高中化學(xué)專題五為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)添翼化肥的生產(chǎn)與合理使用學(xué)案選修.docx

第二單元化肥的生產(chǎn)與合理使用1了解化學(xué)元素對農(nóng)作物生長的影響。2認識幾種常見的氮肥、磷肥、鉀肥的性質(zhì)，認識化肥在農(nóng)業(yè)中的重要作用、對環(huán)境的影響與合理使用。3了解尿素的生產(chǎn)流程、鉀肥的制取方法。摻混肥料，又稱配方肥、BB肥，是由不同類型的單質(zhì)或二元顆粒肥料，按需求比例，進行物理混配。BB肥在加工生產(chǎn)中基本沒有三廢等環(huán)境污染物排放，同時可減少化肥浪費及養(yǎng)分流失對水、土壤環(huán)境造成的污染。一、植物所需的營養(yǎng)元素1植物所需的營養(yǎng)元素及其來源農(nóng)作物生長不僅需要陽光、空氣和水，還需要多種化學(xué)元素，包括C、H、O、N、P、K和其他微量元素。這些元素都是農(nóng)作物生長不可缺少的營養(yǎng)元素。C、H、O三種元素可以從空氣和水中獲得，其他元素一般可從土壤中獲得。而N、P、K這三種元素需要量都比較大，僅依靠土壤中含有的N、P、K元素不能滿足植物生長的需要，這就要靠施肥加以補充。2化肥的作用氮肥、磷肥和鉀肥是最重要的肥料。植物缺乏N、P、K元素的癥狀缺乏元素癥狀N植物生長緩慢，葉色發(fā)黃，嚴重時葉片脫落P葉片常呈不正常的暗綠色，有時出現(xiàn)灰斑或紫斑，延遲成熟K雙子葉植物葉片開始有點缺綠，后來出現(xiàn)分散的深色壞死斑；單子葉植物葉片頂端和邊緣細胞先壞死，而后向下擴展二、氮肥1尿素的特點尿素的化學(xué)式為CO(NH2)2，化學(xué)名稱為碳酰二胺，是一種無色、無味、無嗅的針狀或棱狀結(jié)晶體。尿素的含氮量高達46.67%，是一種高效的氮肥。2人工合成尿素的歷史尿素的人工合成打破了有機物與無機物的界限。18世紀德國化學(xué)家維勒想用氯化銨溶液和氰酸銀(AgOCN)反應(yīng)制備氰酸銨(NH4OCN)，意外得到有機物尿素，首次用無機物合成了有機物：。3尿素生產(chǎn)工藝的發(fā)展(1)生產(chǎn)尿素的原料及反應(yīng)原理。目前生產(chǎn)尿素的原料是氨和二氧化碳，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NH3CO2=NH2COONH4NH2COONH4=CO(NH2)2H2O(2)最早的工藝流程。尿素生產(chǎn)最早采用的方法是將原料氨與二氧化碳進行反應(yīng)，未反應(yīng)的氨和二氧化碳不返回原料系統(tǒng)，而是送到另一個車間加工成硫酸銨或硝酸銨。由于上述反應(yīng)不能進行到底，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率只能達到70%左右。未轉(zhuǎn)化的氨用硫酸或硝酸回收。每生產(chǎn)1 t尿素所排出的未反應(yīng)的氨，可加工成35 t硫酸銨。盡管氨的利用率不低，但尿素本身的產(chǎn)率并不高，這一工藝目前已很少采用。(3)半循環(huán)法工藝流程。半循環(huán)法是將生產(chǎn)中未轉(zhuǎn)化的二氧化碳和氨，從產(chǎn)物中分離出來以后，其中一部分返回原料系統(tǒng)中循環(huán)使用，即將氨氣冷凝成液氨再送入尿素合成反應(yīng)器。另一部分送到別的車間加工成固體氮肥。(4)全循環(huán)法工藝流程。目前生產(chǎn)尿素采用的是經(jīng)過不斷改進后形成的全循環(huán)法，其中以水溶液的全循環(huán)法最為簡單。其特點是將尿素合成反應(yīng)液中未轉(zhuǎn)化成尿素的氨基甲酸銨和過剩的氨，進行逐級降壓分離后用水吸收，再用泵打入尿素合成反應(yīng)器中循環(huán)使用。4尿素的施用在土壤中，尿素發(fā)生水解，除了會緩慢地釋放出氨氣被作物吸收作為養(yǎng)料外，還產(chǎn)生二氧化碳供農(nóng)作物吸收利用，化學(xué)方程式為CO(NH2)2H2OCO22NH3。尿素適用于各種土壤及各種農(nóng)作物，長久使用不會引起土壤酸化、變硬甚至板結(jié)。尿素可以作基肥，也可作追肥；可以在根外施加，也可在農(nóng)作物葉上噴施。三、磷肥1作為磷肥的鹽應(yīng)滿足的條件作為磷肥，首先要求含量達到一定值。常以五氧化二磷的含量來衡量礦石的磷肥效率。其次作為農(nóng)肥，必須具有水溶性才能被作物吸收。因此這種礦石最好是能溶于水的磷酸鹽，或者經(jīng)過一定的化學(xué)處理后有足夠的可溶性磷。2磷酸鹽的溶解性磷酸二氫鈣Ca(H2PO4)2是可溶性鹽，磷酸一氫鈣CaHPO4和磷酸鈣Ca3(PO4)2在水中均難溶。3磷肥的制取方法(1)原料：氟磷礦石，主要成分為Ca5(PO4)3F。(2)用硫酸處理即可得到過磷酸鈣(又名普鈣)，主要成分為Ca(H2PO4)2和CaSO4，化學(xué)方程式為2Ca5(PO4)3F7H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF過磷酸鈣含有效五氧化二磷約12%20%，是一種具有微酸性的速效磷肥，可施用于各種土壤。可以用酸堿指示劑鑒別過磷酸鈣的酸性。(3)用磷酸來處理氟磷礦石。若用磷酸來處理氟磷礦石，可以得到重過磷酸鈣(又稱重鈣)，化學(xué)方程式為Ca5(PO4)3F7H3PO45H2O=5Ca(H2PO4)2H2OHF重過磷酸鈣能溶于水，其有效五氧化二磷含量可達45%52%，肥效比磷礦粉和過磷酸鈣高。四、鉀肥1鉀肥的來源之一鉀石鹽鉀肥的來源主要也是含鉀的礦石，如可溶性的鉀鹽氯化鉀、硫酸鉀以及它們的復(fù)鹽。自然界存在氯化鉀含量極高的礦，稱之為鉀石鹽，這種礦石中還含有氯化鈉。2鉀肥的來源之二鹽鹵海水、鹽湖的鹽鹵中除含有氯化鈉外，還含有豐富的鉀資源。但氯化鉀在海水中的濃度很低，每噸海水中約含0.38 kg。因此，從海水中直接提取鉀肥的經(jīng)濟成本很高，其工業(yè)化的可能性不大。目前人們更多利用鹽鹵來提取鉀肥，將鹽鹵中的氯化鈉除去，即可獲得富集的氯化鉀。3鉀肥的來源三草木灰草木灰也是常用的鉀肥，一般含有5%的鉀。稻草、麥稈、樹枝、木材等燃燒后的灰塵中含有氯化鉀、硫酸鉀和碳酸鉀。在燒制草木灰時，速度要慢，只見冒煙而不見火光，避免燃燒溫度太高使鉀的化合物揮發(fā)掉。五、合理使用化肥1以植物生長期所需肥料的最佳配比來研制復(fù)合肥料。2要提高化肥利用率，減少化肥在環(huán)境中的損失，這是化肥使用過程中防止污染環(huán)境的根本原則。3遵循土壤、作物、肥料三者之間的依存關(guān)系，以化肥與綜合農(nóng)業(yè)技術(shù)相配合為指導(dǎo)原則，確定施肥的品種、數(shù)量、比例以及相應(yīng)的科學(xué)施肥技術(shù)，做到氮、磷或氮、磷、鉀化肥配合使用，化肥和有機肥配合使用，在肥料中添加微量元素，平衡施肥等。4推廣微生物肥料。例如，磷細菌能分解一些含磷有機物，使磷變成可溶性磷，為植物提供磷肥。思考：氨水和尿素的肥效特點是什么？提示：氨水易揮發(fā)且有刺激性氣味，施肥時不能讓它接觸植株，由于氨氣的揮發(fā)使肥效降低；尿素含氮量高，肥效高，本身是中性，適用于各種土壤及各種農(nóng)作物，不會產(chǎn)生土壤酸化、變硬或板結(jié)等情況?；实姆N類與性質(zhì)比較化學(xué)肥料名稱化學(xué)式主要性質(zhì)作用氮肥氨水NH3H2O易溶于水氮元素可使植物細胞加速分裂和生長，促進植物枝葉茂盛碳酸氫銨NH4HCO3硝酸銨NH4NO3氯化銨NH4Cl硫酸銨(NH4)2SO4尿素CO(NH2)2磷肥過磷酸鈣(普鈣)CaSO4和Ca(H2PO4)2H2O的混合物能溶于水，最好跟農(nóng)家肥混合施用磷元素促進作物根系發(fā)達，增強抗寒、抗旱能力，還能促進作物提早成熟，穗粒增多，籽粒飽滿重過磷酸鈣(重鈣)Ca(H2PO4)2鉀肥硫酸鉀K2SO4易溶于水鉀元素能促使作物生長健壯、莖稈粗硬，增強對病蟲害和倒伏的抵抗能力，并能促進糖分和淀粉的生成氯化鉀KCl草木灰K2CO3復(fù)合肥磷酸銨(NH4)3PO4易溶于水有效成分高，養(yǎng)分種類多，副成分少，對土壤不良影響小硝酸鉀KNO3微量元素肥料硫酸亞鐵FeSO4易溶于水調(diào)節(jié)作物的生長發(fā)育，增強抗病能力硫酸鋅ZnSO4硫酸銅CuSO4硫酸錳MnSO4農(nóng)家肥廄肥、綠肥、糞肥等略含有多種營養(yǎng)元素，營養(yǎng)元素含量較小來源廣、數(shù)量大，便于就地取材，就地施用，成本也比較低。但肥效較慢，不利于作物的直接吸收拓展思考：草木灰使用應(yīng)注意哪些問題？提示：因草木灰中的鉀鹽主要是K2CO3，極易溶于水，易流失，故不要在大雨前施用，施用后也不宜大量澆水；另外，草木灰是堿性的，不能與硫酸銨、碳酸銨等銨態(tài)氮肥混用，否則易造成氮肥損失。原理是與雙水解，生成NH3和CO2、H2O。知識點1化肥的正確施用【例題1】硫酸銨是農(nóng)村常用的一種銨態(tài)氮肥。試回答下列問題：(1)某硫酸銨肥料，實驗測得氮的質(zhì)量分數(shù)為20%，這種樣品中可能混有()。A碳酸氫銨 B硝酸銨C氯化銨 D磷酸氫二銨(2)下列物質(zhì)不能跟硫酸銨肥料混合施用的是()。A硝酸銨 B草木灰C過磷酸鈣 D氯化鉀(3)田間一次施用化肥過多會使植物變得枯萎發(fā)黃，俗稱“燒苗”。其原因是()。A根細胞從土壤中吸收的養(yǎng)分過多B根細胞不能從土壤中吸水C根系不能將水向上運輸D根系加速了呼吸作用，釋放的能量過多解析：(1)硫酸銨含氮量為21.2%20%，則必定含有含氮量比20%小的一種化肥，經(jīng)計算只有NH4HCO3含氮量低于20%。(2)硫酸銨為銨態(tài)氮肥，這種肥料不能跟堿性物質(zhì)混合使用，因易產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)氨氣，而降低肥效，硝酸銨、過磷酸鈣Ca(H2PO4)2H2O、CaSO4都顯酸性，氯化鉀顯中性，而草木灰的主要成分是K2CO3，水解顯堿性。(3)當(dāng)施用化肥過多時，根細胞不能從土壤中吸水而發(fā)黃。答案：(1)A(2)B(3)B點撥：化肥的不合理施用會帶來很多環(huán)境問題。一方面是化肥中常含有一些重金屬元素、有毒有機物和放射性物質(zhì)，施入土壤后形成潛在的土壤污染；另一方面化肥在施用過程中因某些成分的積累、流失或變化，造成土壤退化和水、大氣的污染。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況合理施用化肥和農(nóng)藥?；实氖┯靡员M量少的投入、對環(huán)境的影響盡量小來保持盡量高的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及保障食品品質(zhì)。知識點2化肥中成分的檢測【例題2】農(nóng)民使用的氮肥主要是“氫銨”和尿素。某化學(xué)興趣小組對某“氫銨”化肥進行了專項研究：預(yù)測：根據(jù)已有知識和“氫銨”的名稱，該小組預(yù)測該“氫銨”是碳酸或亞硫酸或硫酸的銨鹽。(1)驗證和探究：NH的驗證：取少量固體藥品于試管中，然后加水溶解，再滴加_濃溶液，將_置于試管口部，加熱試管，若_，則證明含NH。(2)陰離子的探究：a取少量固體藥品于試管中，然后向試管中滴加稀鹽酸，固體全部溶解，將產(chǎn)生的氣體通入下列裝置。觀察到的現(xiàn)象是：溴水無明顯變化，澄清石灰水變渾濁。再向滴加稀鹽酸反應(yīng)后的試管中，加Ba(OH)2溶液，無明顯現(xiàn)象。初步結(jié)論：“氫銨”是_的銨鹽。b要進一步確定“氫銨”的成分還需要補做如下實驗：取適量“氫銨”配制成溶液，取試液于一支潔凈的試管中，加足量BaCl2溶液振蕩充分反應(yīng)，若不產(chǎn)生白色沉淀，說明該化肥主要成分為_。若產(chǎn)生白色沉淀，過濾，取濾液加適量的Ba(OH)2溶液，也產(chǎn)生白色沉淀，說明該化肥主要成分為_；若不再產(chǎn)生白色沉淀，說明該化肥主要成分為_。(3)該實驗小組設(shè)計了以下兩個實驗方案測定該化肥的含氮量，請你閱讀后解釋方案中提出的問題并進行評價：方案(一)圖方案(二)圖方案(一)：準確稱取一定質(zhì)量的樣品，放入上圖方案(一)的燒瓶中，滴加過量的NaOH濃溶液，微熱，按如圖裝置，通過實驗測定燒杯增加的質(zhì)量(忽略漏斗中附著溶液的質(zhì)量)。然后進行計算，可得化肥的含氮量。方案(二)：準確稱取一定質(zhì)量的樣品，放入上圖方案(二)的燒瓶中，滴加過量NaOH濃溶液，充分微熱，按如圖裝置，測量生成的氨氣體積(設(shè)所測體積為標準狀況下的體積)。然后進行計算，可得化肥的含氮量。請你評價上述兩套方案是否合理。若合理只需要說明結(jié)論；若不合理，請簡要說明原因。方案(一)：_。方案(二)：_。解析：這是一道探究性試題，主要考查同學(xué)們探究實驗和分析實驗的思維能力。檢驗NH可以將待檢物溶解并加入濃堿溶液加熱，看能否產(chǎn)生使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍的氣體。加入鹽酸后氫銨溶解且產(chǎn)生的氣體不和溴水反應(yīng)，但能使石灰水變渾濁，說明產(chǎn)生的氣體為CO2，即氫銨是碳酸的銨鹽。該氫銨究竟是(NH4)2CO3還是NH4HCO3，可以用BaCl2或Ba(OH)2等溶液檢驗確定。要確定氫銨中的含氮量關(guān)鍵是準確測量生成氨氣的質(zhì)量。方案一中吸收的氣體中含有水蒸氣，且NH3吸收不完全；而方案二比較合理。答案：(1)NaOH濕潤的紅色石蕊試紙變藍(2)a.碳酸bNH4HCO3(NH4)2CO3和NH4HCO3的混合物(NH4)2CO3(3)方案(一)：不合理。裝置中沒有干燥裝置，吸收了較多水蒸氣；燒瓶中有氨氣殘留方案(二)：合理點撥：要通過實驗確定某物質(zhì)的成分，需分別檢驗陽離子和陰離子，并確定二者的物質(zhì)的量關(guān)系。設(shè)計實驗時要嚴謹合理，有明顯的實驗現(xiàn)象，而且實驗數(shù)據(jù)要便于測量、準確無誤；如本題測定氫銨的含氮量，關(guān)鍵就是要準確測定氨氣的質(zhì)量或體積。最后，通過數(shù)據(jù)進行計算便可以確定陰陽離子的物質(zhì)的量之比，即確定物質(zhì)的組成。1將磷肥生產(chǎn)中形成的副產(chǎn)物石膏(CaSO42H2O)轉(zhuǎn)化為硫酸鉀肥料和氯化鈣水合物儲熱材料，無論從經(jīng)濟效益、資源綜合利用還是從環(huán)境保護角度看都具有重要意義。以下是石膏轉(zhuǎn)化為硫酸鉀和氯化鈣的工藝流程示意圖：(1)本工藝中所用的原料除CaSO42H2O、KCl外，還需要_等原料。(2)寫出石膏懸濁液中加入碳酸銨溶液后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_。(3)過濾操作所得固體中，除CaCO3外還含有_(填化學(xué)式)等物質(zhì)，該固體可用作生產(chǎn)水泥的原料。(4)過濾操作所得濾液是(NH4)2SO4溶液。檢驗濾液中含有CO的方法是_。(5)已知不同溫度下K2SO4在100 g水中達到飽和時溶解的量如下表：溫度/02060K2SO4溶解的量/g7.411.118.260時K2SO4的飽和溶液591 g冷卻到0 ，可析出K2SO4晶體_g。(6)氯化鈣結(jié)晶水合物(CaCl26H2O)是目前常用的無機儲熱材料，選擇的依據(jù)是_。a熔點較低(29 熔化)b能導(dǎo)電c能制冷d無毒(7)上述工藝流程中體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的是_。解析：此題是一道以工業(yè)生產(chǎn)為背景的實驗題，考查了實驗基本操作、離子檢驗、溶解度計算等。從生產(chǎn)流程圖可以看出，所需原料除CaSO42H2O、KCl外，還需要氨氣、石灰石和水。硫酸鈣是微溶的，碳酸鈣是難溶的，因此石膏懸濁液中加入碳酸銨溶液后生成了碳酸鈣和硫酸銨，生成的碳酸鈣中混有石膏。碳酸根的檢驗可用酸化的方法，若產(chǎn)生氣泡說明濾液中含有碳酸根。硫酸鉀飽和溶液在結(jié)晶過程中溶劑的量不變，查表可知不同溫度下的溶解度，先求出591 g飽和溶液中含有的水是500 g，在0可溶解硫酸鉀37 g，所以析出晶體54 g。作為儲熱材料，要求能在室溫左右的溫度下工作，且對人體無害，故選ad。綠色化學(xué)要求整個生產(chǎn)過程中不排放污染物，原子利用率高，該生產(chǎn)流程中碳酸鈣用于制水泥原料、硫酸鈣和氯化鉀轉(zhuǎn)化為硫酸鉀和氯化鈣、氨在工藝中循環(huán)使用。答案：(1)CaCO3、NH3、H2O(2)CaSO4CO=CaCO3SO(3)CaSO4(4)濾液中滴加鹽酸產(chǎn)生氣泡(5)54(6)ad(7)碳酸鈣用于制水泥原料、硫酸鈣和氯化鉀轉(zhuǎn)化為硫酸鉀和氯化鈣、氨在工藝中循環(huán)使用等(原子利用率高，沒有有害物質(zhì)排放到環(huán)境中)2請你參與識別化肥的探究活動，有五種化肥，分別是硫酸鉀、氯化鉀、碳酸氫銨、氯化銨和硝酸銨。第一步：稱取五種化肥各10 g，分別研細；第二步：硝酸銨和熟石灰反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。第三步：另取三種銨鹽各少量，分別盛于三支試管中，均滴入少量鹽酸，無明顯現(xiàn)象的是_，有氣泡放出的是_。反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。第四步：另取氯化銨和硝酸銨兩種銨鹽進行識別，寫出識別時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。第五步：取兩種鉀鹽，分別在試管中配成溶液，各滴入幾滴氯化鋇溶液，生成白色沉淀的鉀鹽是_，無明顯現(xiàn)象的鉀鹽是_。解析：三種銨鹽首先滴加鹽酸，有氣體產(chǎn)生的是碳酸氫銨，另兩種銨鹽無現(xiàn)象；氯化銨和硝酸銨的鑒別可用滴加Ag來區(qū)分，有白色沉淀的是氯化銨，硝酸銨無現(xiàn)象。涉及的反應(yīng)有2NH4NO3Ca(OH)2=Ca(NO3)22NH32H2O、NH4HCO3HCl=NH4ClCO2H2O、NH4ClAgNO3=NH4NO3AgCl、K2SO4BaCl2=BaSO42KCl。答案：2NH4NO3Ca(OH)2=Ca(NO3)22NH32H2O氯化銨和硝酸銨碳酸氫銨NH4HCO3HCl=NH4ClCO2H2ONH4ClAgNO3=NH4NO3A