Temat: Liczba oktanowa. Kraking i reforming.

Adresat

Uczniowie liceum ogólnokształcącego i technikum

Podstawa programowa:

Nowa podstawa programowa:

Liceum ogólnokształcące i technikum. Chemia – zakres podstawowy:

XIII. Węglowodory. Uczeń:

9) wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej (LO) i podaje sposoby zwiększania LO benzyny; tłumaczy, na czym polega kraking oraz reforming i uzasadnia konieczność prowadzenia tych procesów w przemyśle.

Liceum ogólnokształcące i technikum. Chemia – zakres rozszerzony:

XIII. Węglowodory. Uczeń:

14) wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej (LO) i podaje sposoby zwiększania LO benzyny; tłumaczy, na czym polega kraking oraz reforming i uzasadnia konieczność prowadzenia tych procesów w przemyśle.

Stara podstawa programowa:

Liceum ogólnokształcące i technikum. Chemia – zakres podstawowy:

XIII. Węglowodory. Uczeń:

9) wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej (LO) i podaje sposoby zwiększania LO benzyny; tłumaczy na czym polega kraking oraz reforming i uzasadnia konieczność prowadzenia tych procesów w przemyśle.

Ogólny cel kształcenia

Uczeń interpretuje LO oraz omawia sposoby otrzymywania benzyny.

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• co oznacza skrót LO;

• pojęcia liczby oktanowej;

• sposobów zwiększania liczby oktanowej;

• praktycznych znaczeń liczby oktanowej;

• w jakim celu i w jaki sposób można poprawić jakość paliwa;

• definiować pojęcie krakingu i reformingu;

• wytłumaczyć, na czym praktycznie polega kraking i reforming;

• uzasadnić konieczność prowadzenia krakingu i reformingu w przemyśle.

Metody/techniki kształcenia

• podające

  • pogadanka.

• eksponujące

  • film.

• aktywizujące

  • eksperyment myślowy.

• programowane

  • z użyciem komputera;

  • z użyciem e‑podręcznika.

• praktyczne

  • ćwiczeń przedmiotowych.

Formy pracy

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne

• e‑podręcznik;

• zeszyt i kredki lub pisaki;

• tablica interaktywna, tablety/komputery.

Przebieg lekcji

Faza wstępna

1. Nauczyciel rozdaje uczniom metodniki lub kartki w trzech kolorach: zielonym, żółtym i czerwonym do zastosowania w pracy techniką świateł drogowych. Przedstawia cele lekcji sformułowane w języku ucznia na prezentacji multimedialnej oraz omawia kryteria sukcesu (może przesłać uczniom cele lekcji i kryteria sukcesu pocztą elektroniczną lub zamieścić je np. na Facebooku, dzięki czemu uczniowie będą mogli prowadzić ich portfolio).

2. Prowadzący wspólnie z uczniami ustala – na podstawie wcześniej zaprezentowanych celów lekcji – co będzie jej tematem, po czym zapisuje go na tablicy interaktywnej/tablicy kredowej. Uczniowie przepisują temat do zeszytu.

3. BHP – przed przystąpieniem do eksperymentów uczniowie zapoznają się z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcji. Nauczyciel wskazuje na konieczność zachowania ostrożności w pracy z nimi.

Faza realizacyjna

1. Nauczyciel w celu przypomnienia wiadomości z poprzedniej lekcji zadaje uczniom pytania, np. W zakresie jakich temperatur podczas destylacji ropy naftowej otrzymuje się benzyny, jak one się dzielą, o ilu atomach węgla zawierają węglowodory. Przypomina, które węglowodory nazywane są nasyconymi, a które nienasyconymi.

2. Prowadzący zajęcia poleca uczniom przygotowanie dziennika obserwacji w abstrakcie. Informuje, że obejrzą film „Badanie właściwości benzyny i oleju silnikowego”. Zanim to nastąpi, mają sformułować pytanie badawcze oraz hipotezy i zanotować je we wskazanym miejscu. Po projekcji ustalają wspólnie obserwacje, następnie wnioski, i je również zapisują.

3. W nawiązaniu do filmu nauczyciel zadaje uczniom pytanie: „Dlaczego benzyny nie wolno gasić wodą?” – trwa dyskusja.

4. Nauczyciel wyjaśnia pojęcie krakingu i omawia warunki, w jakich proces ten jest prowadzony. Następnie zapisuje równanie reakcji na wzorach sumarycznych krakingu oktadekanu z możliwością otrzymania alkanów i alkenów. Wyświetla również na tablicy multimedialnej równania reakcji krakingu tetradekanu. Dla utrwalenia u uczniów umiejętności zapisywania równań nauczyciel prosi chętnych do tablicy i poleca zapisanie krakingu heptadekanu i nonadekanu.

5. Prowadzący zajęcia wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej. Tłumaczy zasadę jej określania dla benzyny, np. LO=98, LO=95. Wspomina również o liczbie cetanowej dla oleju napędowego.

6. Nauczyciel omawia sposoby podwyższenia LO benzyny: dodawanie środków przeciwstukowych (omawia przykładowe środki przeciwstukowe) oraz reforming (wyjaśnia, na czym ten proces polega). Wyjaśnia zasady nazewnictwa węglowodorów rozgałęzionych na przykładzie izomerów heksanu.

7. Nauczyciel wykorzystuje tekst abstraktu do pracy indywidualnej lub w parach według następujących kroków: 1) pobieżne przejrzenie tekstu, 2) postawienie pytań, 3) dokładne czytanie, 4) streszczenie poszczególnych części tekstu, 5) powtórzenie treści lub przeczytanie całego tekstu.

8. Pod koniec lekcji nauczyciel prosi uczniów o wykonanie ćwiczenia interaktywnego – praca indywidualna.

Faza podsumowująca

1. Wskazany przez nauczyciela uczeń podsumowuje lekcję, opowiadając, czego się nauczył i jakie umiejętności ćwiczył.

Praca domowa

1. Wykonaj w domu notatkę z lekcji metodą sketchnotingu.

W tej lekcji zostaną użyte m.in. następujące pojęcia oraz nagrania

Pojęcia

Teksty i nagrania

Octane number. Cracking and reforming.

Cars with a combustion engine are powered by petrol and the ones with compression‑ignition (diesel) engine are powered by gas oil. What are the properties of these two types of fuels?

The quantity of petrol obtained directly as a result of fractional distillation of crude oil is not sufficient to meet the demand for this fuel. That it why it is produced in the processing of hard coal or synthesis gas, or in cracking from the highest fractions obtained during fractional distillation of crude oil. Cracking (crack means break, burst) is a process that involves breakdown of long carbon chains into shorter ones. If cracking of long chains takes place under appropriate pressure (4–6 MPa) and temperature (740‑810 K), without air access, we are dealing with thermal cracking. If molecules with shorter chains are formed as a result of heating (at temp. of about 720 K), under the influence of elevated pressure and in the presence of a catalyst (for example AlClIndeks dolny 3₃, CrIndeks dolny 2₂OIndeks dolny 3₃, aluminosilicates), we are dealing with catalytic cracking. Catalyst makes it possible to decrease temperature and pressure needed during this process. Alkanes and alkenes with shorter carbon chain are formed as a result of cracking of alkanes, for example:

Petrol obtained in the fractional distillation of crude oil is a mixture of hydrocarbons with simple carbon chains, which burns explosively, which is why it cannot be used as a fuel in vehicles. The octane number (ON) is the most significant parameter determining the quality of petrol. It reflects capacity of combustion in a cylinder of combustion engine without detonating (igniting). A mixture of petrol and air ignited by a sparking plug should burn evenly and not too quickly, because too rapid combustion causes uneven engine operation and its premature wear. Patrol of ON = 98 burns like a mixture consisting of 98% of isooctane and 2% of n‑heptane (n‑alkanes have the lowest octane numbers).

The octane number of petrol can be increased using the so‑called antidetonators, which are chemical anti‑knock agents. Iodine and aniline were one of the first of such agents. Employees of General Motors were testing 33,000 different chemical substances within 7 years and in 1922 they discovered and patented the anti‑knock effect of tetraethyllead – a compound with the following formula: Pb(CIndeks dolny 2₂HIndeks dolny 5₅)Indeks dolny 4₄. This substance turned out to be cheap and very effective because ON of petrol was increased from 60 to 96 if merely 0.15 g of this reagent was added to 1 dmIndeks górny 3³ of petrol. However, it was soon realised that highly toxic lead compounds are released into the atmosphere with exhaust gases, posing a threat to people and natural environment. Nowadays, lead‑free petrols are used with antidetonators, mainly ethers, such as methyl tert‑butyl ether (MTBE) and ethyl tert‑butyl ether (ETBE) or alcohols (for example methanol and ethanol).

Reforming is another process used to increase the octane number of petrol. It consists in changing the components of gasoline at high temperature and in presence of catalysis, as a result of which branched and cyclic hydrocarbons (including aromatic ones) are formed. When these hydrocarbons are added to fuel, they increase its octane number. Reforming leads to: isomerization (production of hydrocarbons with the same composition but different structure), cyclization (conversion of chain hydrocarbons into ring hydrocarbons) and aromatization (transformation of chain hydrocarbons into ring hydrocarbons with a specific structure; those who will have extended chemistry curriculum will learn more about these hydrocarbons).

• Petrol is obtained in the fractional distillation of crude oil and needs to be modified before it can become a motor fuel.

• Octane number is a parameter that measures resistance of petrol to knocking.

• Antidetonators are anti‑knock agents, which increase the octane number of petrol.

• Cracking is a method for obtaining petrol from heavier fractions of crude oil distillation.

• Reforming is a methods for obtaining high‑octane components of petrol (branched and ring hydrocarbons) from simple hydrocarbon.