高中化学专题五为现代农业技术添翼化肥的生产与合理使用学案选修.docx

第二单元化肥的生产与合理使用1了解化学元素对农作物生长的影响。2认识几种常见的氮肥、磷肥、钾肥的性质，认识化肥在农业中的重要作用、对环境的影响与合理使用。3了解尿素的生产流程、钾肥的制取方法。掺混肥料，又称配方肥、BB肥，是由不同类型的单质或二元颗粒肥料，按需求比例，进行物理混配。BB肥在加工生产中基本没有三废等环境污染物排放，同时可减少化肥浪费及养分流失对水、土壤环境造成的污染。一、植物所需的营养元素1植物所需的营养元素及其来源农作物生长不仅需要阳光、空气和水，还需要多种化学元素，包括C、H、O、N、P、K和其他微量元素。这些元素都是农作物生长不可缺少的营养元素。C、H、O三种元素可以从空气和水中获得，其他元素一般可从土壤中获得。而N、P、K这三种元素需要量都比较大，仅依靠土壤中含有的N、P、K元素不能满足植物生长的需要，这就要靠施肥加以补充。2化肥的作用氮肥、磷肥和钾肥是最重要的肥料。植物缺乏N、P、K元素的症状缺乏元素症状N植物生长缓慢，叶色发黄，严重时叶片脱落P叶片常呈不正常的暗绿色，有时出现灰斑或紫斑，延迟成熟K双子叶植物叶片开始有点缺绿，后来出现分散的深色坏死斑；单子叶植物叶片顶端和边缘细胞先坏死，而后向下扩展二、氮肥1尿素的特点尿素的化学式为CO(NH2)2，化学名称为碳酰二胺，是一种无色、无味、无嗅的针状或棱状结晶体。尿素的含氮量高达46.67%，是一种高效的氮肥。2人工合成尿素的历史尿素的人工合成打破了有机物与无机物的界限。18世纪德国化学家维勒想用氯化铵溶液和氰酸银(AgOCN)反应制备氰酸铵(NH4OCN)，意外得到有机物尿素，首次用无机物合成了有机物：。3尿素生产工艺的发展(1)生产尿素的原料及反应原理。目前生产尿素的原料是氨和二氧化碳，发生反应的化学方程式为：2NH3CO2=NH2COONH4NH2COONH4=CO(NH2)2H2O(2)最早的工艺流程。尿素生产最早采用的方法是将原料氨与二氧化碳进行反应，未反应的氨和二氧化碳不返回原料系统，而是送到另一个车间加工成硫酸铵或硝酸铵。由于上述反应不能进行到底，二氧化碳的转化率只能达到70%左右。未转化的氨用硫酸或硝酸回收。每生产1 t尿素所排出的未反应的氨，可加工成35 t硫酸铵。尽管氨的利用率不低，但尿素本身的产率并不高，这一工艺目前已很少采用。(3)半循环法工艺流程。半循环法是将生产中未转化的二氧化碳和氨，从产物中分离出来以后，其中一部分返回原料系统中循环使用，即将氨气冷凝成液氨再送入尿素合成反应器。另一部分送到别的车间加工成固体氮肥。(4)全循环法工艺流程。目前生产尿素采用的是经过不断改进后形成的全循环法，其中以水溶液的全循环法最为简单。其特点是将尿素合成反应液中未转化成尿素的氨基甲酸铵和过剩的氨，进行逐级降压分离后用水吸收，再用泵打入尿素合成反应器中循环使用。4尿素的施用在土壤中，尿素发生水解，除了会缓慢地释放出氨气被作物吸收作为养料外，还产生二氧化碳供农作物吸收利用，化学方程式为CO(NH2)2H2OCO22NH3。尿素适用于各种土壤及各种农作物，长久使用不会引起土壤酸化、变硬甚至板结。尿素可以作基肥，也可作追肥；可以在根外施加，也可在农作物叶上喷施。三、磷肥1作为磷肥的盐应满足的条件作为磷肥，首先要求含量达到一定值。常以五氧化二磷的含量来衡量矿石的磷肥效率。其次作为农肥，必须具有水溶性才能被作物吸收。因此这种矿石最好是能溶于水的磷酸盐，或者经过一定的化学处理后有足够的可溶性磷。2磷酸盐的溶解性磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2是可溶性盐，磷酸一氢钙CaHPO4和磷酸钙Ca3(PO4)2在水中均难溶。3磷肥的制取方法(1)原料：氟磷矿石，主要成分为Ca5(PO4)3F。(2)用硫酸处理即可得到过磷酸钙(又名普钙)，主要成分为Ca(H2PO4)2和CaSO4，化学方程式为2Ca5(PO4)3F7H2SO43H2O=3Ca(H2PO4)2H2O7CaSO42HF过磷酸钙含有效五氧化二磷约12%20%，是一种具有微酸性的速效磷肥，可施用于各种土壤。可以用酸碱指示剂鉴别过磷酸钙的酸性。(3)用磷酸来处理氟磷矿石。若用磷酸来处理氟磷矿石，可以得到重过磷酸钙(又称重钙)，化学方程式为Ca5(PO4)3F7H3PO45H2O=5Ca(H2PO4)2H2OHF重过磷酸钙能溶于水，其有效五氧化二磷含量可达45%52%，肥效比磷矿粉和过磷酸钙高。四、钾肥1钾肥的来源之一钾石盐钾肥的来源主要也是含钾的矿石，如可溶性的钾盐氯化钾、硫酸钾以及它们的复盐。自然界存在氯化钾含量极高的矿，称之为钾石盐，这种矿石中还含有氯化钠。2钾肥的来源之二盐卤海水、盐湖的盐卤中除含有氯化钠外，还含有丰富的钾资源。但氯化钾在海水中的浓度很低，每吨海水中约含0.38 kg。因此，从海水中直接提取钾肥的经济成本很高，其工业化的可能性不大。目前人们更多利用盐卤来提取钾肥，将盐卤中的氯化钠除去，即可获得富集的氯化钾。3钾肥的来源三草木灰草木灰也是常用的钾肥，一般含有5%的钾。稻草、麦秆、树枝、木材等燃烧后的灰尘中含有氯化钾、硫酸钾和碳酸钾。在烧制草木灰时，速度要慢，只见冒烟而不见火光，避免燃烧温度太高使钾的化合物挥发掉。五、合理使用化肥1以植物生长期所需肥料的最佳配比来研制复合肥料。2要提高化肥利用率，减少化肥在环境中的损失，这是化肥使用过程中防止污染环境的根本原则。3遵循土壤、作物、肥料三者之间的依存关系，以化肥与综合农业技术相配合为指导原则，确定施肥的品种、数量、比例以及相应的科学施肥技术，做到氮、磷或氮、磷、钾化肥配合使用，化肥和有机肥配合使用，在肥料中添加微量元素，平衡施肥等。4推广微生物肥料。例如，磷细菌能分解一些含磷有机物，使磷变成可溶性磷，为植物提供磷肥。思考：氨水和尿素的肥效特点是什么？提示：氨水易挥发且有刺激性气味，施肥时不能让它接触植株，由于氨气的挥发使肥效降低；尿素含氮量高，肥效高，本身是中性，适用于各种土壤及各种农作物，不会产生土壤酸化、变硬或板结等情况。化肥的种类与性质比较化学肥料名称化学式主要性质作用氮肥氨水NH3H2O易溶于水氮元素可使植物细胞加速分裂和生长，促进植物枝叶茂盛碳酸氢铵NH4HCO3硝酸铵NH4NO3氯化铵NH4Cl硫酸铵(NH4)2SO4尿素CO(NH2)2磷肥过磷酸钙(普钙)CaSO4和Ca(H2PO4)2H2O的混合物能溶于水，最好跟农家肥混合施用磷元素促进作物根系发达，增强抗寒、抗旱能力，还能促进作物提早成熟，穗粒增多，籽粒饱满重过磷酸钙(重钙)Ca(H2PO4)2钾肥硫酸钾K2SO4易溶于水钾元素能促使作物生长健壮、茎秆粗硬，增强对病虫害和倒伏的抵抗能力，并能促进糖分和淀粉的生成氯化钾KCl草木灰K2CO3复合肥磷酸铵(NH4)3PO4易溶于水有效成分高，养分种类多，副成分少，对土壤不良影响小硝酸钾KNO3微量元素肥料硫酸亚铁FeSO4易溶于水调节作物的生长发育，增强抗病能力硫酸锌ZnSO4硫酸铜CuSO4硫酸锰MnSO4农家肥厩肥、绿肥、粪肥等略含有多种营养元素，营养元素含量较小来源广、数量大，便于就地取材，就地施用，成本也比较低。但肥效较慢，不利于作物的直接吸收拓展思考：草木灰使用应注意哪些问题？提示：因草木灰中的钾盐主要是K2CO3，极易溶于水，易流失，故不要在大雨前施用，施用后也不宜大量浇水；另外，草木灰是碱性的，不能与硫酸铵、碳酸铵等铵态氮肥混用，否则易造成氮肥损失。原理是与双水解，生成NH3和CO2、H2O。知识点1化肥的正确施用【例题1】硫酸铵是农村常用的一种铵态氮肥。试回答下列问题：(1)某硫酸铵肥料，实验测得氮的质量分数为20%，这种样品中可能混有()。A碳酸氢铵 B硝酸铵C氯化铵 D磷酸氢二铵(2)下列物质不能跟硫酸铵肥料混合施用的是()。A硝酸铵 B草木灰C过磷酸钙 D氯化钾(3)田间一次施用化肥过多会使植物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是()。A根细胞从土壤中吸收的养分过多B根细胞不能从土壤中吸水C根系不能将水向上运输D根系加速了呼吸作用，释放的能量过多解析：(1)硫酸铵含氮量为21.2%20%，则必定含有含氮量比20%小的一种化肥，经计算只有NH4HCO3含氮量低于20%。(2)硫酸铵为铵态氮肥，这种肥料不能跟碱性物质混合使用，因易产生挥发性物质氨气，而降低肥效，硝酸铵、过磷酸钙Ca(H2PO4)2H2O、CaSO4都显酸性，氯化钾显中性，而草木灰的主要成分是K2CO3，水解显碱性。(3)当施用化肥过多时，根细胞不能从土壤中吸水而发黄。答案：(1)A(2)B(3)B点拨：化肥的不合理施用会带来很多环境问题。一方面是化肥中常含有一些重金属元素、有毒有机物和放射性物质，施入土壤后形成潜在的土壤污染；另一方面化肥在施用过程中因某些成分的积累、流失或变化，造成土壤退化和水、大气的污染。根据当地的实际情况合理施用化肥和农药。化肥的施用要以尽量少的投入、对环境的影响尽量小来保持尽量高的农产品产量及保障食品品质。知识点2化肥中成分的检测【例题2】农民使用的氮肥主要是“氢铵”和尿素。某化学兴趣小组对某“氢铵”化肥进行了专项研究：预测：根据已有知识和“氢铵”的名称，该小组预测该“氢铵”是碳酸或亚硫酸或硫酸的铵盐。(1)验证和探究：NH的验证：取少量固体药品于试管中，然后加水溶解，再滴加_浓溶液，将_置于试管口部，加热试管，若_，则证明含NH。(2)阴离子的探究：a取少量固体药品于试管中，然后向试管中滴加稀盐酸，固体全部溶解，将产生的气体通入下列装置。观察到的现象是：溴水无明显变化，澄清石灰水变浑浊。再向滴加稀盐酸反应后的试管中，加Ba(OH)2溶液，无明显现象。初步结论：“氢铵”是_的铵盐。b要进一步确定“氢铵”的成分还需要补做如下实验：取适量“氢铵”配制成溶液，取试液于一支洁净的试管中，加足量BaCl2溶液振荡充分反应，若不产生白色沉淀，说明该化肥主要成分为_。若产生白色沉淀，过滤，取滤液加适量的Ba(OH)2溶液，也产生白色沉淀，说明该化肥主要成分为_；若不再产生白色沉淀，说明该化肥主要成分为_。(3)该实验小组设计了以下两个实验方案测定该化肥的含氮量，请你阅读后解释方案中提出的问题并进行评价：方案(一)图方案(二)图方案(一)：准确称取一定质量的样品，放入上图方案(一)的烧瓶中，滴加过量的NaOH浓溶液，微热，按如图装置，通过实验测定烧杯增加的质量(忽略漏斗中附着溶液的质量)。然后进行计算，可得化肥的含氮量。方案(二)：准确称取一定质量的样品，放入上图方案(二)的烧瓶中，滴加过量NaOH浓溶液，充分微热，按如图装置，测量生成的氨气体积(设所测体积为标准状况下的体积)。然后进行计算，可得化肥的含氮量。请你评价上述两套方案是否合理。若合理只需要说明结论；若不合理，请简要说明原因。方案(一)：_。方案(二)：_。解析：这是一道探究性试题，主要考查同学们探究实验和分析实验的思维能力。检验NH可以将待检物溶解并加入浓碱溶液加热，看能否产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。加入盐酸后氢铵溶解且产生的气体不和溴水反应，但能使石灰水变浑浊，说明产生的气体为CO2，即氢铵是碳酸的铵盐。该氢铵究竟是(NH4)2CO3还是NH4HCO3，可以用BaCl2或Ba(OH)2等溶液检验确定。要确定氢铵中的含氮量关键是准确测量生成氨气的质量。方案一中吸收的气体中含有水蒸气，且NH3吸收不完全；而方案二比较合理。答案：(1)NaOH湿润的红色石蕊试纸变蓝(2)a.碳酸bNH4HCO3(NH4)2CO3和NH4HCO3的混合物(NH4)2CO3(3)方案(一)：不合理。装置中没有干燥装置，吸收了较多水蒸气；烧瓶中有氨气残留方案(二)：合理点拨：要通过实验确定某物质的成分，需分别检验阳离子和阴离子，并确定二者的物质的量关系。设计实验时要严谨合理，有明显的实验现象，而且实验数据要便于测量、准确无误；如本题测定氢铵的含氮量，关键就是要准确测定氨气的质量或体积。最后，通过数据进行计算便可以确定阴阳离子的物质的量之比，即确定物质的组成。1将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO42H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图：(1)本工艺中所用的原料除CaSO42H2O、KCl外，还需要_等原料。(2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：_。(3)过滤操作所得固体中，除CaCO3外还含有_(填化学式)等物质，该固体可用作生产水泥的原料。(4)过滤操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO的方法是_。(5)已知不同温度下K2SO4在100 g水中达到饱和时溶解的量如下表：温度/02060K2SO4溶解的量/g7.411.118.260时K2SO4的饱和溶液591 g冷却到0 ，可析出K2SO4晶体_g。(6)氯化钙结晶水合物(CaCl26H2O)是目前常用的无机储热材料，选择的依据是_。a熔点较低(29 熔化)b能导电c能制冷d无毒(7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是_。解析：此题是一道以工业生产为背景的实验题，考查了实验基本操作、离子检验、溶解度计算等。从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO42H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明滤液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591 g饱和溶液中含有的水是500 g，在0可溶解硫酸钾37 g，所以析出晶体54 g。作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad。绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，该生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用。答案：(1)CaCO3、NH3、H2O(2)CaSO4CO=CaCO3SO(3)CaSO4(4)滤液中滴加盐酸产生气泡(5)54(6)ad(7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原子利用率高，没有有害物质排放到环境中)2请你参与识别化肥的探究活动，有五种化肥，分别是硫酸钾、氯化钾、碳酸氢铵、氯化铵和硝酸铵。第一步：称取五种化肥各10 g，分别研细；第二步：硝酸铵和熟石灰反应的化学方程式是_。第三步：另取三种铵盐各少量，分别盛于三支试管中，均滴入少量盐酸，无明显现象的是_，有气泡放出的是_。反应的化学方程式：_。第四步：另取氯化铵和硝酸铵两种铵盐进行识别，写出识别时发生反应的化学方程式：_。第五步：取两种钾盐，分别在试管中配成溶液，各滴入几滴氯化钡溶液，生成白色沉淀的钾盐是_，无明显现象的钾盐是_。解析：三种铵盐首先滴加盐酸，有气体产生的是碳酸氢铵，另两种铵盐无现象；氯化铵和硝酸铵的鉴别可用滴加Ag来区分，有白色沉淀的是氯化铵，硝酸铵无现象。涉及的反应有2NH4NO3Ca(OH)2=Ca(NO3)22NH32H2O、NH4HCO3HCl=NH4ClCO2H2O、NH4ClAgNO3=NH4NO3AgCl、K2SO4BaCl2=BaSO42KCl。答案：2NH4NO3Ca(OH)2=Ca(NO3)22NH32H2O氯化铵和硝酸铵碳酸氢铵NH4HCO3HCl=NH4ClCO2H2ONH4ClAgNO3=NH4NO3A