Углеводороды как опасные химические загрязнители

Разделы: Химия

Цель:

  • показать учащимся роль углеводородов и их производных в природе и промышленности; осознать токсичность УВ, уяснить какие существуют меры борьбы с ними; показать взаимосвязь химии с другими науками;
  • способствовать формированию личностных качеств учащихся, системы отношений к экологическим проблемам;
  • формирование здоровьесберегающего фактора на уроках химии.

Оборудование: таблица Д.И.Менделеева, модели углеводородов, таблица круговорота веществ в природе.

План урока

  1. Метан, его роль в биосфере, его использование в биотехнологии и органическом синтезе. Двойственная роль метана.
  2. Фреоны
  3. Галогеналканы (хлороформ, дихлорэтан)
  4. Ароматические углеводороды, их физиологическое действие.
  5. Разбор заданий с экологическим содержанием
  6. Решение расчетных заданий с экологическим содержанием

Метан, его роль в биосфере, его использование в биотехнологии и органическом синтезе. Двойственная роль метана

Метан играет значительную роль в круговороте органического вещества биосферы (гораздо большую, чем СО2, поскольку период существования метана в атмосфере в 2 раза меньше, чем период существования СО2).

Метан и другие газообразные углеводороды, поступающие в атмосферу Земли, не накапливаются в ней. Основная причина – существование метанокисляющих бактерий, использующих СН4 в качестве единственного источника углерода. Процессы биологического окисления СН4 проходят ступенчато:

СН4 -> СН3ОН -> НСНО -> НСООН -> СО2

Метан - главная составляющая часть природного газа рассматривается как сырье крупнотоннажной промышленности синтеза белка. Биомасса дрожжей, получаемая при выращивании бактерий на метане, представляет собой продукт, который по ряду показателей превышает содержание белка в биомассе, что составляет 5%-15%.

Метан используется и для получения водорода методом высокотемпературной конверсии метана с СО2:

СО2+СН4=2СО+2Н2

Один из продуктов реакции – токсичный угарный газ СО – опасный загрязнитель атмосферы. Эффективный способ его обезвреживания – каталитическое окислении (катализаторы Cr, Zn,Cu ):

CO+H2О (пар) =кат= СО2+Н2+41 КДж

Образующийся в процессе реакции СО2 поглощается водой или щелочью. Метан в больших количествах опасен для жизни.

Фреоны (хладоны)

Фреоны (хладоны) – это фтор, или полифторуглеводороды, часто содержащие атомы хлора, реже – атомы брома.

Эти газы или легкокипящие жидкости обладают уникальным набором свойств: химически инертны, негорючи, взрывобезопасны, нетоксичны, не растворяются в воде и растворяются в органических растворителях. Применение фреонов открыло новые возможности для хранения продуктов питания в промышленности и бытовых холодильниках, для хранения и дозирования жидкостей (в виде аэрозолей). Их используют также в системах автоматического пожаротушения и как растворители (далее можно рассказать ученикам о предполагаемом влиянии фреонов на озоновый слой).

Галогеналканы, их физиологическое действие

Хлороформ по характеру действия – наркотик, вызывающий нарушение обмена веществ и поражение внутренних органов, особенно печени. При небольшом отравлении возникают рвота и боли в желудке, происходит нарушение сердечно-сосудистой деятельности. При тяжелом отравлении наступает ослабление дыхания, понижение температуры тела, глубокий наркоз. Хроническое воздействие хлороформа в небольших концентрациях вызывает дерматиты, экземы, желудочно-кишечные расстройства; изменения печени.

Дихлорэтан, действует как наркотик, причем по силе наркотического действия занимает среди галогеналканов первое место. В основном поражает печень. При легком отравлении появляются головные боли, головокружение, тошнота, происходит замедление пульса, небольшое увеличение печени. При тяжелом остром отправлении эти проявления выражены сильнее. Возможен смертельный исход. При хроническом отравлении отправлении наблюдается желтушная окраска слизистых оболочек и кожаных покровов. При контакте с кожей возникают дерматиты.

Ароматические углеводороды, их физиологическое действие

Бензол обладает общетоксическим и мутагенным действием, а также воздействует на репродуктивную функцию женщин. Действует на почки, печень, изменяет формулу крови (уменьшает количество лейкоцитов, тромбоцитов, красных кровяных телец), нарушает структуру хромосом.

Нитробензол также обладает общетоксическим действием. Окисляет гемоглобин крови в метгемоглобин (метгемоглобинемия), вызывает желтушное окрашивание белков глаз, физиологические и неврологические расстройства.

Разбор заданий с экологическим содержанием

В одном из цехов анилинокрасочного завода остановили на планово–предупредительный ремонт сульфуратор (аппарат для сульфирования), представляющий собой вертикальный чугунный аппарат высотой 3м и объемом 600л. На крышке имелся люк диаметром 0,4 м для внутреннего осмотра, ремонта и доочистки аппарата. После удаления и нейтрализации кислой среды, пропарки системы, промывки водой, установки заглушек на трубопроводах и слива из сульфатора при помощи сифона необходимо было вручную удалить остаток. Лаборант провел анализ воздушной среды в сульфураторе, отобрав пробу на глубине 1,5 м. Содержание паров бензола оказалось равным 25 мг/м3

Было получено разрешение на проведение работ по очистке аппарата. Рабочий без противогаза и спасательного жилета спустился в сульфуратор и через 5-10минут потерял сознание. Получив тяжелое отравление. Он полгода пролежал в больнице и затем был переведен на инвалидность с тяжелым заболеванием крови (ПДК – предельно допустимая концентрация – в рабочей зоне для бензола 5мг/м3).

После спасения рабочего был сделан анализ воздушной среды в нижней части сульфуратора, который показал содержание бензола 6000мг/м3. Вопросы:

а) Во сколько раз была превышена концентрация бензола по результатам первого анализа?

б) Почему результат второго анализа во много раз превысил результат первого?

в) Кто нарушил производственную дисциплину и в чем это выразилось?

г) Как действует бензол на организм человека?

Один из путей защиты биосферы от загрязнения - очистка отходящих газов и сточных вод на промышленных предприятиях. Современные очистные сооружения достаточно эффективны, но дорогостоящи. Как вы поступили бы, если бы были директором крупного завода и имели в своем распоряжении значительную сумму денег:

а) положили бы деньги в банк для уплаты штрафов за загрязнение природной среды: это выгоднее строительства очистных сооружений;

б) вложили бы деньги в строительство очистных сооружений;

в) часть денег вложили бы в расширение производства, а часть использовали бы для увеличения зарплаты рабочим.

Вы работаете на химическом заводе и случайно узнаете о не исправности в системе очистных сооружений. Как вы поступите:

а) сообщите директору завода, чтобы он сам принял решение;

б) сделаете вид, что вам ничего не известно о неисправности, так как не хотите потерять в зарплате из-за остановки завода;

в) скажите директору и, если он не примет мер, будете активно действовать сами: сообщите рабочим, сотрудникам заводской газеты, соберете людей на митинг и т.д.?

Вы заместитель директора фабрики резиновых игрушек. Вам предложили новую краску, содержащую кадмий, более дешевую и яркую, чем та, без кадмия, которая имеется на фабрике. В результате ее использования фабрика получит большую прибыль. Как вы поступите, если знаете о токсичности красителей, содержащих кадмий:

а) согласитесь с директором на покупку краски;

б) будете против этого решения;

в) пойдете на компромисс и предложите выпускать 50% игрушек с использованием новой краски и 50% - старой?

Например, дана ситуация “Иван Петрович имеет машину. При работе двигателя содержание угарного газа в выхлопных газах превысило установленную норму в 3 раза. Иван Петрович решил:

а) не буду ездить на машине, пока не отрегулирую карбюратор;

б) буду ездить на машине только иногда, если уж очень нужно;

в) всего-то в три раза буду ездить больше нормы, буду ездить на машине до следующего техосмотра или до первого штрафа.

Какое решение должен принять Иван Петрович? Почему?

Предположим, что выбран ответ “б” или “в”. Темой для обсуждения становится проблема загрязнения воздуха выхлопными газами автомобиля.

Учащиеся должны усвоить, что человек по отношению к природе должен действовать по принципу “НЕ навреди!”

Вы с родителями едете на машине за город, останавливаетесь у водоема и видите, что возле кромки воды стоит грязная машина, которую собираются вымыть. Ваша машина тоже требует мойки. Ваши действия?

Почему именно так вы поступите? Предложите план исследования, иллюстрирующего действие нефтепродуктов (масел, бензина) на живые организмы (например, водные растения).

Как вы бы поступили, если бы, прогуливаясь по берегу водоема, увидели ржавое ведро возле старого кострища:

а) очистили бы берег, выбросив ведро в воду;

б) не обратили бы на ведро внимания;

в) отнесли бы ведро на ближайшую свалку или закопали бы его в землю.

Соберите непищевые отходы, накопленные вами за один день. Проанализируйте состав. Составьте прогноз о превращениях этих веществ при попадании в окружающую среду. Опишите, как вы поступили с собранным вами мусором после проведенного анализа.

Расчетные задачи с экологическим содержанием

  1. Какой объем воздуха расходуется при сжигании 16 литров пропана. Объемная доля кислорода в воздухе составляет 21%.
  2. В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим действием. На основе качественного и количественного анализов этого вещества, были установлены следующие данные: массовая доля углерода 85,7%, относительная плотность вещества по углекислому газу равна 1,593. Найти формулу углеводорода.
  3. Определите формулы загрязняющих веществ по элементному составу и относительной плотности паров газов:

    4. а) массовая доля углерода 82,8 %, массовая доля водорода 17,2 %, относительная плотность вещества при нормальных условиях 2,59;

    б) массовая доля углерода 84,21 %, массовая доля водорода 15,79 %, относительная плотность вещества по воздуху 3,93.

  4. Определите формулы веществ на основе продуктов сгорания:

а) при сжигании углеводорода массой 8,6 г образовалось 26,4 г оксида углерода (IV), паров воды 12,6 г. Относительная плотность вещества по воздуху 2,966;

б) при сжигании углеводорода массой 8,8 г образовалось 26,4 г оксида углерода (IV). Плотность вещества при нормальных условиях 1,96 г/л.

Использованная литература

  1. В.М Назаренко. Программа экологизированного курса химии для средней общеобразовательной школы “Химия в школе”1993 №5.
  2. В.М Назаренко. Контролирующие задания с экологическим содержанием. “Химия в школе” 1993 №1.
  3. Приложение к газете “Первое сентября. Химия” № 29 2001 “Изучение глобальных экологических проблем”.