。

问学生:

  • 在蒸馏过程中用来分离碳氢化合物的化学性质是什么?
      (这是沸点。)
  • 基于尺寸,蒸馏后最小的碳氢化合物在哪里?
      (它们位于蒸馏塔的顶部。)
  • 哪里的碳氢化合物最多?
      (它们在蒸馏塔的底部。)

通过七个部分,强调馏分由烃的混合物组成,并且不由单个分子组成。例如,煤油是来自原始原油的烃分子的混合物,含有10-16碳的碳。这意味着煤油馏分中有碳氢化合物含有10个碳和其他含有11的其他碳含量,且通过16。

指出,通过蒸馏过程,烃尚未以任何方式改变或改性;它们通过沸点差异的化学性质,通过尺寸分开。这是一个物理变化。在蒸馏后的流程图和学生日常产品和油的列表之前,写下“治疗”这个词。为学生定义,治疗是改变蒸馏馏分的化学反应和技术,以制备有用和销售的油。

允许学生探索的处理部分的互动自己使用治疗的碳氢化合物学生esheet。学生可以使用的是回答问题治疗的碳氢化合物学生表。答案可供选择治疗的碳氢化合物教师表。全班一起复习这些问题。通过讨论和回顾指导性问题,说明一般有三种不同的治疗过程。这些都是:

  1. 去除碳氢化合物中的杂质,如金属和硫
  2. 分解大型重碳氢化合物
  3. 重塑或从较小的碳氢化合物

这些过程的目标是制造有用的产品,例如柴油,汽油,喷射燃料和沥青。最终,这些最终产品不是单独的分子,但是各种长度和结构的处理过的碳氢化合物的混合物。

浏览这三个过程中的每个过程的示例。从第一个过程(去除碳氢化合物中的杂质)开始,问学生:

  • 去除硫的两种方法是什么?
      (它们是胺甜味和加氢处理。)
  • 为什么从碳氢化合物中去除硫很重要?
      (鼓励学生思考不同的想法。强调硫磺等杂质可以损坏炼油厂和产品质量的损坏设备。环境保护局还有关于可留在产品中的硫磺的法律限制。)
  • 当您听到“Hydro”一词时,您如何看待什么?
      (答案各不相同,但有些学生应该提到氢。)

告诉学生加氢处理的基本思想是在高压和高温下向石油馏分中加入氢气。然后,石油和氢气进入一个装有催化剂的反应器。

问学生:

  • 什么是催化剂?
      (它是改变反应速率的东西,而不是在反应中永久改变的东西。)
  • 如果没有催化剂,反应仍然会发生吗?
      (是的,但它需要更长的时间。)

在加氢处理中,通常用作催化剂的金属表面。这些金属包括钯,镍,铂,钴和铁。为学生绘制一般反应公式,以了解加氢处理。

S + H.2(g)→H2年代(g)
(催化剂,热和压力)

如果可能,请将互动的互动的处理页面投影。点击其中一个燃料,然后在加氢处理盒上展示学生,其中一个发生在加氢处理单元中发生的反应类型之一的示例。将固体硫转化为硫化氢气体,然后除去该硫化物气体。

年代8(s)+ 8h2(g)→8h2年代(g)
(催化剂,热和压力)

告诉学生加氢处理过程还除去氮化合物,如果没有除去,如果没有除去,可以与空气中的氧气反应并产生硝酸(HNO)3.)。

通过询问学生,开始描述第二种过程(分解大,重碳氢化合物)的示例:

  • 大型碳氢化合物是否具有高或低沸点?为什么?
      (由于较重的分子量,氢键和支化​​量,它们具有高沸点。)

在板上写下Docosane的公式:C22H46,并告诉学生在蒸馏后在瓦斯油级分中发现这种大型烃。瓦斯油馏分由具有20-70碳的烃的混合物组成。如果可能的话,将互动的处理页面投影在教室前面的交互,然后点击“瓦斯油”旁边的红色圆圈。然后点击瓦斯油管中的悸动黄色圆圈,以显示二糖烷的化学结构。问学生:

  • 瓦斯油分的第一个处理过程是什么?
      (它是加氢处理。)
  • 加氢处理的目标是什么?
      (目的是去除杂质。)
  • 加氢处理后汽油在加氢后经历的其他两个治疗方法是什么?
      (它经历加氢裂化和催化裂化。)

告诉学生裂解过程将重烃(你可能想要使用大烃分子)分解成较轻的产品(小烃分子)。使用不同类型的裂化工艺。重点是催化裂化,告诉学生这个过程使用高温和催化剂将大分子分解成更小、更有用的分子。请画出以下反应,让学生了解催化裂化的工作原理:

C22H46+热+催化剂→C12H26+ C.6H12+ C.4H8

所用的催化剂通常是硅或氧化铝。在上述反应中,十二烷被转化为十二烷、环己烷和丁烯。较小的己烷和丁烯可以与其他较小的化合物结合,制成汽油储备。较大的十二烷是柴油储备的一种成分,可以用来为船舶和工厂提供燃料。

通过点击互动页面上“轻石脑油”旁边的红色圆圈,描述第三个过程的一个例子(从较小的过程重塑或建造碳氢化合物)。这样做将显示两个处理过程:加氢处理和异构化。问学生:

  • 轻石脑油中的碳氢化合物相对较大还是较小?
      (小)。

告诉学生轻石脑油主要是戊烷和己烷的混合物。让学生画出戊烷和己烷的化学结构。如果可能,提供每个结构的模型。问学生:

  • 什么是异构体?
      (它是一种与另一种分子式相同,但结构不同的化合物。)
  • 您认为在炼油厂的异构化过程中发生了什么?
      (碳氢化合物被制成同分异构体。)
  • 如果我们从己烷和戊烷开始,异构化后,产物的化学式会改变吗?
      (没有)。

在董事会上写下以下反应:

C5H12→C.5H12

告诉学生这是戊烷和异戊烷的反应。要求学生画出异戊烷的化学结构。用戊烷的模型,把链上的第5个碳移到第2个碳上。这个新结构是异戊烷(也叫甲基丁烷或2-甲基丁烷),它的化学式与直链戊烷相同。告诉学生这种异构化在石油处理过程中很重要,因为与直链分子相比,同分异构体能提高汽油的质量。事实上,同分异构体提高了汽油的辛烷值。


评估

让学生分组选择一种原油蒸馏和处理过程的最终产物:柴油、煤油、汽油、喷气燃料或沥青。要求每个小组做一个演示,讨论他们的最终产品是如何形成的。当他们在做这个练习时,他们应该确保将每一步归类为物理或化学变化。他们的信息应该利用互动的所有方面,包括电影。它们的展示应该始于数百万年前的微小海洋植物,经历了干酪根的形成过程,最终形成石油。提醒学生在进入蒸馏和处理过程之前要进行钻孔。学生应该在他们的报告中包括一个流程图。鼓励学生使用不同的方法显示他们的信息。例如,学生可以选择展示故事板、漫画书、幻灯片、文章或短片。根据学生对如何通过一系列重要的化学过程从原油中提炼出有用的天然气油的整体理解来评估学生。


延期

让学生探索汽油的辛烷值对产品意味着什么。有一些错误的观念,学生可能有。课后,鼓励学生调查他们的父母、老师和其他司机对汽油辛烷值的了解。你和你的学生可以复习发现汽油科学了解更多关于辛烷值的知识。


学生可以探索法规和技术如何帮助降低酸雨的生产酸雨学生网站:正在进行什么?


资助信息信息
美国石油研究所
这些内容是通过美国石油研究所的支持来创建的。

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课程详细信息

成绩 主题 类型 2061项目的基准 国家科学标准 国家标准
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