Альтернативна воднева енергетика як
елемент шкільного розділу хімії: «Фізико-хімічні властивості водню»
елемент шкільного розділу хімії: «Фізико-хімічні властивості водню»
ЗМІСТ
Введення
Глава 1. ОСНОВИ СТВОРЕННЯ Воднева енергетика
1.1. Основні концепції надійності та екологічної безпеки об'єктів енергетики
1.2 Енергетика сьогодні
1.2.1 Енергетичні потреби, ресурси і можливості
1.2.2 Екологічні проблеми енергетики та шляхи їх вирішення
1.2.2.1 Парниковий ефект
1.2.2.2.Загрязненіе атмосфери
1.2.2.3 Озонові «дірки»
1.3 Особливості альтернативної водневої енергетики
1.3.1 Призначення, основні функціональні показники
1.3.2 Область застосування
1.3.3.Основанія для вибору
1.3.4 Стан та тенденції розвитку
1.3.5 Вплив водневої енергетики на навколишнє середовище
1.3.6 Додаткові відомості про застосування водню
в побутових цілях
1.3.6 Шляхи розвитку водневої енергетики
1.3.7 Піроліз води
Глава 2. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ПРОБЛЕМИ СТВОРЕННЯ
Воднева енергетика
2.1 Повідомлення 1. Суть водневої енергетики
2.2 Повідомлення 2. Виконується учнями, на основі матеріалів,
наданих учителем
2.3 Повідомлення 3. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
2.4 Повідомлення 4. Виконується вчителем
2.5 Повідомлення 5. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
2.6.Сообщеніе 6. Виконується учнями
2.7 Повідомлення 7. Виконується вчителем при завершенні вивчення теми
Глава 3. ОСОБЛИВОСТІ вивчення хімічних елементів у СЕРЕДНІЙ ШКОЛІ (НА ПРИКЛАДІ ВОДНЮ)
3.1. Урок 1. Водень
3.2. Урок 2. Властивості і застосування водню
3. 3. Урок 3. Практичне заняття
3. 4. Урок 4. Контрольна робота
ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ
ВИСНОВОК
ВИСНОВКИ
ВСТУП
Актуальність обраної теми обумовлена тим, що питання про пошук альтернативних видів палива для захисту навколишнього середовища від негативних впливів викликає інтерес. А інтерес учнів до теми - це інструмент педагога, що дозволяє набагато полегшити засвоєння матеріалу і підвищити якість знань. До того ж теоретичний аналіз проблеми і розробка заходів на тему «Альтернативна воднева енергетика» з використанням нових методичних прийомів дозволить вирішувати завдання природничо-наукової освіти, а саме формування екологічного та наукового світогляду [1]. Крім того, зростання значущості екологічних проблем вимагає постійно шукати шляхи, додаткові резерви підвищення рівня викладання природничо-наукових дисциплін, що дозволяє формувати правильне ставлення до навколишнього середовища і розуміти закономірності розвитку природи.
Виходячи з актуальності дослідження, основною метою даної дипломної роботи було:
Розгляд можливості екологізації розділу хімії: «Фізико-хімічні властивості водню» шляхом впровадження теми: «Альтернативна енергетика».
У зв'язку з цим в дипломній роботі вирішувалися такі конкретні завдання:
1) розробити огляд відомостей про водневій енергетиці як альтернативному виді енергії
2) вибір відповідних форм організації занять у рамках
«Альтернативна воднева енергетика»;
3) складання тестових завдань з досліджуваної теми;
4) апробація розроблених методик в МОУ СЗШ гімназії № 1 г . Нальчика;
Предмет дослідження - можливості введення в практику навчання нових прикладних та екологічних аспектів при вивченні теми «Альтернативна воднева енергетика».
Об'єкт дослідження - пізнавальна діяльність учнів дев'ятих класів МОУ СЗШ № 1 м. Нальчика.
Гіпотеза - розробка і реалізація нових методичних підходів до вивчення теми «Альтернативна воднева енергетика» з акцентуванням на прикладні та екологічні аспекти дозволить сформувати позитивну мотивацію до навчання, а зробити черговий крок у процесі формування екологічного світогляду учнів [2, 3].
Глава 1. ОСНОВИ СТВОРЕННЯ Воднева енергетика
1.1 Основні концепції надійності та екологічної безпеки об'єктів енергетики
Не так важливо, яка ваша думка про потреби енергетики, про джерела енергії, її якість та собівартості. Нам, мабуть, слід лише погодитися з тим, що сказав вчений мудрець, ім'я якого залишилося невідомим: «Немає простих рішень, є тільки розумний вибір».
Енергетичні об'єкти (паливно-енергетичний комплекс взагалі і об'єкти енергетики зокрема) за ступенем впливу на навколишнє середовище належать до числа найбільш інтенсивно впливають на біосферу.
Збільшення напорів та обсягів водосховищ гідровузлів, продовження використання традиційних видів палива (вугілля, нафта, газ), будівництво АЕС та інших підприємств ядерного паливного циклу (ЯПЦ) висувають ряд принципово важливих завдань глобального характеру за оцінкою впливу енергетики на біосферу Землі. Якщо в попередні періоди вибір способів отримання електричної та теплової енергії, шляхів комплексного вирішення проблем енергетики, водного господарства, транспорту та ін і призначення основних параметрів об'єктів (тип і потужність станції, об'єм водосховища та інші) проводились в першу чергу на основі мінімізації економічних витрат, то в даний час на перший план все більше висуваються питання оцінки можливих наслідків спорудження та експлуатації об'єктів енергетики.
Це, перш за все, відноситься до ядерної енергетики (АЕС та інші підприємства ЯПЦ), великим гідровузлах, енергокомплексу, підприємствам, пов'язаним з видобутком та транспортом нафти і газу і т.п. Тенденції та темпи розвитку енергетики зараз в значній мірі визначаються рівнем надійності та безпеки (в тому числі екологічної) електростанцій різного типу. До цих аспектів розвитку енергетики привернуто увагу фахівців та широкої громадськості, вкладаються значні матеріальні та інтелектуальні ресурси, однак сама концепція надійності та безпеки потенційно небезпечних інженерних об'єктів залишається багато в чому мало розробленою.
Розвиток енергетичного виробництва, мабуть, слід розглядати як один з аспектів сучасного етапу розвитку техносфери взагалі (і енергетики зокрема) і враховувати при розробці методів оцінки та засобів забезпечення надійності та екологічної безпеки найбільш потенційно небезпечних технологій.
Одне з найважливіших напрямків вирішення проблеми - прийняття комплексу технічних і організаційних рішень на основі концепцій теорії ризику.
Об'єкти енергетики, як і багато підприємств інших галузей промисловості, представляють джерела неминучого, потенційного, до теперішнього часу практично кількісно не обліковується ризику для населення і навколишнього середовища. Під надійністю об'єкта розуміється його здатність виконувати свої функції (в даному випадку - вироблення електро-і теплової енергії) в заданих умовах експлуатації протягом терміну служби. Або найбільш докладно: властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування.
Під екологічною безпекою розуміється збереження в регламентованих межах можливих негативних наслідків впливу об'єктів енергетики на природне середовище. Регламентація цих негативних наслідків пов'язана з тим, що не можна домогтися повного виключення екологічного збитку.
Негативні наслідки впливу енергетики на навколишнє середовище слід обмежувати деяким мінімальним рівнем, наприклад, соціально-прийнятним допустимим рівнем. Повинні працювати економічні механізми, що реалізують компроміс між якістю середовища проживання і соціально-економічними умовами життя населення. Соціально-прийнятний ризик залежить від багатьох факторів, зокрема, від особливостей об'єкта енергетики.
У силу специфіки технології використання водної енергії гідроенергетичні об'єкти перетворять природні процеси на досить тривалі терміни. Наприклад, водосховище ГЕС (або система водосховищ у разі каскаду ГЕС) може існувати десятки і сотні років, при цьому на місці природного водотоку виникає техногенний об'єкт зі штучним регулюванням природних процесів - природно-технічна система (ПТС). У даному випадку завдання зводиться до формування такої ПТС, яка забезпечувала б надійне та екологічно безпечне формування комплексу. При цьому співвідношення між основними підсистемами ПТС (техногенним об'єктом і природним середовищем) може бути істотно відрізнятися в залежності від обраних пріоритетів - технічних, екологічних, соціально-економічних та інших, а принцип екологічної безпеки може формулюватися, наприклад, як підтримання деякого стійкого стану створюваної ПТС.
Інший виявляється постановка задачі оцінки можливих наслідків для навколишнього середовища при створенні об'єктів ядерної енергетики. Тут під екологічною безпекою розуміється концепція, згідно з якою при проектуванні, будівництві, експлуатації та зняття з експлуатації АЕС, а також інших об'єктів ЯПЦ передбачається і забезпечується збереження регіональних екосистем. При цьому допускається деякий екологічний збиток, ризик якого не перевершує певного (нормованого) рівня. Цей ризик мінімальний у період штатної експлуатації АЕС, зростає при зведенні об'єкта і зняття його з експлуатації і, особливо - в аварійних ситуаціях. Необхідно враховувати вплив на навколишнє середовище всіх основних факторів техногенного впливу: радіаційного, хімічного теплового (з урахуванням їх можливого нелінійної взаємодії). Слід мати на увазі і різні масштаби можливих наслідків: локальний (теплове пляма скидання підігрітих вод у водойми і водотоки), регіональний (викид радіонуклідів), глобальний (розсіяння довгоіснуючих радіонуклідів біосферних каналах). Якщо ж створюється велике водосховище - охолоджувач, то, як у випадку гідроенергетичного об'єкта, повинна ставитися завдання про екологічно безпечне функціонування складної ПТС (з урахуванням зазначеної специфіки АЕС).
Аналогічний коло питань слід розглядати при формулюванні концепції екологічної безпеки об'єктів теплоенергетики: облік теплового і хімічного впливу на навколишнє середовище, вплив водойм-охолоджувачів і т.п. Крім того, для великих ТЕС на твердому паливі (вугілля, сланці) виникають проблеми надійної та безпечної експлуатації золовідвалів - складних і відповідальних грунтових гідроспоруд. І тут треба ставити завдання про безпечне функціонування ПТС «ТЕС - навколишнє середовище» [1].
На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, знадобилися мільйони років, а витрачені вони будуть за сотні. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. Що ж станеться тоді, коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, але і транспорту, і хімії, змусило задуматися про інші види палива, придатні для заміни нафти і газу. Рішення цієї задачі дослідники шукають на різних шляхах. Найпринаднішим є використання вічних, поновлюваних джерел енергії - енергії поточної води і вітру, океанських приливів і відливів, тепла земних надр, сонця. Багато уваги приділяється розвитку атомної енергетики, учені шукають способи відтворення на Землі процесів, що протікають в зірках і забезпечують їх колосальними запасами енергії.
Народження енергетики відбулося кілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використовувати вогонь. Вогонь давав їм тепло і світло, і був джерелом натхнення та оптимізму, зброєю проти ворогів і диких звірів, лікувальним засобом, помічником в землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом і т. д.
Протягом багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей і т. п.), а потім була виявлена можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафту, сланці, торф.
Прекрасний міф про Прометея, дарував людям вогонь, з'явився в Древній Греції значно пізніше того, як у багатьох частинах світу були освоєні методи досить витонченого поводження з вогнем, його отриманням і гасінням, збереженням вогню і раціональним використанням палива.
Зараз відомо, що деревина - це акумульована за допомогою фотосинтезу сонячна енергія. При згорянні кожного кілограма сухої деревини виділяється близько 20 000 кДж тепла, теплота згоряння бурого вугілля дорівнює приблизно 13 000 кДж / кг, антрациту 25 000 кДж / кг, нафти і нафтопродуктів 42 000 кДж / кг, а природного газу 45 000 кДж / кг. Найвищою теплотою згоряння має водень 120 000 кДж / кг.
На наших очах набирає силу нова галузь промисловості - воднева енергетика і технологія. Потреба економіки у водні йде по наростаючій. Адже це найпростіше і легчайшее речовина може використовуватися не тільки як паливо, але і як необхідний сировинної елемент у багатьох технологічних процесах. Він незамінний в нафтохімії для глибокої переробки нафти, без нього не обійтися, скажімо, в хімії при отриманні аміаку і азотних добрив, а в чорній металургії з його допомогою відновлюється залізо з руд. Такі існуючі види органічного палива, як газ, нафта і вугілля, теж служать сировиною у цих та подібних процесах, але ще корисніше витягти з них самий економний і чистий енергоносій - той же водень. Водень - ідеальний екофільний вид палива. Дуже висока і його калорійність - 33 тис. ккал / кг, що в 3 рази вище калорійності бензину. Він легко транспортується по газопроводах, тому що у неї дуже мала в'язкість. По трубопроводу діаметром 1, 5 м з ним передається 20 тис. Мегават потужності. Перекачування найлегшого газу на відстань у 500 км майже вдесятеро дешевше, ніж передача такої ж кількості електроенергії по лініях електропередачі. Як і природний газ, водень придатний кухні для приготування їжі, для опалення та освітлення будівель. Щоб продемонструвати його можливості, американські вчені побудували «водневий дім», в якому для освітлення використовували водень. Передавати водень у рідкому вигляді - задоволення дуже дороге, тому що для його скраплення потрібно витратити майже половину енергії, що міститься в ньому самому. Крім того, температура рідкого водню дуже низька.
Як паливо водень спалюється в двигунах ракет і в паливних елементах для безпосереднього отримання електроенергії при з'єднанні водню і кисню. Його можна використовувати і як паливо для авіаційного транспорту.
Воднева енергетика обіцяє ряд вигод. Тому з'явилося багато ентузіастів водневої енергетики, виникли їх асоціації, в тому числі міжнародна.
Зараз у світі отримують близько 30 мільйонів тонн водню на рік, причому в основному з природного газу. За прогнозами за 40 років виробництво водню збільшитися в 20-30 разів. Попереду з допомогою атомної енергетики замінити нинішній джерело водню - природний газ - на більш дешеве і доступне сировину - на воду. Тут можливі два шляхи.
Перший шлях - традиційний, за допомогою електрохімічного розкладу води.
Другий шлях менш відомий. Якщо нагріти пари води до 3000-3500 ° С, то водні молекули розваляться самі собою.
Обидва способи отримати водень з води поки дорожче, ніж із природного газу. Проте природного газу дорожчає, а методи розкладання води удосконалюються. Через якийсь час одержувати водень із води стане дешевше. В окремих випадках і зараз вигідно отримувати водень за допомогою електролізу в нічні години, коли є зайва і дешева електроенергія.
Воднева енергетика бурхливо розвивається, але недарма все частіше говорять про атомно-водневій енергетиці. Потрібні великі енергетичні витрати для отримання водню. Тандем "ядерний реактор - водневий генератор» - претендує нині на роль енергетичного лідера в економіці нинішнього, XXI, століття.
Етапи розвитку водневої енергетики, викладені вище, показують, що вона є реальною перспективою альтернативної енергетики. Це диктує підготовку висококваліфікованих фахівців - енергетиків з екологічною спрямованістю. Формування таких фахівців починається в школі. З цієї точки зору, міцним фундаментом або однією з цеглинок такого фундаменту може послужити методично правильне і оформлене освоєння розділу «Водень» шкільного курсу хімії, що поєднує елементи технології та екології водневої енергетики.
1.2 Енергетика сьогодні Введення
Глава 1. ОСНОВИ СТВОРЕННЯ Воднева енергетика
1.1. Основні концепції надійності та екологічної безпеки об'єктів енергетики
1.2 Енергетика сьогодні
1.2.1 Енергетичні потреби, ресурси і можливості
1.2.2 Екологічні проблеми енергетики та шляхи їх вирішення
1.2.2.1 Парниковий ефект
1.2.2.2.Загрязненіе атмосфери
1.2.2.3 Озонові «дірки»
1.3 Особливості альтернативної водневої енергетики
1.3.1 Призначення, основні функціональні показники
1.3.2 Область застосування
1.3.3.Основанія для вибору
1.3.4 Стан та тенденції розвитку
1.3.5 Вплив водневої енергетики на навколишнє середовище
1.3.6 Додаткові відомості про застосування водню
в побутових цілях
1.3.6 Шляхи розвитку водневої енергетики
1.3.7 Піроліз води
Глава 2. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ ПРОБЛЕМИ СТВОРЕННЯ
Воднева енергетика
2.1 Повідомлення 1. Суть водневої енергетики
2.2 Повідомлення 2. Виконується учнями, на основі матеріалів,
наданих учителем
2.3 Повідомлення 3. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
2.4 Повідомлення 4. Виконується вчителем
2.5 Повідомлення 5. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
2.6.Сообщеніе 6. Виконується учнями
2.7 Повідомлення 7. Виконується вчителем при завершенні вивчення теми
Глава 3. ОСОБЛИВОСТІ вивчення хімічних елементів у СЕРЕДНІЙ ШКОЛІ (НА ПРИКЛАДІ ВОДНЮ)
3.1. Урок 1. Водень
3.2. Урок 2. Властивості і застосування водню
3. 3. Урок 3. Практичне заняття
3. 4. Урок 4. Контрольна робота
ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ
ВИСНОВОК
ВИСНОВКИ
ВСТУП
Актуальність обраної теми обумовлена тим, що питання про пошук альтернативних видів палива для захисту навколишнього середовища від негативних впливів викликає інтерес. А інтерес учнів до теми - це інструмент педагога, що дозволяє набагато полегшити засвоєння матеріалу і підвищити якість знань. До того ж теоретичний аналіз проблеми і розробка заходів на тему «Альтернативна воднева енергетика» з використанням нових методичних прийомів дозволить вирішувати завдання природничо-наукової освіти, а саме формування екологічного та наукового світогляду [1]. Крім того, зростання значущості екологічних проблем вимагає постійно шукати шляхи, додаткові резерви підвищення рівня викладання природничо-наукових дисциплін, що дозволяє формувати правильне ставлення до навколишнього середовища і розуміти закономірності розвитку природи.
Виходячи з актуальності дослідження, основною метою даної дипломної роботи було:
Розгляд можливості екологізації розділу хімії: «Фізико-хімічні властивості водню» шляхом впровадження теми: «Альтернативна енергетика».
У зв'язку з цим в дипломній роботі вирішувалися такі конкретні завдання:
1) розробити огляд відомостей про водневій енергетиці як альтернативному виді енергії
2) вибір відповідних форм організації занять у рамках
«Альтернативна воднева енергетика»;
3) складання тестових завдань з досліджуваної теми;
4) апробація розроблених методик в МОУ СЗШ гімназії №
Предмет дослідження - можливості введення в практику навчання нових прикладних та екологічних аспектів при вивченні теми «Альтернативна воднева енергетика».
Об'єкт дослідження - пізнавальна діяльність учнів дев'ятих класів МОУ СЗШ № 1 м. Нальчика.
Гіпотеза - розробка і реалізація нових методичних підходів до вивчення теми «Альтернативна воднева енергетика» з акцентуванням на прикладні та екологічні аспекти дозволить сформувати позитивну мотивацію до навчання, а зробити черговий крок у процесі формування екологічного світогляду учнів [2, 3].
Глава 1. ОСНОВИ СТВОРЕННЯ Воднева енергетика
1.1 Основні концепції надійності та екологічної безпеки об'єктів енергетики
Не так важливо, яка ваша думка про потреби енергетики, про джерела енергії, її якість та собівартості. Нам, мабуть, слід лише погодитися з тим, що сказав вчений мудрець, ім'я якого залишилося невідомим: «Немає простих рішень, є тільки розумний вибір».
Енергетичні об'єкти (паливно-енергетичний комплекс взагалі і об'єкти енергетики зокрема) за ступенем впливу на навколишнє середовище належать до числа найбільш інтенсивно впливають на біосферу.
Збільшення напорів та обсягів водосховищ гідровузлів, продовження використання традиційних видів палива (вугілля, нафта, газ), будівництво АЕС та інших підприємств ядерного паливного циклу (ЯПЦ) висувають ряд принципово важливих завдань глобального характеру за оцінкою впливу енергетики на біосферу Землі. Якщо в попередні періоди вибір способів отримання електричної та теплової енергії, шляхів комплексного вирішення проблем енергетики, водного господарства, транспорту та ін і призначення основних параметрів об'єктів (тип і потужність станції, об'єм водосховища та інші) проводились в першу чергу на основі мінімізації економічних витрат, то в даний час на перший план все більше висуваються питання оцінки можливих наслідків спорудження та експлуатації об'єктів енергетики.
Це, перш за все, відноситься до ядерної енергетики (АЕС та інші підприємства ЯПЦ), великим гідровузлах, енергокомплексу, підприємствам, пов'язаним з видобутком та транспортом нафти і газу і т.п. Тенденції та темпи розвитку енергетики зараз в значній мірі визначаються рівнем надійності та безпеки (в тому числі екологічної) електростанцій різного типу. До цих аспектів розвитку енергетики привернуто увагу фахівців та широкої громадськості, вкладаються значні матеріальні та інтелектуальні ресурси, однак сама концепція надійності та безпеки потенційно небезпечних інженерних об'єктів залишається багато в чому мало розробленою.
Розвиток енергетичного виробництва, мабуть, слід розглядати як один з аспектів сучасного етапу розвитку техносфери взагалі (і енергетики зокрема) і враховувати при розробці методів оцінки та засобів забезпечення надійності та екологічної безпеки найбільш потенційно небезпечних технологій.
Одне з найважливіших напрямків вирішення проблеми - прийняття комплексу технічних і організаційних рішень на основі концепцій теорії ризику.
Об'єкти енергетики, як і багато підприємств інших галузей промисловості, представляють джерела неминучого, потенційного, до теперішнього часу практично кількісно не обліковується ризику для населення і навколишнього середовища. Під надійністю об'єкта розуміється його здатність виконувати свої функції (в даному випадку - вироблення електро-і теплової енергії) в заданих умовах експлуатації протягом терміну служби. Або найбільш докладно: властивість об'єкта зберігати в часі у встановлених межах значення всіх параметрів, що характеризують здатність виконувати необхідні функції в заданих режимах і умовах застосування.
Під екологічною безпекою розуміється збереження в регламентованих межах можливих негативних наслідків впливу об'єктів енергетики на природне середовище. Регламентація цих негативних наслідків пов'язана з тим, що не можна домогтися повного виключення екологічного збитку.
Негативні наслідки впливу енергетики на навколишнє середовище слід обмежувати деяким мінімальним рівнем, наприклад, соціально-прийнятним допустимим рівнем. Повинні працювати економічні механізми, що реалізують компроміс між якістю середовища проживання і соціально-економічними умовами життя населення. Соціально-прийнятний ризик залежить від багатьох факторів, зокрема, від особливостей об'єкта енергетики.
У силу специфіки технології використання водної енергії гідроенергетичні об'єкти перетворять природні процеси на досить тривалі терміни. Наприклад, водосховище ГЕС (або система водосховищ у разі каскаду ГЕС) може існувати десятки і сотні років, при цьому на місці природного водотоку виникає техногенний об'єкт зі штучним регулюванням природних процесів - природно-технічна система (ПТС). У даному випадку завдання зводиться до формування такої ПТС, яка забезпечувала б надійне та екологічно безпечне формування комплексу. При цьому співвідношення між основними підсистемами ПТС (техногенним об'єктом і природним середовищем) може бути істотно відрізнятися в залежності від обраних пріоритетів - технічних, екологічних, соціально-економічних та інших, а принцип екологічної безпеки може формулюватися, наприклад, як підтримання деякого стійкого стану створюваної ПТС.
Інший виявляється постановка задачі оцінки можливих наслідків для навколишнього середовища при створенні об'єктів ядерної енергетики. Тут під екологічною безпекою розуміється концепція, згідно з якою при проектуванні, будівництві, експлуатації та зняття з експлуатації АЕС, а також інших об'єктів ЯПЦ передбачається і забезпечується збереження регіональних екосистем. При цьому допускається деякий екологічний збиток, ризик якого не перевершує певного (нормованого) рівня. Цей ризик мінімальний у період штатної експлуатації АЕС, зростає при зведенні об'єкта і зняття його з експлуатації і, особливо - в аварійних ситуаціях. Необхідно враховувати вплив на навколишнє середовище всіх основних факторів техногенного впливу: радіаційного, хімічного теплового (з урахуванням їх можливого нелінійної взаємодії). Слід мати на увазі і різні масштаби можливих наслідків: локальний (теплове пляма скидання підігрітих вод у водойми і водотоки), регіональний (викид радіонуклідів), глобальний (розсіяння довгоіснуючих радіонуклідів біосферних каналах). Якщо ж створюється велике водосховище - охолоджувач, то, як у випадку гідроенергетичного об'єкта, повинна ставитися завдання про екологічно безпечне функціонування складної ПТС (з урахуванням зазначеної специфіки АЕС).
Аналогічний коло питань слід розглядати при формулюванні концепції екологічної безпеки об'єктів теплоенергетики: облік теплового і хімічного впливу на навколишнє середовище, вплив водойм-охолоджувачів і т.п. Крім того, для великих ТЕС на твердому паливі (вугілля, сланці) виникають проблеми надійної та безпечної експлуатації золовідвалів - складних і відповідальних грунтових гідроспоруд. І тут треба ставити завдання про безпечне функціонування ПТС «ТЕС - навколишнє середовище» [1].
На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, знадобилися мільйони років, а витрачені вони будуть за сотні. Сьогодні у світі стали серйозно замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. Що ж станеться тоді, коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, але і транспорту, і хімії, змусило задуматися про інші види палива, придатні для заміни нафти і газу. Рішення цієї задачі дослідники шукають на різних шляхах. Найпринаднішим є використання вічних, поновлюваних джерел енергії - енергії поточної води і вітру, океанських приливів і відливів, тепла земних надр, сонця. Багато уваги приділяється розвитку атомної енергетики, учені шукають способи відтворення на Землі процесів, що протікають в зірках і забезпечують їх колосальними запасами енергії.
Народження енергетики відбулося кілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використовувати вогонь. Вогонь давав їм тепло і світло, і був джерелом натхнення та оптимізму, зброєю проти ворогів і диких звірів, лікувальним засобом, помічником в землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом і т. д.
Протягом багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей і т. п.), а потім була виявлена можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафту, сланці, торф.
Прекрасний міф про Прометея, дарував людям вогонь, з'явився в Древній Греції значно пізніше того, як у багатьох частинах світу були освоєні методи досить витонченого поводження з вогнем, його отриманням і гасінням, збереженням вогню і раціональним використанням палива.
Зараз відомо, що деревина - це акумульована за допомогою фотосинтезу сонячна енергія. При згорянні кожного кілограма сухої деревини виділяється близько 20 000 кДж тепла, теплота згоряння бурого вугілля дорівнює приблизно 13 000 кДж / кг, антрациту 25 000 кДж / кг, нафти і нафтопродуктів 42 000 кДж / кг, а природного газу 45 000 кДж / кг. Найвищою теплотою згоряння має водень 120 000 кДж / кг.
На наших очах набирає силу нова галузь промисловості - воднева енергетика і технологія. Потреба економіки у водні йде по наростаючій. Адже це найпростіше і легчайшее речовина може використовуватися не тільки як паливо, але і як необхідний сировинної елемент у багатьох технологічних процесах. Він незамінний в нафтохімії для глибокої переробки нафти, без нього не обійтися, скажімо, в хімії при отриманні аміаку і азотних добрив, а в чорній металургії з його допомогою відновлюється залізо з руд. Такі існуючі види органічного палива, як газ, нафта і вугілля, теж служать сировиною у цих та подібних процесах, але ще корисніше витягти з них самий економний і чистий енергоносій - той же водень. Водень - ідеальний екофільний вид палива. Дуже висока і його калорійність - 33 тис. ккал / кг, що в 3 рази вище калорійності бензину. Він легко транспортується по газопроводах, тому що у неї дуже мала в'язкість. По трубопроводу діаметром 1,
Як паливо водень спалюється в двигунах ракет і в паливних елементах для безпосереднього отримання електроенергії при з'єднанні водню і кисню. Його можна використовувати і як паливо для авіаційного транспорту.
Воднева енергетика обіцяє ряд вигод. Тому з'явилося багато ентузіастів водневої енергетики, виникли їх асоціації, в тому числі міжнародна.
Зараз у світі отримують близько 30 мільйонів тонн водню на рік, причому в основному з природного газу. За прогнозами за 40 років виробництво водню збільшитися в 20-30 разів. Попереду з допомогою атомної енергетики замінити нинішній джерело водню - природний газ - на більш дешеве і доступне сировину - на воду. Тут можливі два шляхи.
Перший шлях - традиційний, за допомогою електрохімічного розкладу води.
Другий шлях менш відомий. Якщо нагріти пари води до 3000-3500 ° С, то водні молекули розваляться самі собою.
Обидва способи отримати водень з води поки дорожче, ніж із природного газу. Проте природного газу дорожчає, а методи розкладання води удосконалюються. Через якийсь час одержувати водень із води стане дешевше. В окремих випадках і зараз вигідно отримувати водень за допомогою електролізу в нічні години, коли є зайва і дешева електроенергія.
Воднева енергетика бурхливо розвивається, але недарма все частіше говорять про атомно-водневій енергетиці. Потрібні великі енергетичні витрати для отримання водню. Тандем "ядерний реактор - водневий генератор» - претендує нині на роль енергетичного лідера в економіці нинішнього, XXI, століття.
Етапи розвитку водневої енергетики, викладені вище, показують, що вона є реальною перспективою альтернативної енергетики. Це диктує підготовку висококваліфікованих фахівців - енергетиків з екологічною спрямованістю. Формування таких фахівців починається в школі. З цієї точки зору, міцним фундаментом або однією з цеглинок такого фундаменту може послужити методично правильне і оформлене освоєння розділу «Водень» шкільного курсу хімії, що поєднує елементи технології та екології водневої енергетики.
1.2.1 Енергетичні потреби, ресурси і можливості
На перших етапах розвитку цивілізації використовувалися первинні природні енергетичні ресурси - деревина, потім викопне вугілля. Поступово починає використовуватися енергія вітру і води. Примітивні вітряні двигуни (вітряні млини) з'явилися ще 2 тисячі років тому. Природний бітум почав використовуватися 1 тисячу років тому. Перші нафтові свердловини з'явилися в Хун столітті, а в середині XIX століття почався промисловий видобуток нафти і газу. В епоху індустріалізації потреба в енергетичних ресурсах різко збільшується, але розширюються і можливості людства: почалося виробництво електроенергії з використанням гідроресурсів, енергії Сонця та атомної енергії. Використання енергетичних ресурсів у всі часи обмежувалося запасами природних енергоресурсів, можливостями людини витягувати енергію з цих енергоресурсів і наслідками їх вилучення і використання.
1.2.2 Екологічні проблеми енергетики та шляхи їх вирішення
Вплив енергетики на навколишнє середовище різноманітно і визначається видом енергоресурсів і типом енергоустановок. Приблизно 1 / 4 всіх споживаних енергоресурсів припадає на частку електроенергетики. Інші 3 / 4 припадають на промислове і побутове тепло, на транспорт, металургійні і хімічні процеси. Щорічне споживання енергії у світі наближається до 22 млрд. т. Теплоенергетика в основному споживає тверде паливо. Найпоширеніше тверде паливо нашої планети - вугілля. І з екологічної і з економічної точки зору метод прямого спалювання вугілля для отримання електроенергії - не найкращий спосіб використання твердого палива. При спалюванні рідкого палива з димовими газами в атмосферу повітря надходять: сірчисті ангідриди, оксиди азоту, окис і двоокис вуглецю, газоподібні і тверді продукти неповного згоряння палива, з'єднання ванадію, солі натрію, та ін З точки зору екології рідке паливо менш шкідливо, ніж вугілля. Якщо рівень забруднення атмосфери при використанні вугілля прийняти за 1, то спалювання мазуту дасть 0,6, а використання природного газу знижує цю величину до 0,2.
1.2.2.1 Парниковий ефект
Підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері викликає так званий парниковий ефект, який отримав назву за аналогією з перегрівом рослин у парнику. Роль плівки в атмосфері виконує вуглекислий газ. В останні роки стала відома подібна роль і деяких інших газів (СН 4 і N 2 О). Кількість метану збільшується щорічно на 1%, вуглекислого газу - на 0,4%, закису азоту - на 0,2%. Вважається, що вуглекислий газ відповідальний за половину парникового ефекту.
1.2.2.2 Забруднення атмосфери
Негативний вплив енергетики на атмосферу позначається у вигляді твердих частинок, аерозолів і хімічних забруднень. Особливе значення мають хімічні забруднення. Головним з них вважається сірчистий газ, що виділяється при спалюванні вугілля, сланців, нафти, в яких містяться домішки сірки. Деякі види вугілля з високим вмістом сірки дають до 1 т сірчистого газу на 1О т згорілого вугілля. Зараз вся атмосфера земної кулі забруднена сірчистим газом. Йде окислення до сірчаного ангідриду, а останній разом з дощем випадає на землю у вигляді сірчаної кислоти. Ці опади називають - кислотними дощами. Те ж саме відбувається і після поглинання дощем діоксиду азоту - утворюється азотна кислота [2].
1.2.2.3 Озонові "дірки"
Вперше зменшення товщини озонового шару було виявлено над Антарктидою.
Цей ефект - результат антропогенного впливу. Зараз виявлені й інші озонові діри. В даний час помітно зменшення кількості озону в атмосфері над усією планетою. Воно становить 5-6% за десятиліття в зимовий період і 2-3% - у літній час. Деякі вчені вважають, що це прояв дії фреонів (хлорфторметанов), але озон руйнується також оксидом азоту, які викидаються підприємствами енергетики. Негативний вплив атомних електростанцій позначається, насамперед, на атмосфері. Правда, при нормальній роботі АЕС ймовірність радіоактивного забруднення невелика. Але у випадку аварії вплив радіоактивних викидів носить глобальний характер.
Сьогодні глобальна середньорічна потреба в енергії складає ~ 8 трлн. ват.
Іншими словами для забезпечення потреб одного жителя Землі потрібно 12 чоловік обслуговуючого персоналу.
Якщо наш спосіб життя, буде і далі так розвиватися, як зараз, то в майбутньому потреба в енергії стане величезною. Якщо виробництво продовольства буде йти в ногу із зростанням населення, то до
Середньорічне споживання енергії збільшується на 5.7%. Якщо цей темп збережеться, за наступні 20 років витрата енергії збільшиться в 4.5 рази. Основним джерелом отримання енергії в світі дає 97% її кількості є викопне паливо, в тому числі 38% становить вугілля, 19%-природний газ і 10% - нефть.2% електроенергії виробляється на ГЕС, а інші джерела, такі як ядерний розпад, деревина та інші виробляють 1% енергії [3].
Таблиця 1.
Енергетичні системи, придатні для використання людиною
| № виду | Енергетичні системи |
| ТИП 1 (Засновані на відновлюваних джерелах енергії) | |
| 1. | На: гравітаційних силах; молекулярному русі; русі припливів і хвиль; русі повітря; геотермальних силах |
| 2. | фотосинтезі рослин; життєдіяльності організму |
| 3. | Фотохімічних, фотоелектричних і термоелектричних процесах |
| ТИП 2 (Засновані на відновлюваних джерелах енергії) | |
| 1. | На: спалюванні радіаційного палива |
| 2. | внутрішньоядерних процесах |
| 3. | біохімічному перетворенні енергії |
| 4. | водневому паливі |
Ø системи, засновані на відновлюваних джерелах енергії;
Ø системи, засновані на невідновлюваних джерелах.
Кожен тип, у свою чергу, можна підрозділити на кілька видів енергетичних систем (табл. 1).
Системи, що відносяться до першого виду, малоперспективні, незважаючи на їх екологічну чистоту. На початку століття, за наявними оцінками, вони зможуть задовольнити світові потреби лише на 5 - 10% [4].
Таблиця 2 Різні джерела енергії, їх стан, екологічність, перспективи розвитку
| Джерело енергії | Стан і екологічність | Перспективи використання |
| Вугілля | Тверде Хімічне забруднення атмосфери, умовно прийняте за 1 | Потенційні запаси 10125 млрд. т, перспективний не менш ніж на 100 років |
| Нафта | Рідке Хімічне загрязгненіе атмосфери 0, 6 умовних одиниць | Потенційні запаси 270-290 млрд. т, перспективний не менш ніж на 30 років |
| Газ | Газоподібне Хімічне загрязгненіе атмосфери 0, 2 умовних одиниць | Потенційні запаси 270 млрд. т, перспективний на 30 - 50 років |
| Сланці | Тверде Значить. Кількість відходів і важко усуваються викиди | Запаси більш 38400 млрд. т, малоперспектівен із-за забруднень |
| Торф | Тверде Висока зольність і еколог. порушення в місцях видобутку | Запаси значні: 150 млрд. т, малоперспектівен через високу зольності і екол. порушень у місцях вироблення |
| Гідроенергія | Рідке Порушення екологічний. балансу | Запаси 890 млн. т нафт. еквівалента |
| Геотермальна енергія | Рідке Хімічне забруднення | Невичерпні, перспективний |
| Сонячна енергія | Практично невичерпний | |
| Енергія припливів | Рідке Теплове забруднення | Практично невичерпний |
| Енергія атомного розпаду | Тверде | Запаси фізично вичерпними, екологічно небезпечний |
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Вичерпні |
Невичерпні |
Невідновлювані |
Мінеральний. ресурси |
Енергія сонця, морські приливи |
Енергія річок |
поновлювані |
Енергетичні ресурси |
Енергія вітру |
біоенергія |
Схема 1. Енергетичні ресурси та структура використання
Співвідношення використовуваних енергетичних ресурсів в історії людства змінювалося з розвитком цивілізації в залежності від виснаження вичерпних енергоресурсів, можливості використання та екологічних наслідків. За останні 200 років можна виділити три етапи:
можна виділити три етапи:
· Вугільний етап охоплює все XIX століття і першу половину ХХ століття, в цей час переважає споживання вугільного палива;
· Нафтогазовий етап з другої половини ХХ століття до 80-х років, на зміну вугіллю приходить газ і нафту як більш ефективні енергоносії ніж тверді;
· Починаючи з 80-х років починається поступовий перехід від використання мінеральних вичерпних ресурсів до невичерпних (енергії Сонця, води, вітру, припливів і т.д.).
Особливо слід сказати про ядерну енергетику. З початку світового енергетичного
кризи роль атомної енергетики зросла. Але вже на початку 80-х років зростання споживання атомної енергії сповільнилося. У більшості країн були переглянуті плани спорудження АЕС. Це було наслідком низки екологічних забруднень при аваріях, особливо в результаті Чорнобильської катастрофи. Саме в цей період багато країн прийняли рішення про повне або поступову відмову від розвитку атомної енергетики.
1.3 Особливості альтернативної водневої енергетики
Воднева енергетика включає такі основні напрямки:
Розробка ефективних методів і процесів великомасштабного отримання дешевого водню з метану і сероводородсодержащих природного газу, а також на базі розкладання води; технології зберігання, транспортування та використання водню в енергетиці, промисловості, на транспорті.
1.3.1 Призначення, основні функціональні показники
Воднева технологія дозволить зупинити прогресуючий ріст забруднення навколишнього середовища, виключивши або принципово скоротивши емісію токсікоагентов в тропосферу, в тому числі, приземний шар атмосфери.
При отриманні великих об'ємів водню з метану і сіро містять природних газів може бути використана плазмово-мембранна технологія питомої продуктивністю більше ніж в 100 разів вище в порівнянні з традиційною. Питомі енерговитрати на виробництво
Виробництво водню з води можливе на новому типі електролізерів на базі катіонопроводящей мембрани МФ-4СК, що випускається в Росії та забезпечує отримання водню більш високої чистоти з питомими енерговитратами в 1,5 меншими, ніж у традиційних систем. Питома продуктивність апаратів у 10 разів вище, ніж у попереднього покоління.
1.3.2 Область застосування
Воднева технологія використовується для автономного забезпечення різних видів наземного транспорту і жідководородних силових установок для авіації, стаціонарних енергосистем з водневим акумулюванням енергії (вітрові, сонячні та інші види енергоустройств). Застосування водню в хімії, газо-і нафтохімії, виробництві мінеральних добрив, біотехнології, металургії і т.д. дозволить відмовитися від традиційної організації процесу, підвищити його якість і економічність при ліквідації повного або основного викиду забруднюючих речовин в атмосферу.
1.3.3 Підстави для вибору
Технологія дасть можливість великомасштабно отримувати дешевий водень як цінної сировини і реагенту при виробництві добрив, метанолу, а також у процесах переробки нафти. Ресурси сировини практично необмежені. Водень є екологічно чистим енергоносієм та його застосування в енергетиці, промисловості та на транспорті матиме позитивний вплив на стан навколишнього середовища.
1.3.4 Стан і тенденція розвитку
В даний час в Росії створено ряд демонстраційних установок, що реалізують нові високоефективні технології одержання і використання водню з метану, природних сірковмісних газів за допомогою плазмово-мембранної технології. При цьому виключаються каталізатори і традиційні рідинні системи газорозподілу. Воно здійснюється за допомогою мембранних апаратів. Існуючі у світі системи мають замість цієї стадії громіздкий термокаталітичний процес, екологічно некоректний, з більш високими енерговитратами (в 2-3 рази) і низькою питомою продуктивністю.
В даний час успішно завершуються дослідження і розробки на рівні потужності 200 кВт на майданчику ГНЦ "Курчатовський інститут" та потрібен перехід до дослідно-промислової стадії на рівні потужності 1 МВт і продуктивності 10 м 3 / год. Пропонована технологія не має світових аналогів, до неї виявляє інтерес ряд провідних зарубіжних фірм.
Для високоефективних електролізерів на основі катіонопроводящей мембрани МФ-4СК в даний час завершено цикл НДДКР і створено виробництво електролізерів з поліпшеними показниками на базі російської технології. Типорозмірний ряд доведений до продуктивності 20 м3/год і необхідний завершальний етап зі створення 100 м3/год електролізера. Рівень кращих зарубіжних розробок 50 м3/год на базі мембрани "Nafion" за питомими характеристиками близький до основних параметрів, зазначеним вище [5].
На базі тієї ж вітчизняної мембрани в Росії створені електрохімічні генератори 10-20 кВт, що використовують воднево-повітряну суміш і мають ККД до 75%, при цьому системи емітують тільки чисту воду, токсичні компоненти викиду відсутні повністю.
1.3.5 Вплив водневої енергетики на навколишнє середовище
При розгляді основних принципів водневої енергетики та її впливу на навколишнє середовище, не можна обмежуватися лише забрудненням повітря, так як це не єдиний тип забруднення. При порівнянні різних енергетичних джерел слід обговорити й інші аспекти. Під цим можна мати на увазі ефективність джерел енергії, тому важливо зіставити водневу енергетику з іншими енергетичними системами, такими як вугілля - синтетичне паливо, атомна енергія - водень, атомна енергія - електрика і ін
З точки зору охорони навколишнього середовища варіанти водневої енергетики оцінюються вище старих енергетичних систем, що використовують копалини палива. Заслуговує на увагу той факт, що, хоча енергетична система сонячна система - водень найбезпечніша по відношенню до навколишнього середовища, все ж система сонячна енергія - електрика буде ефективніше, тому що в ній використовується менша кількість матеріалів. Передбачається що система сонячна система - водень буде працювати в поєднанні з фотогальванічними елементами, в яких витрачається велика кількість кремнію. Тому, якщо система море-сонце або з вітровою енергією, то вплив на навколишнє середовище буде менше, і енергетична система сонячна система водень буде більш прийнятною, ніж система сонячна система - електрику [6].
1.3.6 Додаткові відомості про застосування водню в побутових цілях
Вся енергія, призначена для побутових цілей, може бути отримана з водню (освітлення, опалення і приготування їжі). Однак це не найоптимальніший шлях застосування водню.
Освітлення, опалення і приготування їжі. Для освітлення не обов'язково застосовувати електрику, можна скористатися «холодним світлом», одержуваних при взаємодії водню з фосфором. Для приготування їжі, опалення приміщень може бути використаний спеціальний керамічний матеріал. Однак опалення приміщень краще здійснювати за допомогою електричних насосів.
Електрика в домі. Мабуть, при впровадженні водневої енергетики зменшиться споживання електроенергії у житлових будинках. Знизяться витрати на роботу різних електронних пристроїв. Однак для постачання воднем будівель необхідно повністю переобладнати трубопроводи, пальники і велику частину іншого устаткування [1].
1.3.7 Шляхи розвитку водневої енергетики
Слід відразу встановити, що переваги водневої енергетики можуть бути досягнуті тільки шляхом постадійного впровадження цієї енергетики (дослідження, проектування, створення дослідної установки, невелика перевірка, більша перевірка і, нарешті, повний перехід на водневу енергетику). На першій стадії в якості джерела для одержання водню можна використовувати вугілля, який при нагріванні з водою утворює суміш СО і Н 2; СО потім буде окислен до СО 2 і викинутий в атмосферу, а Н 2 доставлять по трубопроводу на найближчу установку. Тут він може бути використаний для отримання електрики.
У другій стадії в якості джерела енергії для одержання водню може бути використана ядерна установка; утворюється водень потім буде доставлятися в місто і застосовуватися для отримання електроенергії або для роботи частині транспорту.
На третій стадії може бути використаний маленьке місто (наприклад, з населенням 10 000), де буде побудована станція для збору сонячної енергії. Якщо це гориста місцевість, можна встановити експериментальні великі аерогенератори.
Важливою є четверта стадія освоєння, на здійснення якої необхідні суми, які обчислюються мільярдами. На цій стадії слід перевести частину енергетики на водень, наприклад, житлово-комунальне господарство, транспорт, промисловість.
Екологічна "чистота" водню не викликає сумнівів, якщо врахувати, що практично єдиним продуктом його згорання є вода і що в цьому випадку повністю відсутні характерні для вуглеводневих палив забруднюють атмосферу сполуки типу діоксидів вуглецю і сірки, а також парів вуглеводнів. Крім того, водень це і досить калорійне паливо. За теплотам згоряння (34 ккал / г) він значно перевищує такі класичні види палива, як вуглеводні (10 ккал / г) і деревина (4 ккa / г). Звичайно, не можна не враховувати і великі труднощі, пов'язані з рішенням і ряду додаткових завдань , таких, як:
а) пошук і розробка первинних джерел енергії, які можуть бути використані для синтезу водню;
б) безпека зберігання, транспорту і великих кількостей газоподібного та рідкого водню;
в) ефективне перетворення енергії водню при вирішенні ряду конкретних енергетичних завдань.
Якщо говорити про пошуки і розробках первинних джерел, які можуть бути використані для синтезу водню, то, ймовірно, слід почати з найпростішого способу, відомого кожному, хто хоча б трохи знайомий з хімією, - взаємодії кислот і основ з металами:
Zn + (2HCl) aq → (ZnC1 2) aq + H 2 ↑
Аl + (2NaOH) aq → (NaAIО 2) aq + 3/2H 2 ↑
У плані подальшого викладу дуже важливо підкреслити, що перспективними для створення водневої енергетики можуть вважатися тільки способи, засновані на використанні води в якості вихідної сировини. Тому надалі при написанні тих чи інших рівнянь хімічних реакцій індекс "aq", що характеризує водне середовище, буде опускатися.
Процес незворотній і для отримання металу з утворених оксидів (для повторного їх застосування) вимагає значних витрат енергії.
Заслуговують уваги три варіанти отримання водню з органічної сировини.
Один з них - парова конверсія металу, що є головним компонентом природного газу:
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 - 50 ккал
СО + Н 2 О → СО + Н 2 + 10 ккал
______________________________
СН 4 + 2Н 2 О → СО 2 + 4Н 2 - 40 ккал
Другий більш досконалий варіант грунтується на парокислородное конверсії:
2СН 4 + О 2 → 2СО + 4Н 2 + 16 ккал
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 - 50 ккал
______________________________
7СН 4 + 3О 2 + Н 2 О → 7СО + 15Н 2
Подальший процес, пов'язаний з конверсією СО, протікає, як і в першому варіанті. Проте, як випливає з рівнянь в обох варіантах, потрібно витрата великих кількостей дефіцитного природного газу як вихідної сировини.
Третій варіант заснований на використанні процесу газифікації вугілля:
2С тв + О 2 → 2СО + 55 ккал
З ТВ + Н 2 О пар → СО + Н 2 - 30 ккал
Комбінацією цих двох реакцій можна одержати суміш СО і Н 2 звану "водяним газом" або "синтез газом». Останнім часом метод отримання водню з води і вугілля вважається одним з найбільш перспективних. Досить перспективним, на думку фахівців, є варіант використання водяної пари для відновлення окислів заліза при 800-900 0 С:
2Fе з О 4 + СО + Н 2 → 6FеО + Н 2 О + СО 2 - 22 ккал
з наступною обробкою FeO водяною парою при 600-700 0 С. Після конденсації водяної пари можна отримати чистий водень:
3 FeO + Н 2 О → Fe з О 4 + Н 2 + 16ккал
Економічність процесу тут зростає внаслідок того, що остання реакція екзотермічну і дозволяє деяку кількість тепла, що виділяється використовувати для нагріву водяного газу до температур, при яких відповідно до даної реакцією має місце відновлення оксидів заліза. Незважаючи на певні труднощі, железопаровой варіант одержання водню приваблює в даний час увагу великої кількості дослідників у всіх країнах світу, оскільки пов'язаний з можливістю використання дешевих низькосортного вугілля в якості відновника водяного газу. Здавалося б, найпростішим і чистим способом отримання водню повинен бути електролізний спосіб, безпосередньо розщеплює молекулу води на водень і кисень. Однак цей процес сам вимагає багато електричної енергії і економічно поки залишається невигідним [2, 4, 5-15].
У електрохімії є таке поняття, як перенапруження. Воно пов'язане з надмірною напругою, що потрібно прикласти до електролітичної ванні понад її рівноважної електрорушійної сили для того, щоб міг протікати процес електролізу. При електролізі води з метою отримання водню на катоді перенапруження збільшує необхідне електрична напруга і відбувається додаткову витрату енергії. При величині напруги в 0,3 В на кожні
l.3.8 Пuролuз води
Для того, щоб отримувати водень за рахунок термічного розкладання води
2 Н 2 О ↔ Н 2 + О 2
потрібно дуже багато тепла, тобто потрібно нагрівати водяний пар до температур порядку декількох тисяч градусів. Такий процес може бути здійснений тільки з застосуванням пристроїв типу дугового плазмотрона. Проте тут може бути застосований принцип так званих термохімічних циклів, сутність якого полягає в тому, що сильно ендотермічний процес розкладання води може бути розчленований на ряд послідовно чергуються ендо - і екзотермічних стадій, кожна з яких для свого здійснення потребує значно більш низьких температур, ніж реакція (13). У свою чергу, можливість отримання водню шляхом термохімічних реакцій з використанням низькотемпературного тепла (700 - 900 ОС) відкриває перспективи широкого використання тепла атомних реакторів. Це тим більш привабливо, що таким чином вирішуються проблеми отримання водню та утилізації тепла атомних реакторів, яке представляє можливу загрозу тепловому балансу в біосфері. Як правило, екзотермічні стадії пов'язані з утворенням нестійких продуктів окислення, і зокрема кисню в реакції (13). Цілком очевидно, що в нашому випадку для того, щоб термохимический цикл не «розімкнулися», потрібно, щоб продукти окислення володіли невисокою термічною стабільністю і легко віддавали кисень при помірному нагріванні.
Таким чином, найпростіший, скажімо двостадійний (в ідеалі), цикл можна схематично представити наступним чином:
Х + Н 2 О → ХВ + Н 2;
ХВ → Х + 1 / 2 О 2.
Тут перша стадія йде з виділенням тепла спонтанно або при нагріванні до невисоких температур, а друга стадія протікає з поглинанням тепла. Ідеальний двостадійний цикл поки важко запропонувати. Більш реальні трьох-чотирьохетапної термохімічні цикли, як, наприклад, цикл, іменований «Марк-9»:
2FeCl 2 + 8Н 2 О (г) → 2Fе 2 Оз + 12НСI + 2Н 2 О; (15)
2FезО 4 + ЗСl 2 + 12НСI → 6FеСl з + 6Н 2 О (г) + О 2; (16)
6FеСl з → 6FeCl 2 + ЗСl 2 (17)
Стадія (15) ендотермічну: 600 - 700 єС; стадія (16) екзотермічну: 150 - 200 єС; стадія (17) ендотермічну: 400 - 450 єС. Слід, однак, вказати, що в даному термохімічної циклі, так само як і в інших розроблюваних циклах, доводиться стикатися з багатьма труднощами технічного характеру, що ускладнюють на сьогодні практичну реалізацію цих варіантів в широких масштабах. На думку фахівців, значно ближче до здійснення варіанти термоелектрохіміческого розкладання води, комбинирующего термохімічні цикли з електрохімічними. Прикладом може служити сірчанокислотний цикл, заснований на тому, що потенціал окиснення сірчистої кислоти до сірчаної (0,18 В) істотно нижче потенціалу «окиснення» води (1,3 В):
Н 2 S Оз + S О з + 3 Н 2 О → 2H 2 S О 4 + 2Н 2 (18)
2Н 2 S О 4 → 2Н 2 О + 2Н 2, + SO 2 + О 2, (19)
де стадія (19) - ендотермічна реакція при 800 - 900 º С і тиску до 10 атм, а стадія (18) - звичайний електроліз водного розчину сірчистої кислоти, що протікає при нормальній температурі [3, 4].
З усього сказаного випливає, що у водневої енергетики за умови її подальшого вдосконалення є чудовий шанс внести суттєвий внесок в енергетичну систему світу [19 - 22].
Глава 2. ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ СТВОРЕННЯ водневій енергетиці (ДЛЯ УЧНІВ СЕРЕДНЬОЇ ШКОЛИ)
Вступ до проблеми водневої енергетики для учнів 9 класів на першому етапі можливо у вигляді як наведених нижче виконаних самим учителем доповідей, так і невеликих повідомлень, підготовлених самими учнями [23-24]. Перше вступне повідомлення виконується вчителем:
2.1 Повідомлення 1. Суть водневої енергетики
Воднева енергетика включає такі основні напрямки:
Розробка ефективних методів і процесів великомасштабного отримання дешевого водню з метану і сероводородсодержащих природного газу, а також на базі розкладання води;
технології зберігання, транспортування та використання водню в енергетиці, промисловості, на транспорті.
Призначення, основні функціональні показники
Воднева технологія дозволить зупинити прогресуючий ріст забруднення навколишнього середовища, виключивши або принципово скоротивши емісію токсікоагентов в тропосферу, в тому числі, приземний шар атмосфери.
При отриманні великих об'ємів водню з метану і сірковмісних природних газів може бути використана плазмово-мембранна технологія питомої продуктивністю більше ніж в 100 разів вище в порівнянні з традиційною. Питомі енерговитрати на виробництво
Виробництво водню з води можливе на новому типі електролізерів на базі катіонопроводящей мембрани МФ-4СК, що випускається в Росії та забезпечує отримання водню більш високої чистоти з питомими енерговитратами в 1,5 меншими, ніж у традиційних систем. Питома продуктивність апаратів у 10 разів вище, ніж у попереднього покоління.
Область застосування
Воднева технологія використовується для автономного забезпечення різних видів наземного транспорту і жідководородних силових установок для авіації, стаціонарних енергосистем з водневим акумулюванням енергії (вітрові, сонячні та інші види енергоустройств).
Застосування водню в хімії, газо-і нафтохімії, виробництві мінеральних добрив, біотехнології, металургії і т.д. дозволить відмовитися від традиційної організації процесу, підвищити його якість і економічність при ліквідації повного або основного викиду забруднюючих речовин в атмосферу.
Підстави для вибору
Технологія дасть можливість великомасштабно отримувати дешевий водень як цінної сировини і реагенту при виробництві добрив, метанолу, а також у процесах переробки нафти. Ресурси сировини практично необмежені. Водень є екологічно чистим енергоносієм та його застосування в енергетиці, промисловості та на транспорті матиме позитивний вплив на стан навколишнього середовища.
Стан і тенденція розвитку
В даний час в Росії створено ряд демонстраційних установок, що реалізують нові високоефективні і технології одержання і використання водню з метану, природних сірковмісних газів за допомогою плазмово-мембранної технології. При цьому виключаються каталізатори і традиційні рідинні системи газорозподілу. Воно здійснюється за допомогою мембранних апаратів. Існуючі у світі системи мають замість цієї стадії громіздкий термокаталітичний процес, екологічно некоректний, з більш високими енерговитратами (в 2-3 рази) і низькою питомою продуктивністю.
В даний час успішно завершуються дослідження і розробки на рівні потужності 200 кВт на майданчику ГНЦ "Курчатовський інститут" та потрібен перехід до дослідно-промислової стадії на рівні потужності та продуктивності
Для високоефективних електролізерів на основі на основі катіонопроводящей мембрани МФ-4СК в даний час завершено цикл НДДКР і створено виробництво електролізерів з поліпшеними показниками на базі російської технології. Типорозмірний ряд доведений до продуктивності
На базі тієї ж вітчизняної мембрани в Росії створені електрохімічні генератори 10 - 20 кВт, що використовують воднево-повітряну суміш і мають ККД до 75%, при цьому системи емітують тільки чисту воду, токсичні компоненти викиду відсутні повністю.
2.2 Повідомлення 2. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
Якщо в кінці минулого століття найпоширеніша зараз проблема - енергетична - грала, загалом, допоміжну і незначну у світовому балансі роль, то вже в 1930 році в світі було вироблено близько 30 мільйонів мільярдів кіловат-годин! Гігантські цифри, небувалі темпи зростання! І все одно енергії буде мало, потреби в ній ростуть ще швидше.
Рівень матеріальної, а, в кінцевому рахунку, та духовної культури людей знаходиться в прямій залежності від кількості енергії, наявної в їх розпорядженні. Щоб добути руду, виплавити з неї метал, побудувати будинок, зробити будь-яку річ, потрібно витратити енергію. А потреби людини весь час ростуть, та і людей стає все більше.
Невблаганні закони природи стверджують, що отримати енергію, придатну для використання, можна тільки за рахунок її перетворень з інших форм. Вічні двигуни, нібито що проводять енергію і що нізвідки не її беруть, на жаль, неможливі. А структура світового енергогосподарства до сьогоднішнього дня склалася таким чином, що чотири з кожних п'яти проведених кіловат виходять в принципі таким чином, що чотири з кожних п'яти проведених кіловат виходять в принципі тим же способом, який користувався первісна людина для зігрівання, тобто при спалюванні палива , або при використанні запасеної в нім хімічної енергії, перетворенні її в електричну на теплових електростанціях.
Звичайно, способи спалювання палива стали набагато складнішими і досконало.
Нові чинники - збільшені ціни на нафту, швидкий розвиток атомної енергетики, зростання вимог до захисту навколишнього середовища - зажадали нового підходу до енергетики.
Хоча в основі енергетики найближчого майбутнього як і раніше залишиться теплоенергетика на невідновлюваних ресурсах, структура її зміниться. Має скоротитися використання нафти. Істотно зростає виробництво електроенергії на атомних електростанціях. Розпочнеться використання поки ще незайманих гігантських запасів дешевих вугілля, наприклад, в Кузнецькому, Кансько-Ачинском, Екібастузського басейнах. Широко буде застосовуватися природний газ, запаси якого в країні набагато перевершують запаси в інших країнах.
Але, на жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, знадобилися мільйони років, а витрачені вони будуть за сотні. Сьогодні в морі стали всерйоз замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. Що ж станеться тоді, коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, але і транспорту, і хімії, змусило задуматися про інші види палива, придатні для заміни нафти і газу. Рішення цієї задачі дослідники шукають на різних шляхах. Найпринаднішим, звичайно, є використання вічних, поновлюваних джерел енергії - енергії поточної води і вітру, океанських приливів і відливів, тепла земних надр, сонця. Багато уваги приділяється розвитку атомної енергетики, учені шукають способи відтворення на Землі процесів, що протікають в зірках і забезпечують їх колосальними запасами енергії [31].
2.3 Повідомлення 3. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
Енергетичні потреби, ресурси і можливості
Людина з моменту своєї появи потребував енергетичних ресурсах. На ранньому етапі розвитку він задовольняв цю потребу через їжу. Але з розвитком людства зростали його енергетичні потреби і розширювалися можливості їх задоволення. На перших етапах розвитку цивілізації використовувалися первинні природні енергетичні ресурси - деревина, потім викопне вугілля. Поступово починає використовуватися енергія вітру і води [13]. Примітивні вітряні двигуни (вітряні млини) з'явилися ще 2 тисячі років тому. Природний бітум почав використовуватися 1 тисячу років тому. Перші нафтові свердловини з'явилися у XVII столітті, а в середині XIX століття почався промисловий видобуток нафти і газу. В епоху індустріалізації потреба в енергетичних ресурсах різко збільшується, але розширюються і можливості людства: почалося виробництво електроенергії з використанням гідроресурсів, енергії Сонця та атомної енергії. Використання енергетичних ресурсів у всі часи обмежувалося запасами природних енергоресурсів, можливостями людини витягувати енергію з цих енергоресурсів і наслідками їх вилучення і використання.
2.4 Повідомлення 4. Виконується вчителем
Глобальні екологічні проблеми енергетики
Наслідки впливу енергетики на екологію Землі носить глобальний характер. Вплив енергетики на навколишнє середовище різноманітно і визначається видом енергоресурсів і типом енергоустановок. Приблизно 1 / 4 всіх споживаних енергоресурсів припадає на частку електроенергетики. Інші 3 / 4 припадають на промислове і побутове тепло, на транспорт, металургійні і хімічні процеси. Щорічне споживання енергії у світі наближається до 10 млрд. т умовного палива, а до 2000 року вона досягне, за прогнозами експертів, 18-23 млрд. т. Теплоенергетика в основному тверде паливо. Найпоширеніше тверде паливо нашої планети - вугілля. І з екологічної і з економічної точки зору метод прямого спалювання вугілля для одержання електроенергії не кращий спосіб використання твердого палива, при спалюванні рідкого палива з димовими газами в атмосферу повітря надходять сірчисті ангідриди, оксиди азоту, окис і двоокис вуглецю, газоподібні і тверді продукти неповного згоряння палива, з'єднання ванадію, солі натрію, та ін З точки зору екології рідке паливо менш шкідливо, ніж вугілля. Якщо рівень забруднення атмосфери при використанні вугілля прийняти за 1, то спалювання мазуту дасть 0,6, а використання природного газу знижує цю величину до 0,2.
Парниковий ефект. Підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері викликає так званий парниковий ефект, який отримав назву за аналогією з перегрівом рослині в парнику. Роль плівки в атмосфері виконує вуглекислий газ. В останні роки стала відома подібна роль і деяких інших газів (CH 4 і N 2 O). Кількість метану збільшується щорічно на 1%, вуглекислого газу - на 0,4%, закису азоту - на 0,2%. Вважається, що вуглекислий газ відповідальний за половину парникового ефекту.
Забруднення атмосфери. Негативний вплив енергетики на атмосферу позначається у вигляді твердих частинок, аерозолів і хімічних забруднень. Особливе значення мають хімічні забруднення. Головним з них вважається сірчистий газ, що виділяється при спалюванні вугілля, сланців, нафти, в яких містяться домішки сірки. Деякі види вугілля з високим вмістом сірки дають до 1 т сірчистого газу, па К) г згорілого вугілля. Зараз вся атмосфера земної кулі забруднена сірчистим газом. Йде окислення до сірчаного ангідриду, а останній разом з дощем випадає на землю у вигляді сірчаної кислоти. Ці опади називають - кислотними дощами. Те ж саме відбувається і після поглинання дощем діоксиду, азоту - утворюється азотна кислота [14]. Сьогодні глобальна середньорічна потреба в енергії складає ~ 8 трлн. Ватт. Іншими словами для забезпечення потреб одного жителя Землі потрібно 12 чоловік обслуговуючого персонала.Еслі наш спосіб життя, буде і далі так розвиватися, як зараз, то в майбутньому потреба в енергії стане величезною. Якщо виробництво продовольства буде йти в ногу із зростанням населення, то до
Середньорічне споживання енергії збільшується на 5,7%. Якщо цей темп збережеться, то до
Нафти вистачить ще приблизно на 80 років. Всі запаси нафти розвідані. Розробляються зараз нові родовища в Північному морі володіють обмеженими запасами. Ці запаси недостатні для того, щоб забезпечити передбачуване зростання споживання енергії в Західній Європі, який подвоюється кожні 8-10 років. 2 / 3 видобутих запасів зосереджені в Перській затоці. Решта знаходиться в Росії, Північній Америці та Африці. Нафтова проблема ще більше ускладнюється в результаті низькоефективних способів видобутку нафти. Місцями з надр землі береться тільки 30-35% нафти. Оскільки ціни на неї ростуть, економічно ефективною може стати вторинна видобуток, що дозволить підняти на поверхню 40-45% нафти.
Запаси природного газу більш обмежені. Вони приблизно рівні запасів енергії залишилися вугільних родовищ. Близько 1 / 5 всіх запасів природного газу зосереджена в Північній Америці, 1 / 3 в Росії.
Основним джерелом енергії викопного палива є кам'яне вугілля. З усіх світових запасів вугілля 52% - зосереджені в Росії, 20% - у США, 9% - у Китаї, 8% - у Канаді, 5% - у Західній Європі, решта-в Океанії, Центральній і Південній Америці (мал. 2 ).
SHAPE \ * MERGEFORMAT
20% |
9% |
8% |
5% |
52% |
Рис.2. Розподіл покладів світових запасів вугілля за країною
Близько 97% вугілля можна витягти тільки за допомогою спорудження глибоких шахт. Хоча вугілля і багато, він не є дешевим джерелом енергії. Перевезення, праця, капіталовкладення при будівництві нових глибоких шахт, контроль за забрудненням води і повітря - все це збільшує вартість вугілля. Все сказане вище достатньо для того, щоб переконатися в необхідності переходу людства на нові види енергії, не пов'язані зі спалюванням традиційного палива. Для зручності розгляду питань пошуку нових джерел енергії видається доцільним, перш за все, всі існуючі на земній кулі енергетичні системи, використання яких здійснюється або потенційно може здійснюватися людиною, розділити умовно на два типи:
ü системи, засновані на відновлюваних джерелах енергії;
ü системи, засновані на невідновлюваних джерелах.
Кожен тип, у свою чергу, можна підрозділити на кілька видів енергетичних систем.
Таблиця 2 Енергетичні системи, придатні для використання людиною
| № виду | Енергетичні системи |
| Тип I (засновані на відновлюваних джерелах енергії) | |
| 1. | На: гравітаційних силах; молекулярному русі; русі припливів і хвиль; русі повітря; геотермальних силах |
| 2. | фотосинтезі рослині; життєдіяльності організму |
| 3. | фотохімічних, фотоелектричних і термоелектричних процесах |
| Тип II (засновані на відновлюваних джерелах енергії) | |
| 1. | На: спалюванні радіаційного палива |
| 2. | внутрішньоядерних процесах |
| 3. | біохімічному перетворенні енергії |
| 4. | водневому паливі |
2.5 Повідомлення 5. Виконується учнями, на основі матеріалів, наданих учителем
Вплив водневої енергетики на навколишнє середовище
При розгляді основних принципів водневої енергетики та її впливу на навколишнє середовище, не можна обмежуватися лише забрудненням повітря, так як це не єдиний тип забруднення. При порівнянні різних енергетичних джерел слід обговорити й інші аспекти. Під цим можна мати на увазі ефективність джерел енергії, тому важливо зіставити водневу енергетику з іншими енергетичними системами, такими як вугілля - синтетичне паливо, атомна енергія - водень, атомна енергія - електрику і др.С точки зору охорони навколишнього середовища варіанти водневої енергетики оцінюються вище старих енергетичних систем, що використовують копалини палива. Заслуговує на увагу той факт, що, хоча енергетична система сонячна система - водень найбезпечніша по відношенню до навколишнього середовища, все ж система сонячна енергія - електрика буде ефективніше, тому що в ній використовується менша кількість матеріалів. Передбачається що система сонячна система - водень буде працювати в поєднанні з фотогальванічними елементами, в яких витрачається велика кількість кремнію. Тому, якщо система море-сонце або з вітровою енергією, то вплив на навколишнє середовище буде менше, і енергетична система сонячна система - водень буде більш прийнятною, ніж система сонячна система - електрику [13].
2.6 Повідомлення 6. Виконується учнями
Д Додаткові відомості про застосування водню в побутових цілях
Вся енергія, призначена для побутових цілей, може бути отримана з водню (освітлення, опалення і приготування їжі). Однак це не найоптимальніший шлях застосування водню.
Освітлення, опалення і приготування їжі. Для освітлення не обов'язково застосовувати електрику, можна скористатися «холодним світлом», одержуваних при взаємодії водню з фосфором. Для приготування їжі, опалення приміщень може бути використаний спеціальний керамічний матеріал. Однак опалення приміщень краще здійснювати за допомогою електричних насосів.
Електрика в домі. Мабуть, при впровадженні водневої енергетики зменшиться споживання електроенергії у житлових будинках. Знизяться витрати на роботу різних електронних пристроїв. Однак для постачання воднем будівель необхідно повністю переобладнати трубопроводи, пальники і велику частину іншого обладнання [12].
Переробка стічних вод. Зазвичай стічні води повинні пройти по трубопроводах кілька, перш ніж потраплять на спеціалізовані станції з їхньої переробки. Є ряд способів переробки сміття і стічних вод з застосуванням метану, який потім може бути використаний при вторинному виробництві енергії. При подачі по трубопроводу кисню стічні води можуть бути піддані аеробного обробці: при температурі близько 100 ° С і взаємодії з чистим киснем, утворюється СО 2 [1].
2.7 Повідомлення 7. Виконується вчителем при укладанні теми
П ymu розвитку водневої енергетики
Слід відразу встановити, що переваги водневої енергетики можуть бути досягнуті тільки шляхом постадійного впровадження цієї енергетики (дослідження, проектування, створення дослідної установки, невелика перевірка, більша перевірка і, нарешті, повний перехід на водневу енергетику). На першій стадії в якості джерела для одержання водню можна використовувати вугілля, який при нагріванні з водою утворює суміш СО і Н 2; СО потім буде окислом до СО 2 і викинутий в атмосферу, а Н 2 доставлять по трубопроводу па найближчу установку. Тут він може бути використаний для отримання електрики.
У другій стадії в якості джерела енергії для одержання водню може бути використана ядерна установка; утворюється водень потім буде доставлятися в місто і застосовуватися для отримання електроенергії або для роботи частині транспорту.
На третій стадії може бути використаний маленьке місто (наприклад, з населенням 10 000), де буде побудована станція для збору сонячної енергії. Якщо це гориста місцевість, можна встановити експериментальні великі аерогенератори.
Важливою є четверта стадія освоєння, на здійснення якої необхідні суми, які обчислюються мільярдами. На цій стадії слід перевести частину енергетики на водень, наприклад, житлово-комунальне господарство, транспорт, промисловість [8].
Екологічна "чистота" водню не викликає сумнівів, якщо врахувати, що практично єдиним, продуктом його згорання є вода і що в цьому випадку повністю відсутні характерні для вуглеводневих палив забруднюють атмосферу сполуки типу діоксидів вуглецю і сірки, а також парів вуглеводнів. Крім того, водень - це і досить калорійне паливо. За теплотам згоряння (34 ккал / г) він значно перевищує такі класичні види палива, як вуглеводні (10 ккал / г) і деревина (4 ккал / г). Звичайно, не можна не враховувати і великі труднощі, пов'язані з рішенням і ряду додаткових завдань, таких, як:
а) пошук і розробка первинних джерел енергії, які можуть бути використані для синтезу водню;
б) безпека зберігання, транспорту і великих кількостей газоподібного та рідкого водню;
в) ефективне перетворення енергії водню при вирішенні ряду
конкретних енергетичних завдань.
Якщо говорити про пошуки і розробках первинних джерел, кото-
які можуть бути використані для синтезу водню, то, ймовірно, слід
почати з найпростішого способу, відомого кожному, хто хоча б трохи
знайомий з хімією, - взаємодії кислот і основ з металами:
Zn + (2HCl) aq → (ZnC1 2) aq + H 2 ↑
Аl + (2NaOH) aq → (NaAIО 2) aq + 3/2H 2 ↑
У плані подальшого викладу дуже важливо підкреслити, що перспективними для створення водневої енергетики можуть вважатися тільки способи, засновані на використанні води в якості вихідної сировини. Тому надалі при написанні тих чи інших рівнянь хімічних реакцій індекс "aq", що характеризує водне середовище, буде опускатися. Процес незворотній і для отримання металу з утворених оксидів (Для повторного їх застосування) вимагає значних витрат енергії.
Заслуговують уваги три варіанти отримання водню з органічної сировини. Один з них - парова конверсія металу, що є головним компонентом природного газу:
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 - 50 ккал
СО + Н 2 О → СО + Н 2 + 10 ккал
______________________________
СН 4 + 2Н 2 О → СО 2 + 4Н 2 - 40 ккал
Другий більш досконалий варіант грунтується на парокислородное конверсії:
2СН 4 + О 2 → 2СО + 4Н 2 + 16 ккал
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 - 50 ккал
______________________________
7СН 4 + 3О 2 + Н 2 О → 7СО + 15Н 2
Подальший процес, пов'язаний з конверсією СО, протікає, як і в першому варіанті. Проте, як випливає з рівнянь в обох варіантах, потрібно витрата великих кількостей дефіцитного природного газу як вихідної сировини.
Третій варіант заснований па використанні процесу газифікації вугілля:
2С тв + О 2 → 2СО + 55 ккал
З ТВ + Н 2 О пар → СО + Н 2 - 30 ккал
Комбінацією цих двох реакцій можна отримати суміш СО і Н 2, на-зване "водяним газом". Останнім часом метод отримання водню з води і вугілля вважається одним з найбільш перспективних. Досить перспективним, на думку фахівців, є варіант використання водяної пари для відновлення окислів заліза при 800-900 ° С:
2Fе з О 4 + СО + Н 2 → 6FеО + Н 2 О + СО 2 - 22 ккал
з наступною обробкою Fe () водяною парою при 600-700 ° С. Після конденсації водяної пари можна отримати чистий водень:
3 FeO + Н 2 О → Fe з О 4 + Н 2 + 16ккал
Економічність процесу тут зростає внаслідок того, що остання реакція екзотермічну і дозволяє деяку кількість тепла, що виділяється використовувати для нагріву водяного газу до температур, при яких відповідно до даної реакцією має місце відновлення оксидів заліза. Незважаючи на певні труднощі, железопаровой варіант одержання водню приваблює в даний час увагу великої кількості дослідників у всіх країнах світу, оскільки пов'язаний з можливістю використання дешевих низькосортного вугілля в якості відновника водяного газу. Здавалося б, найпростішим і чистим способом отримання водню повинен бути електролізний спосіб, безпосередньо розщеплює молекулу води па водень і кисень. Однак цей процес сам вимагає багато електричної енергії і економічно поки залишається невигідним.
Глава 3. ОСОБЛИВОСТІ ВИВЧЕННЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В СЕРЕДНІЙ ШКОЛІ (НА ПРИКЛАДІ ВОДНЮ)
У сучасному світі деколи виникають ситуації, які становлять реальну небезпеку для людства. Найчастіше люди самі сприяють їх виникненню або через недогляд, або з - через брак інформації. Поодинці з такими ситуаціями не впорається, проте правильний вибір дій у критичній обстановці забезпечується наявністю певних знанні і вмінням їх використовувати. Тому, на мій погляд, важливо обговорити питання екології та безпеки людини на уроках. Однак шкільна програма та підручники не мають достатньої інформації. Учитель сам повинен через поурочні планування та позакласні заходи заповнити ці недоліки. Він може застосувати такі форми роботи на уроках: співбесіда, семінар, урок - практикум, рольова гра, в будь-якому випадку учні можуть проявити активність, самостійність, застосувати знання, а також поглибити їх. Подібний підхід дозволяє учням краще засвоїти нову тему і формує у них цілісне сприйняття навколишнього світу.
Уроки розроблені для учнів 8 класів.
3.1 Водень
Урок 1.
Тема уроку: Водень у природі.
Водень як хімічний елемент. Отримання водню.
Мета: 1. Ознайомити учнів з елементом воднем і його номенклатурою.
2. Отримання водню різними способами.
3. Розглянути водень з екологічної точки зору
Тип уроку: Комбінований.
Вид: Вивчення нового матеріалу.
Методи: Словесні, практичні.
Устаткування: в чебнік, малюнки в підручнику, оформлення дошки, таблиці, "періодична таблиця Менделєєва"
План уроку.
1.1 Водень в природі. - 30 хв.
1.2 Водень з екологічної точки зору.
1.3 Водень як хімічний елемент.
1. 4. Отримання водню різними способами.
1.4 2.1 Закріплення. - 5 - 7 хв.
3.1 Домашнє завдання. - 3 хв.
Хід уроку:
I. Організаційний момент.
II. Нова тема:
1. Водень в природі.
Водень це другий елемент, який ми будемо вивчати.
Експрес - опитування класу: "Що ви знаєте про цей елемент?"
Водень найпоширеніший елемент всесвіту, на його частку припадає 92% всіх атомів, він є головною складовою частиною Сонця і багатьох зірок. У земній корі його масова частка становить 1%. Водень найлегший елемент у природі, тому його роль визначається не масою, а числом атомів. Частка його атомів у природі складає 17%, це друге місце після кисню, якого в природі 52%. Таким чином, роль водню в природі також велика, як і кисню.
2. Водень з екологічної точки зору.
Водень в природі знаходиться весь у зв'язаному стані, тобто у вигляді хімічних сполук. Хімічний знак водню М. Формули основних сполук водню зустрічаються в природі: Н 2 О вода, СН 4 метан, інші вуглеводні З Х Н Х, H 2 S сірководень, NH 3 аміак. З'єднання кисню і водню - вода є основою життя. Сірководень - це газ, який виділяється з надр Землі, крім цього заводські труби викидають його в атмосферу у великих кількостях. Він же з'єднуючись з водяними парами, викликає кислотні дощі, які знищують зелені рослини. Аміак і метан так само шкідливі для здоров'я людини. Але в той же час метан, в порівнянні з іншими видами палива, є більш нешкідливим в екологічному відношенні.
Чистий водень виходить хімічним шляхом. Він горить з виділенням великої кількості тіла. Водень "паливо майбутнього" т. к. є екологічно чистим, при його згорянні утворюються водяні пари не отруйні атмосферу.
3. Водень як хімічний елемент можна розглянути, використовуючи сторінку 62 у підручнику хімії.
Рішення завдання: Обчислити масову частку водню у воді.
W = A r * n / M 2; W (н) = А Г (Н) n (Н) / М (Н 2 О) = 1 * 2 / 18 = 0,11 або 11%
Порівняти значення масової частки з атомної часткою.
Номенклатура сполук неметалів з воднем
назва металу + ... з'єднання містять кисень .. +. водень
приклад: сірководень Н 2 S сірка + кисень + водень
Номенклатура, з'єднань, металів з воднем:
гідрид + назва металу
гідрид алюмінію
гідрид міді
гідрид заліза
4. Отримання водню.
Один із способів отримання водню розкладання води під дією постійного електричного струму:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
У лабораторії водень отримують при взаємодії деяких металів з кислотами. Наприклад: цинку та соляно кислоти. Для цього використовується спеціальний прилад, зображений в підручнику на ріс.41 стор.63. Запишемо рівняння реакцій:
Zn + 2HCI = ZnCl 2 + H 2
цинк соляна к-та хлорид цинку водень
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2
цинк сірчана к-та сульфат цинку водень
Водень виділяється також при взаємодії активних металів натрію і кальцію з водою:
2Na +2 HOH = 2NaOH + Н 2
натрій вода гідроксид натрію водень
Са + 2НОН = Са (ОН) 2 + Н 2
кальцій вода гідроксид кальцію водень
Дослідним шляхом встановлено, що з молекули води витісняється тільки один атом водню і утворюється одновалентна група ОН - гидроксогрупп, яка з'єднується з атомом металу. Число гидроксогрупп залежить від валентності металу. Утворені сполуки відносяться до підстав і називаються гідроксидами.
У промисловості водень отримують з метану:
СН 4 + 2Н 2 О = СО 2 ↑ + 4Н 2 ↑
При цьому виділяється вуглекислий газ і водень. Вуглекислий газ при надходженні в атмосферу забруднює її, викликає посилення парникового ефекту. Тому необхідно при отриманні водню в промисловості вловлювати вуглекислий газ.
2. Закріплення.
3. Домашнє завдання. Учні повинні відповісти на питання 1 - 5 в підручнику на стор 66.
Урок 2.
Тема уроку: Властивості і застосування водню.
Мета: Розглянути фізичні і хімічні властивості водню.
Тип уроку: Комбінований.
Вид: Вивчення нового матеріалу.
Методи: Словесні, практичні.
Обладнання: Підручник, малюнки в підручнику, таблиці.
План уроку.
2.1. Перевірка домашнього завдання .- 8 хв.
2.2. Нова тема: фізичні і хімічні властивості водню. Застосування.
2.3. Закріплення - 7хв.
2.4. Підведення підсумків уроку і домашнє завдання
Хід уроку.
I. Організаційний момент. Перевірка домашнього завдання. Опитування. - 8 хв.
II. Нова тема .- 25 хв.
Водень.
2. Фізичні властивості розглянемо в порівнянні з киснем (таблиця на дошці).
Хімічні властивості водню:
а) реакції з металами:
Ti + Н 2 = TiH 2 Са + Н 2 = Сан 2
б) реакції з неметалами:
F 2 + H 2 = 2HF H 2 + O 2 = 2H 2 O
в) реакції з складними речовинами:
СuО + Н 2 = Сu + Н 2 О WO 3 + ДТ 2 = ДТ 2 О + W
Звідси випливає висновок, що за звичайних умов водень може вступати в реакцію тільки з дуже активними речовинами. Взаємодіє з металами з утворенням гідридів. Взаємодіє з неметалами. Є відновником. Хімічна активність його нижче, ніж у кисню. При звичайних умовах реагує тільки з дуже активними металами і з єдиним неметалом - фтором. З більшістю речовин реагує тільки при підвищеній температурі або іншому впливі.
Застосування розглянути за допомогою схеми 7 в підручнику на стор 66.
3. Закріплення теми рішенням розрахункової задачі: Один із способів отримання водню в лабораторії взаємодія цинку з соляною кислотою. Скільки грам цинку необхідне для отримання 10 л водню?
Х 10 л
Zn + 2HCI = ZnCl 2 + H 2 ↑
65 г 22, 4 л
Складаємо пропорцію:
Х/65 г = 10 л/22, 4; Х = 65 г * 10 л/22, 4 л = 29 г цинку.
4. Домашнє завдання: відповіді на питання 6-11 в підручнику на стор 67.
Урок 3.
Практичне заняття.
Тема роботи: отримання водню та проведення реакції його з оксидом міді (II).
Мета роботи: 1) Отримати водень в лабораторних умовах.
2) Провести його реакцію з оксидом міді (II).
3) Вивчити горіння водню на повітрі.
4) Вивчити продукти взаємодії Zn з соляною кислотою.
I. У иполненіе роботи.
1. Отримання і збирання водню.
Зібрали прилад. У пробірку помістили 3 гранули цинку, щільно закрили пробку і через лійку налили соляну кислоту. Спостерігали виділення бульбашок газу, тобто водню.
Zn + 2НС1 = ZnCl 2 + Н 2
Водень збирали в перевернутій пробірці, поступово витісняючи воду. Після того, як пробірка наповнилася, закрили її пальцем і піднесли її до пальника. Водень загорівся спокійно бавовни не було. Це означає, що зібраний водень був чистий.
2. Вивчення горіння водню на повітрі.
Підпалили водень лучинкой у кінця газової трубки. Водень загорівся спокійним полум'ям. На скляній платівці конденсувалася вода.
2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О.
3.Изучение взаємодії водню з оксидом міді (II). У пробірку помістили кілька шматочків оксиду міді чорного кольору. З'єднали з приладом для отримання водню. Пропустили струм водню, ніяких змін не спостерігали. Почали нагрівати пробірку з оксидом міді, почалася реакція. Спостерігали зміна кольору, чорний колір змінився і став червоним. На стінки пробірки конденсувалася вода.
Н 2 + СuО = Сu + Н 2 О.
На даному досвіді ми вивчили відновні властивості водню. Водень відновлює мідь з оксиду.
4. Вивчення продукту реакції цинку з соляною кислотою.
За допомогою скляної палички перенесли кілька крапель розчину з пробірки з цинком і соляною кислотою на скляну пластинку і упарив його. На склі залишився білий порошок хлориду цинку.
Zn + 2HC1 = ZnCl 2 + H 2 t. Продукти реакції - хлорид цинку (ZnCl 2) і водень (Н 2).
II. Домашнє завдання.
Оформити практичну роботу.
Урок 4.
Контрольна робота.
Тема уроку: Узагальнення та систематизація знань, умінь, навичок учнів за темами "Кисень", "Водень" "Газоподібні речовини".
Мета: Перевірити хімічні властивості, одержання і застосування цих елементів.
Хід уроку.
I. Організаційний момент. Перевірка домашнього завдання.
Варіант 1.
1. Скласти рівняння хімічних реакцій:
а) кисню з сіркою. Вказати окислювач.
б) водню з оксидом міді (II). Вказати відновник.
2. Скласти рівняння хімічних реакцій, вказати умови їх перебігу.
О 2 → Н 2 О → Н 2 → НС1 хлорид кальцію
3. а) дописати рівняння реакції: Н 2 О 2 → Н 2 О +? Вказати застосування цієї реакції.
б) Скласти рівняння реакції між соляною кислотою і залізом. Дати назву отриманим з'єднанням.
4. Вирішити завдання:
Розрахувати обсяг оксиду вуглецю (IV), отриманого в результаті згоряння на повітрі 24 г . вуглецю.
Варіант 2.
1. Скласти рівняння хімічних реакцій:
а) водню з киснем.
б) кисню з метаном (СШ).
2.Составіть рівняння хімічних реакцій, вказати умови їх перебігу.
СО 2 → О 2 → WO 3 → W
↓
А1 2 О 3
3. а) дописати рівняння реакції: НС1 + Zn → ZnCl 2 +? З якою метою використовується ця реакція в лабораторії?
б) скласти реакцію розкладання води. Вказати її застосування.
4. Вирішити завдання: Який об'єм кисню потрібно для окислення 1,5 моль сірки?
Варіант 3.
1. Скласти рівняння хімічних реакцій:
а) водню з кальцієм. Дати назву продукту.
б) кисню з ацетиленом.
2. Скласти рівняння хімічних реакцій за схемою:
оксид вуглецю (IV) + Н 2 О озон
+ C 2 H 5
KMnO 4 → кисень → оксид заліза (III)
↓ ↓
оксид літію залізо
3. а) дописати рівняння реакції: H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 +?
б) скласти реакцію взаємодії водню з сіркою. Дати назву продукту.
3. Скласти і вирішити завдання за наведеними даними: V (Ca) = 3 моль; m (Сан 2) -?
Тестова контрольна робота.
Варіант 1.
1. Водень реагує з обома речовинами пари:
а) Н 2 О і Са б) Na і NH 3 в) Fe 2 O 3 та О 2 г) WO 3 та СH 4
2. У рівнянні реакції горіння алюмінію запис його правій частині:
а) за1 2 О 3 б) А1 2 О 3 в) 2А1 2 О 3 г) 4А1 2 О 3
3. Скласти рівняння реакції і вказати коефіцієнт перед формулою відновника. Реакція оксиду вольфраму з воднем:
а) 1, б) 2; в) 6; г) 3.
4. Обсяг кисню, необхідний для окислення 2 моль цинку, становить (н.у.):
а) 22.4 л ; Б) 11.2 л , В) 44.8 л ; Г) 5.6 л ;
Варіант 2.
1. Водень реагує з обома речовинами пари:
а) С1 2 і РbО б) О 2 і HCI в) СuО і Н 2 О р) З H 4 і Na
2. У рівнянні реакції горіння етану вірна запис його правій частині:
а) 2СО 2 + ДТ 2 О б) 4СО 2 + 6Н 2 в) 2СО 2 + ДТ 2 г) 4СО 2 + 6Н 2 О
3. Скласти рівняння реакції і вказати коефіцієнт перед формулою відновника. Реакція оксиду олова з воднем:
а) 1, б) 2; в) 3; г) 4.
4. Обсяг кисню, необхідний для окислення 1 моля алюмінію, становить (н.у.): а) 22.4 л ; Б) 16.8 л , В) 11.2 л ; Г) 5.6 л .
Варіант 3.
1. Водень реагує з усіма речовинами групи:
а) оксид вольфраму, вода, кальцій, б) оксид заліза (III), азот, кисень, в) метан СН4, калій, вуглець; г) оксид міді (II), фтор, хлороводень.
2. У рівнянні реакції горіння аміаку NH 3 вірна запис його правій частині: a) 2N 2 + 6Н 2 О, б) 3N 2 + Н 2 О, в) 4N 2 + 6Н 2 О; г) N 2 + ДТ 2 О.
3. Скласти рівняння реакції і вказати коефіцієнт перед формулою відновника. Реакція оксиду молібдену (VI) з воднем:
а) 2; 6) 3, в) 4; г) 6.
4. Скласти і вирішити завдання за наведеними даними:
V (Р) = 2моль; m (Р 2 О 5) -?
а) 284 г ; Б) 142 г , В) 14.2 г ; Г) 28.4 г . [1]
Для реалізації цілей шкільної екологічної освіти можна використовувати рольові уроки. Гідністю цих уроків є те, що учні в ігровій формі закріплюють і узагальнюють отримані знання з хімії, а також розуміють актуальність екологічних особливостей пов'язаних з досліджуваною темою.
ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ
В експерименті брали участь учні 9 класів МОУ СЗШ-гімназії № 1 г . Нальчик (вибіркова сукупність становила 45 школярів).
В експериментальних класах при розкритті теми «Альтернативна воднева енергетика» були проведені розроблені уроки, наведені в розділі 3. Заняття проводилися з акцентом на прикладні та екологічні аспекти.
Для констатації результату після проведення розроблених занять були проведені контрольні роботи, які складаються з тестів, які наведені в розділі III. Результати експерименту в школі наведені в діаграмах, відображають зміни якості знань і успішності в контрольному ( 9 г ) Та експериментальному (9 в) класах.
Діаграма 1. Зміна успішності учнів
Діаграма 2. Динаміка успішності та якості навчання
Таким чином, обрана тематика сприяла підвищенню якості знань, наукового та екологічного світогляду, а головне викликала інтерес учнів до більш глибокого вивчення хімії.
ВИСНОВОК
В даний час шкільний курс хімії немислимий без екологічного боку. Протягом свого тривалого життя на Землі людство значною мірою залежало від сонця як джерела енергії. Його потреба в енергії, в основному в їжі, прямо або побічно задовольнялася фотосинтезом [21].
Тільки зовсім недавно людина потрапила у сильну залежність від викопного палива. Тому розгляд кожної теми має, так чи інакше, мати точки зіткнення з екологією. Екологічне виховання дітей стає глобальною проблемою методики навчання хімії. У гонитві за надлишком енергії чоловік все глибше занурювався в стихійний світ природних явищ і до якоїсь пори не дуже замислювався про наслідки своїх справ і вчинків. Але часи змінилися. Зараз, на початку 21 століття, починається новий, значний етап земної енергетики. З'явилася енергетика «щадна», побудована так, щоб людина не рубав сук, на якому він сидить, дбав про охорону вже сильно ушкодженої біосфери. Безсумнівно, у майбутньому паралельно з лінією інтенсивного розвитку енергетики отримають широкі права громадянства і лінія екстенсивна: розосереджені джерела енергії не дуже великої потужності, але зате з високим ККД, екологічно чисті, зручні в зверненні. Яскравий приклад тому - швидкий старт електрохімічної енергетики, яку пізніше, мабуть, доповнить енергетика сонячна. Енергетика дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає в себе всі самі новітні ідей, винаходи, досягнення науки. Це й зрозуміло: енергетика, пов'язана буквально з Усім, і Всі тягнеться до енергетики, залежить від неї. Тому енергохімія, воднева енергетика, космічні електростанції, енергія, запечатана в антивеществе, кварках, «чорні діри», вакуумі, - це всього лише найбільш яскраві віхи, штрихи, окремі рисочки тою сценарію, який пишеться на наших очах і який можна назвати Завтрашнім Днем Енергетики.
Таємничі переходи, вузькі, звивисті стежки. Повні загадок,
перешкод, несподіваних осяянь, криків суму і поразок, кліків радості і перемог.
У вибраній нами темі розглядається вирішення енергетичної проблеми людства шляхом впровадження водневій енергетиці. Розповідь про енергію може бути нескінченний, як і нескінченні альтернативні форми її використання, але за умови, що ми повинні розробити для цього ефективні і економічні методи. Не так важливо, яка ваша думка про потреби енергетики, про джерела енергії, її якості, і собівартості. Нам, мабуть, слід лише погодитися з тим, що сказав вчений мудрець, ім'я якого залишилося невідомим.
«Немає простих рішень, є тільки розумний вибір»
Звичайно, практично учням неможливо продемонструвати весь процес отримання енергії з водню. Але схематично, з використанням методів порівняння з іншими джерелами енергії, цікавими повідомленнями на цю тему можна цілком доступно пояснити суть водневої енергетики. При проходженні теми «Водень» паралельно з вивченням способів виробництва, хімічних властивостей та застосування розглядаються і зв'язок водню з енергетикою. І звичайно виявлення таких важливих зв'язків хімії з промисловістю, з енергетикою зацікавлює учнів.
Крім того, на факультативних заняттях з екології при розгляді проблем енергетики важливо підкреслити актуальність даного виду джерела енергії.
ВИСНОВКИ
Можна зробити кілька висновків з розгляду проблеми
1. Проблеми екології. Зокрема, проблеми енергетики, вимагають термінового вирішення. Гостроту цього питання необхідно довести до свідомості школярів і спантеличити їх пошуком шляхів вирішення.
2. При розгляді теми «Водень» необхідно підвести учнів до розуміння водневої енергетики як одного з найбільш перспективних методів вирішення енергетичної проблеми.
3. На факультативних заняттях можна розглянути основні проблеми, які виникають при використанні водню як джерела енергії.
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 - 50 ккал
СО + Н 2 О → СО + Н 2 + 10 ккал
______________________________
СН 4 + 2Н 2 О → СО 2 + 4Н 2 - 40 ккал
Другий більш досконалий варіант грунтується на парокислородное конверсії:
2СН 4 + О 2 → 2СО + 4Н 2 + 16 ккал
СН 4 + Н 2 О → СО + 3Н 2 - 50 ккал
______________________________
7СН 4 + 3О 2 + Н 2 О → 7СО + 15Н 2
Подальший процес, пов'язаний з конверсією СО, протікає, як і в першому варіанті. Проте, як випливає з рівнянь в обох варіантах, потрібно витрата великих кількостей дефіцитного природного газу як вихідної сировини.
Третій варіант заснований па використанні процесу газифікації вугілля:
2С тв + О 2 → 2СО + 55 ккал
З ТВ + Н 2 О пар → СО + Н 2 - 30 ккал
Комбінацією цих двох реакцій можна отримати суміш СО і Н 2, на-зване "водяним газом". Останнім часом метод отримання водню з води і вугілля вважається одним з найбільш перспективних. Досить перспективним, на думку фахівців, є варіант використання водяної пари для відновлення окислів заліза при 800-900 ° С:
2Fе з О 4 + СО + Н 2 → 6FеО + Н 2 О + СО 2 - 22 ккал
з наступною обробкою Fe () водяною парою при 600-700 ° С. Після конденсації водяної пари можна отримати чистий водень:
3 FeO + Н 2 О → Fe з О 4 + Н 2 + 16ккал
Економічність процесу тут зростає внаслідок того, що остання реакція екзотермічну і дозволяє деяку кількість тепла, що виділяється використовувати для нагріву водяного газу до температур, при яких відповідно до даної реакцією має місце відновлення оксидів заліза. Незважаючи на певні труднощі, железопаровой варіант одержання водню приваблює в даний час увагу великої кількості дослідників у всіх країнах світу, оскільки пов'язаний з можливістю використання дешевих низькосортного вугілля в якості відновника водяного газу. Здавалося б, найпростішим і чистим способом отримання водню повинен бути електролізний спосіб, безпосередньо розщеплює молекулу води па водень і кисень. Однак цей процес сам вимагає багато електричної енергії і економічно поки залишається невигідним.
Глава 3. ОСОБЛИВОСТІ ВИВЧЕННЯ ХІМІЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В СЕРЕДНІЙ ШКОЛІ (НА ПРИКЛАДІ ВОДНЮ)
У сучасному світі деколи виникають ситуації, які становлять реальну небезпеку для людства. Найчастіше люди самі сприяють їх виникненню або через недогляд, або з - через брак інформації. Поодинці з такими ситуаціями не впорається, проте правильний вибір дій у критичній обстановці забезпечується наявністю певних знанні і вмінням їх використовувати. Тому, на мій погляд, важливо обговорити питання екології та безпеки людини на уроках. Однак шкільна програма та підручники не мають достатньої інформації. Учитель сам повинен через поурочні планування та позакласні заходи заповнити ці недоліки. Він може застосувати такі форми роботи на уроках: співбесіда, семінар, урок - практикум, рольова гра, в будь-якому випадку учні можуть проявити активність, самостійність, застосувати знання, а також поглибити їх. Подібний підхід дозволяє учням краще засвоїти нову тему і формує у них цілісне сприйняття навколишнього світу.
Уроки розроблені для учнів 8 класів.
3.1 Водень
Урок 1.
Тема уроку: Водень у природі.
Водень як хімічний елемент. Отримання водню.
Мета: 1. Ознайомити учнів з елементом воднем і його номенклатурою.
2. Отримання водню різними способами.
3. Розглянути водень з екологічної точки зору
Тип уроку: Комбінований.
Вид: Вивчення нового матеріалу.
Методи: Словесні, практичні.
Устаткування: в чебнік, малюнки в підручнику, оформлення дошки, таблиці, "періодична таблиця Менделєєва"
План уроку.
1.1 Водень в природі. - 30 хв.
1.2 Водень з екологічної точки зору.
1.3 Водень як хімічний елемент.
1. 4. Отримання водню різними способами.
1.4 2.1 Закріплення. - 5 - 7 хв.
3.1 Домашнє завдання. - 3 хв.
Хід уроку:
II. Нова тема:
1. Водень в природі.
Водень це другий елемент, який ми будемо вивчати.
Експрес - опитування класу: "Що ви знаєте про цей елемент?"
Водень найпоширеніший елемент всесвіту, на його частку припадає 92% всіх атомів, він є головною складовою частиною Сонця і багатьох зірок. У земній корі його масова частка становить 1%. Водень найлегший елемент у природі, тому його роль визначається не масою, а числом атомів. Частка його атомів у природі складає 17%, це друге місце після кисню, якого в природі 52%. Таким чином, роль водню в природі також велика, як і кисню.
2. Водень з екологічної точки зору.
Водень в природі знаходиться весь у зв'язаному стані, тобто у вигляді хімічних сполук. Хімічний знак водню М. Формули основних сполук водню зустрічаються в природі: Н 2 О вода, СН 4 метан, інші вуглеводні З Х Н Х, H 2 S сірководень, NH 3 аміак. З'єднання кисню і водню - вода є основою життя. Сірководень - це газ, який виділяється з надр Землі, крім цього заводські труби викидають його в атмосферу у великих кількостях. Він же з'єднуючись з водяними парами, викликає кислотні дощі, які знищують зелені рослини. Аміак і метан так само шкідливі для здоров'я людини. Але в той же час метан, в порівнянні з іншими видами палива, є більш нешкідливим в екологічному відношенні.
Чистий водень виходить хімічним шляхом. Він горить з виділенням великої кількості тіла. Водень "паливо майбутнього" т. к. є екологічно чистим, при його згорянні утворюються водяні пари не отруйні атмосферу.
3. Водень як хімічний елемент можна розглянути, використовуючи сторінку 62 у підручнику хімії.
Рішення завдання: Обчислити масову частку водню у воді.
W = A r * n / M 2; W (н) = А Г (Н) n (Н) / М (Н 2 О) = 1 * 2 / 18 = 0,11 або 11%
Порівняти значення масової частки з атомної часткою.
Номенклатура сполук неметалів з воднем
назва металу + ... з'єднання містять кисень .. +. водень
приклад: сірководень Н 2 S сірка + кисень + водень
Номенклатура, з'єднань, металів з воднем:
гідрид + назва металу
гідрид алюмінію
гідрид міді
гідрид заліза
4. Отримання водню.
Один із способів отримання водню розкладання води під дією постійного електричного струму:
2H 2 O → 2H 2 + O 2
У лабораторії водень отримують при взаємодії деяких металів з кислотами. Наприклад: цинку та соляно кислоти. Для цього використовується спеціальний прилад, зображений в підручнику на ріс.41 стор.63. Запишемо рівняння реакцій:
Zn + 2HCI = ZnCl 2 + H 2
цинк соляна к-та хлорид цинку водень
Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2
цинк сірчана к-та сульфат цинку водень
Водень виділяється також при взаємодії активних металів натрію і кальцію з водою:
2Na +2 HOH = 2NaOH + Н 2
натрій вода гідроксид натрію водень
Са + 2НОН = Са (ОН) 2 + Н 2
кальцій вода гідроксид кальцію водень
Дослідним шляхом встановлено, що з молекули води витісняється тільки один атом водню і утворюється одновалентна група ОН - гидроксогрупп, яка з'єднується з атомом металу. Число гидроксогрупп залежить від валентності металу. Утворені сполуки відносяться до підстав і називаються гідроксидами.
У промисловості водень отримують з метану:
СН 4 + 2Н 2 О = СО 2 ↑ + 4Н 2 ↑
При цьому виділяється вуглекислий газ і водень. Вуглекислий газ при надходженні в атмосферу забруднює її, викликає посилення парникового ефекту. Тому необхідно при отриманні водню в промисловості вловлювати вуглекислий газ.
2. Закріплення.
3. Домашнє завдання. Учні повинні відповісти на питання 1 - 5 в підручнику на стор 66.
Урок 2.
Тема уроку: Властивості і застосування водню.
Мета: Розглянути фізичні і хімічні властивості водню.
Тип уроку: Комбінований.
Вид: Вивчення нового матеріалу.
Методи: Словесні, практичні.
Обладнання: Підручник, малюнки в підручнику, таблиці.
План уроку.
2.1. Перевірка домашнього завдання .- 8 хв.
2.2. Нова тема: фізичні і хімічні властивості водню. Застосування.
2.3. Закріплення - 7хв.
2.4. Підведення підсумків уроку і домашнє завдання
Хід уроку.
II. Нова тема .- 25 хв.
Водень.
2. Фізичні властивості розглянемо в порівнянні з киснем (таблиця на дошці).
| Водень | Кисень |
| 1. без запаху | 1. без запаху |
| 2. без кольору | 2. без кольору |
| 3. мало розчинний у воді | 3. мало розчинний у воді |
| 4. легше повітря в 14, 5 разів | 4. важчий за повітря |
| 5. t кип = - 253 єС | 5. t кип = - 183 єС |
| 6. ρ н.у. (Н 2) = 0, 09 г / л | 6. ρ н.у. (О 2) = 1, 43 г / л |
а) реакції з металами:
Ti + Н 2 = TiH 2 Са + Н 2 = Сан 2
б) реакції з неметалами:
F 2 + H 2 = 2HF H 2 + O 2 = 2H 2 O
в) реакції з складними речовинами:
СuО + Н 2 = Сu + Н 2 О WO 3 + ДТ 2 = ДТ 2 О + W
Звідси випливає висновок, що за звичайних умов водень може вступати в реакцію тільки з дуже активними речовинами. Взаємодіє з металами з утворенням гідридів. Взаємодіє з неметалами. Є відновником. Хімічна активність його нижче, ніж у кисню. При звичайних умовах реагує тільки з дуже активними металами і з єдиним неметалом - фтором. З більшістю речовин реагує тільки при підвищеній температурі або іншому впливі.
Застосування розглянути за допомогою схеми 7 в підручнику на стор 66.
3. Закріплення теми рішенням розрахункової задачі: Один із способів отримання водню в лабораторії взаємодія цинку з соляною кислотою. Скільки грам цинку необхідне для отримання
Х 10 л
Zn + 2HCI = ZnCl 2 + H 2 ↑
Складаємо пропорцію:
Х/65 г = 10 л/22, 4; Х =
4. Домашнє завдання: відповіді на питання 6-11 в підручнику на стор 67.
Урок 3.
Практичне заняття.
Тема роботи: отримання водню та проведення реакції його з оксидом міді (II).
Мета роботи: 1) Отримати водень в лабораторних умовах.
2) Провести його реакцію з оксидом міді (II).
3) Вивчити горіння водню на повітрі.
4) Вивчити продукти взаємодії Zn з соляною кислотою.
1. Отримання і збирання водню.
Зібрали прилад. У пробірку помістили 3 гранули цинку, щільно закрили пробку і через лійку налили соляну кислоту. Спостерігали виділення бульбашок газу, тобто водню.
Zn + 2НС1 = ZnCl 2 + Н 2
Водень збирали в перевернутій пробірці, поступово витісняючи воду. Після того, як пробірка наповнилася, закрили її пальцем і піднесли її до пальника. Водень загорівся спокійно бавовни не було. Це означає, що зібраний водень був чистий.
2. Вивчення горіння водню на повітрі.
Підпалили водень лучинкой у кінця газової трубки. Водень загорівся спокійним полум'ям. На скляній платівці конденсувалася вода.
2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О.
3.Изучение взаємодії водню з оксидом міді (II). У пробірку помістили кілька шматочків оксиду міді чорного кольору. З'єднали з приладом для отримання водню. Пропустили струм водню, ніяких змін не спостерігали. Почали нагрівати пробірку з оксидом міді, почалася реакція. Спостерігали зміна кольору, чорний колір змінився і став червоним. На стінки пробірки конденсувалася вода.
Н 2 + СuО = Сu + Н 2 О.
На даному досвіді ми вивчили відновні властивості водню. Водень відновлює мідь з оксиду.
4. Вивчення продукту реакції цинку з соляною кислотою.
За допомогою скляної палички перенесли кілька крапель розчину з пробірки з цинком і соляною кислотою на скляну пластинку і упарив його. На склі залишився білий порошок хлориду цинку.
Zn + 2HC1 = ZnCl 2 + H 2 t. Продукти реакції - хлорид цинку (ZnCl 2) і водень (Н 2).
II. Домашнє завдання.
Оформити практичну роботу.
Урок 4.
Контрольна робота.
Тема уроку: Узагальнення та систематизація знань, умінь, навичок учнів за темами "Кисень", "Водень" "Газоподібні речовини".
Мета: Перевірити хімічні властивості, одержання і застосування цих елементів.
Хід уроку.
Варіант 1.
1. Скласти рівняння хімічних реакцій:
а) кисню з сіркою. Вказати окислювач.
б) водню з оксидом міді (II). Вказати відновник.
2. Скласти рівняння хімічних реакцій, вказати умови їх перебігу.
О 2 → Н 2 О → Н 2 → НС1 хлорид кальцію
3. а) дописати рівняння реакції: Н 2 О 2 → Н 2 О +? Вказати застосування цієї реакції.
б) Скласти рівняння реакції між соляною кислотою і залізом. Дати назву отриманим з'єднанням.
4. Вирішити завдання:
Розрахувати обсяг оксиду вуглецю (IV), отриманого в результаті згоряння на повітрі
Варіант 2.
1. Скласти рівняння хімічних реакцій:
а) водню з киснем.
б) кисню з метаном (СШ).
2.Составіть рівняння хімічних реакцій, вказати умови їх перебігу.
СО 2 → О 2 → WO 3 → W
↓
А1 2 О 3
3. а) дописати рівняння реакції: НС1 + Zn → ZnCl 2 +? З якою метою використовується ця реакція в лабораторії?
б) скласти реакцію розкладання води. Вказати її застосування.
4. Вирішити завдання: Який об'єм кисню потрібно для окислення 1,5 моль сірки?
Варіант 3.
1. Скласти рівняння хімічних реакцій:
а) водню з кальцієм. Дати назву продукту.
б) кисню з ацетиленом.
2. Скласти рівняння хімічних реакцій за схемою:
+ C 2 H 5
KMnO 4 → кисень → оксид заліза (III)
↓ ↓
оксид літію залізо
3. а) дописати рівняння реакції: H 2 SO 4 + Fe → FeSO 4 +?
б) скласти реакцію взаємодії водню з сіркою. Дати назву продукту.
3. Скласти і вирішити завдання за наведеними даними: V (Ca) = 3 моль; m (Сан 2) -?
Тестова контрольна робота.
Варіант 1.
1. Водень реагує з обома речовинами пари:
а) Н 2 О і Са б) Na і NH 3 в) Fe 2 O 3 та О 2 г) WO 3 та СH 4
2. У рівнянні реакції горіння алюмінію запис його правій частині:
а) за1 2 О 3 б) А1 2 О 3 в) 2А1 2 О 3 г) 4А1 2 О 3
3. Скласти рівняння реакції і вказати коефіцієнт перед формулою відновника. Реакція оксиду вольфраму з воднем:
а) 1, б) 2; в) 6; г) 3.
4. Обсяг кисню, необхідний для окислення 2 моль цинку, становить (н.у.):
а)
Варіант 2.
1. Водень реагує з обома речовинами пари:
а) С1 2 і РbО б) О 2 і HCI в) СuО і Н 2 О р) З H 4 і Na
2. У рівнянні реакції горіння етану вірна запис його правій частині:
а) 2СО 2 + ДТ 2 О б) 4СО 2 + 6Н 2 в) 2СО 2 + ДТ 2 г) 4СО 2 + 6Н 2 О
3. Скласти рівняння реакції і вказати коефіцієнт перед формулою відновника. Реакція оксиду олова з воднем:
а) 1, б) 2; в) 3; г) 4.
4. Обсяг кисню, необхідний для окислення 1 моля алюмінію, становить (н.у.): а)
Варіант 3.
1. Водень реагує з усіма речовинами групи:
а) оксид вольфраму, вода, кальцій, б) оксид заліза (III), азот, кисень, в) метан СН4, калій, вуглець; г) оксид міді (II), фтор, хлороводень.
2. У рівнянні реакції горіння аміаку NH 3 вірна запис його правій частині: a) 2N 2 + 6Н 2 О, б) 3N 2 + Н 2 О, в) 4N 2 + 6Н 2 О; г) N 2 + ДТ 2 О.
3. Скласти рівняння реакції і вказати коефіцієнт перед формулою відновника. Реакція оксиду молібдену (VI) з воднем:
а) 2; 6) 3, в) 4; г) 6.
4. Скласти і вирішити завдання за наведеними даними:
V (Р) = 2моль; m (Р 2 О 5) -?
а)
Для реалізації цілей шкільної екологічної освіти можна використовувати рольові уроки. Гідністю цих уроків є те, що учні в ігровій формі закріплюють і узагальнюють отримані знання з хімії, а також розуміють актуальність екологічних особливостей пов'язаних з досліджуваною темою.
ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ
В експерименті брали участь учні 9 класів МОУ СЗШ-гімназії №
В експериментальних класах при розкритті теми «Альтернативна воднева енергетика» були проведені розроблені уроки, наведені в розділі 3. Заняття проводилися з акцентом на прикладні та екологічні аспекти.
Для констатації результату після проведення розроблених занять були проведені контрольні роботи, які складаються з тестів, які наведені в розділі III. Результати експерименту в школі наведені в діаграмах, відображають зміни якості знань і успішності в контрольному (
Діаграма 1. Зміна успішності учнів
Діаграма 2. Динаміка успішності та якості навчання
Таким чином, обрана тематика сприяла підвищенню якості знань, наукового та екологічного світогляду, а головне викликала інтерес учнів до більш глибокого вивчення хімії.
ВИСНОВОК
В даний час шкільний курс хімії немислимий без екологічного боку. Протягом свого тривалого життя на Землі людство значною мірою залежало від сонця як джерела енергії. Його потреба в енергії, в основному в їжі, прямо або побічно задовольнялася фотосинтезом [21].
Тільки зовсім недавно людина потрапила у сильну залежність від викопного палива. Тому розгляд кожної теми має, так чи інакше, мати точки зіткнення з екологією. Екологічне виховання дітей стає глобальною проблемою методики навчання хімії. У гонитві за надлишком енергії чоловік все глибше занурювався в стихійний світ природних явищ і до якоїсь пори не дуже замислювався про наслідки своїх справ і вчинків. Але часи змінилися. Зараз, на початку 21 століття, починається новий, значний етап земної енергетики. З'явилася енергетика «щадна», побудована так, щоб людина не рубав сук, на якому він сидить, дбав про охорону вже сильно ушкодженої біосфери. Безсумнівно, у майбутньому паралельно з лінією інтенсивного розвитку енергетики отримають широкі права громадянства і лінія екстенсивна: розосереджені джерела енергії не дуже великої потужності, але зате з високим ККД, екологічно чисті, зручні в зверненні. Яскравий приклад тому - швидкий старт електрохімічної енергетики, яку пізніше, мабуть, доповнить енергетика сонячна. Енергетика дуже швидко акумулює, асимілює, вбирає в себе всі самі новітні ідей, винаходи, досягнення науки. Це й зрозуміло: енергетика, пов'язана буквально з Усім, і Всі тягнеться до енергетики, залежить від неї. Тому енергохімія, воднева енергетика, космічні електростанції, енергія, запечатана в антивеществе, кварках, «чорні діри», вакуумі, - це всього лише найбільш яскраві віхи, штрихи, окремі рисочки тою сценарію, який пишеться на наших очах і який можна назвати Завтрашнім Днем Енергетики.
Таємничі переходи, вузькі, звивисті стежки. Повні загадок,
перешкод, несподіваних осяянь, криків суму і поразок, кліків радості і перемог.
У вибраній нами темі розглядається вирішення енергетичної проблеми людства шляхом впровадження водневій енергетиці. Розповідь про енергію може бути нескінченний, як і нескінченні альтернативні форми її використання, але за умови, що ми повинні розробити для цього ефективні і економічні методи. Не так важливо, яка ваша думка про потреби енергетики, про джерела енергії, її якості, і собівартості. Нам, мабуть, слід лише погодитися з тим, що сказав вчений мудрець, ім'я якого залишилося невідомим.
«Немає простих рішень, є тільки розумний вибір»
Звичайно, практично учням неможливо продемонструвати весь процес отримання енергії з водню. Але схематично, з використанням методів порівняння з іншими джерелами енергії, цікавими повідомленнями на цю тему можна цілком доступно пояснити суть водневої енергетики. При проходженні теми «Водень» паралельно з вивченням способів виробництва, хімічних властивостей та застосування розглядаються і зв'язок водню з енергетикою. І звичайно виявлення таких важливих зв'язків хімії з промисловістю, з енергетикою зацікавлює учнів.
Крім того, на факультативних заняттях з екології при розгляді проблем енергетики важливо підкреслити актуальність даного виду джерела енергії.
ВИСНОВКИ
Можна зробити кілька висновків з розгляду проблеми
1. Проблеми екології. Зокрема, проблеми енергетики, вимагають термінового вирішення. Гостроту цього питання необхідно довести до свідомості школярів і спантеличити їх пошуком шляхів вирішення.
2. При розгляді теми «Водень» необхідно підвести учнів до розуміння водневої енергетики як одного з найбільш перспективних методів вирішення енергетичної проблеми.
3. На факультативних заняттях можна розглянути основні проблеми, які виникають при використанні водню як джерела енергії.
ЛІТЕРАТУРА
1. Реймерс Н. Ф. Екологія (теорія, закони, правила, принципи і гіпотези). / / Росія Молода. 1994. 367 с.
2. Верховський В. М., Смирнов А. С. Техніка хімічного експерименту. - М., 1973, 683 с.
3. Кузьменок Н. М., Стрільців Є. А., Кумача А. І. Екологія на уроках хімії. Мінськ. 1996. 208 с.
4. Екологічна хімія. Під. Ред. Ф. Корте. М.: Мир. 1997. 396 с.
5. Багів М. С. Концепції природознавства та основи екології. Нальчик: «Ельбрус». 1997. 287 с.
6. Ніфанов Е. Е. Прикладна спрямованість вивчення хімії в середній школі / / Ж.. Хімія в школі, 1994, № 4, ст. 18.
7. Назаренко В. М. Екологія сходження до розуму / / Ж.. Хімія в школі, 1995, № 4, ст. 10.
8. Екологізованих курс хімії від теми до теми / / Ж.. Хімія в школі, 1996, № 1 ст. 29; 1996, № 2 ст. 31; 1996, № 4 ст. 36; 1996, № 6 ст. 18.
9. Глобальне потепління: Доповідь Грінпіс / Під. ред. Дж. Леггетт. Пер. з англ. - М.: Изд-во МГУ, 1993. - 272 с.
10. Варшавський І. Л. енергоакумулюючих речовини і деякі принципи їх використання для транспорту, енергетики і промисловості. - М.: Наука, 1970. - 51 с.
11. Грінпіс / Під. ред. Дж. Леггетт. Пер. з англ. - М.: Изд-во МГУ, 1993. - 272 с.
12. Володін В., П. Хазановський «Енергія, століття двадцять перший». А. Голдін «Океани енергії». Л.С. Юдасин «Енергетика: проблеми і надії».
13. Буркова І.І. Основи загальної екології та охорона навколишнього середовища. - Ч. 1. - Норильськ, 1977.
14. Охорона навколишнього середовища. Під ред. С. В. Бєлова. - М., 1991.
15. Богдановський Г. А. Хімічна екологія: Учеб. Посібник. - М.: Изд-во МГУ. 1994. - С. 136-137.
16. Малишенко С. П., Інститут високих температур РАН, Журнал «Енергія», № 1, 2003.
17. Піхота Ф. Н., Мінпромнауки РФ, Журнал «Енергія», № 1, 2003, С. 2-8.
18. Хімія і життя. Частина II. Під. ред. Тарасової Н. П., РХТУ ім. Менделєєва. 1997. 351 с.
19. Суровцева Р. П. Хімія. 8-9 класи: Методичний посібник. - 5 - е вид., Стереотип. - М.: Дрофа, 2001. - 80 с.
20. Алексашина І. К., Л. А. Гольденберг. З досвіду підготовки учнів до колективної діяльності на уроці хімії. / / Хімія в школі. 1991. № 4, с. 31-34.
21. Планування по хімії / / Вечірня школа. 1989. № 4.
22. Кузнєцова Н. Є. Формування систем понять у навчанні хімії. - М.: Просвещение, 1989. - 144 с., С. 3-4, 17-22, 25-30.
23. Блонський Л. Л. Вибрані педагогічні та психологічні твори: У 2 т. - М.: Педагогіка, 1979. - Т. 2. - С. 300.
24. Шаповаленко С. Г. Методика навчання хімії. - М.: Учпедгиз, 1963.
25. Архипова В. В. та ін Теоретичні основи і практика колективних занять. Л., 1991.
26. Зуєв А. В. Навчання хімії в 9 класі. Посібник для вчителя.
27. Загальна методика навчання хімії. Під. ред. Л. А. Цвєткова, М. - Освіта, 1981, 223 с.
28. Солдатенков І. С. Використання традиційних і технічних засобів на уроках хімії, Мінськ, 1973, с. 69.
29. JOM Bockris, A Solar - Hydrogen Economy, ANZ Book Co., Brook - vale, New South Wales, 1975, Ch. 8.
30. Lawaczek (1930), quoted by RO Lingstrom, ASEA Journal, 37 (1): (1964); also quoted by EW Justy, Leitungsmechanismus und Energieumwanlung in Felskorpen, Vandehoeck and Rudivcht, gottingen, 1965.
31. JOM Bockris, A Solar - Hydrogen Economy, ANZ Book Co., Brook - vale, New South Wales, 1975, Ch. 14.
32. DP Greodgy, DYC Ng, and GM Long, in Electrochemistry of Cleaner Environments, J, OV Bockris, ed., Plenum Press, New York, 1972.
1. Реймерс Н. Ф. Екологія (теорія, закони, правила, принципи і гіпотези). / / Росія Молода. 1994. 367 с.
2. Верховський В. М., Смирнов А. С. Техніка хімічного експерименту. - М., 1973, 683 с.
3. Кузьменок Н. М., Стрільців Є. А., Кумача А. І. Екологія на уроках хімії. Мінськ. 1996. 208 с.
4. Екологічна хімія. Під. Ред. Ф. Корте. М.: Мир. 1997. 396 с.
5. Багів М. С. Концепції природознавства та основи екології. Нальчик: «Ельбрус». 1997. 287 с.
6. Ніфанов Е. Е. Прикладна спрямованість вивчення хімії в середній школі / / Ж.. Хімія в школі, 1994, № 4, ст. 18.
7. Назаренко В. М. Екологія сходження до розуму / / Ж.. Хімія в школі, 1995, № 4, ст. 10.
8. Екологізованих курс хімії від теми до теми / / Ж.. Хімія в школі, 1996, № 1 ст. 29; 1996, № 2 ст. 31; 1996, № 4 ст. 36; 1996, № 6 ст. 18.
9. Глобальне потепління: Доповідь Грінпіс / Під. ред. Дж. Леггетт. Пер. з англ. - М.: Изд-во МГУ, 1993. - 272 с.
10. Варшавський І. Л. енергоакумулюючих речовини і деякі принципи їх використання для транспорту, енергетики і промисловості. - М.: Наука, 1970. - 51 с.
11. Грінпіс / Під. ред. Дж. Леггетт. Пер. з англ. - М.: Изд-во МГУ, 1993. - 272 с.
12. Володін В., П. Хазановський «Енергія, століття двадцять перший». А. Голдін «Океани енергії». Л.С. Юдасин «Енергетика: проблеми і надії».
13. Буркова І.І. Основи загальної екології та охорона навколишнього середовища. - Ч. 1. - Норильськ, 1977.
14. Охорона навколишнього середовища. Під ред. С. В. Бєлова. - М., 1991.
15. Богдановський Г. А. Хімічна екологія: Учеб. Посібник. - М.: Изд-во МГУ. 1994. - С. 136-137.
16. Малишенко С. П., Інститут високих температур РАН, Журнал «Енергія», № 1, 2003.
17. Піхота Ф. Н., Мінпромнауки РФ, Журнал «Енергія», № 1, 2003, С. 2-8.
18. Хімія і життя. Частина II. Під. ред. Тарасової Н. П., РХТУ ім. Менделєєва. 1997. 351 с.
19. Суровцева Р. П. Хімія. 8-9 класи: Методичний посібник. - 5 - е вид., Стереотип. - М.: Дрофа, 2001. - 80 с.
20. Алексашина І. К., Л. А. Гольденберг. З досвіду підготовки учнів до колективної діяльності на уроці хімії. / / Хімія в школі. 1991. № 4, с. 31-34.
21. Планування по хімії / / Вечірня школа. 1989. № 4.
22. Кузнєцова Н. Є. Формування систем понять у навчанні хімії. - М.: Просвещение, 1989. - 144 с., С. 3-4, 17-22, 25-30.
23. Блонський Л. Л. Вибрані педагогічні та психологічні твори: У 2 т. - М.: Педагогіка, 1979. - Т. 2. - С. 300.
24. Шаповаленко С. Г. Методика навчання хімії. - М.: Учпедгиз, 1963.
25. Архипова В. В. та ін Теоретичні основи і практика колективних занять. Л., 1991.
26. Зуєв А. В. Навчання хімії в 9 класі. Посібник для вчителя.
27. Загальна методика навчання хімії. Під. ред. Л. А. Цвєткова, М. - Освіта, 1981, 223 с.
28. Солдатенков І. С. Використання традиційних і технічних засобів на уроках хімії, Мінськ, 1973, с. 69.
29. JOM Bockris, A Solar - Hydrogen Economy, ANZ Book Co., Brook - vale, New South Wales, 1975, Ch. 8.
30. Lawaczek (1930), quoted by RO Lingstrom, ASEA Journal, 37 (1): (1964); also quoted by EW Justy, Leitungsmechanismus und Energieumwanlung in Felskorpen, Vandehoeck and Rudivcht, gottingen, 1965.
31. JOM Bockris, A Solar - Hydrogen Economy, ANZ Book Co., Brook - vale, New South Wales, 1975, Ch. 14.
32. DP Greodgy, DYC Ng, and GM Long, in Electrochemistry of Cleaner Environments, J, OV Bockris, ed., Plenum Press, New York, 1972.