九年级化学下册 8.5 化学肥料 钾素、钾肥溯源素材 （新版）粤教版（通用）

钾素、钾肥溯源 虽然某些碱金属钠和钾的化合物（食盐、苏打、碳酸钾）在古代即已悉知，但这两种元素之间的化学区别，只是到18世纪才被确定。元素态的钠（Natrium）和钾（Potassium）在1807年由H. 戴维（HumnhyDavy17781829）用固态苛性钾和苛性钠的电解法一举发现。18ll年又经J.L. 盖吕萨克（JosephLouisGayLussacl7781850）的研究予以肯定。当初戴维把钾称作“potash”由于这种金属含于木炭内，因木灰汁中可渗出K2CO3及KOH的不纯物，而把钠称作“Soda。德国物理学年鉴杂志的创办人吉尔伯特（Gelbert）把这两种新的化学元素分别命名为Kalium和Natporum，这两个拉丁文名称系从Kali（阿拉伯文中海草灰内的碱性物）和natpon（阿拉伯文中的天然碱）而来。钾和钠同为碱金属，是元表周期表IA族元素，其丰度分别居地壳组成的第6位、第7位，各占2.6及24，而其它碱金属元素（锂Li铷Rb铯Cs钫Fr）相对稀少，自然界中的钾除39K（93.7）外还有放射性同位素41K（6.88）及40K（0.001）。近代统计资料表明，钾的化合物94用于农业生产，其余6用于各种化工生产和纺织工业生产。钾也是各种生命的必要元素，而且各种有机体的钾含量以及钾钠比例都基本上是固定的。钾缺乏（Potassiumdeficicncy）指有机体对钾元素摄入不足的一种病理生理现象。钾在溶液中成阳离子，与细胞内液容积的维持及细胞内外体液的交换密切相关，同其它矿物质一样，钾对维持肌肉和神经的正常反应性、心脏节律，尤其是细胞内液的压力和平衡是十分重要的。从食物中摄取的钾约8保留在体内，其余的均被排泄。几乎所有食物都含有足够身体所需的钾。世界上最早发现钾盐矿藏是在德国的斯塔什非特（Stassfurt）以及美国新墨西哥州西南部的蒸发盐矿床中，1823年首次在维苏威火山上发现，在这里成为熔岩上的一层硬壳。继而在苏联的苏卡姆也发现大型钾盐矿床，目前钾肥生产主要集中在拥有丰富水溶性钾盐矿的国家如前苏联、加拿大、德国、美国、法国等。我国钾矿资源短缺，每年要耗费外汇从国外进口钾肥。近年来在积极加快对青海省盐湖提钾的开发，已建成由光卤石生产氯化钾年产量达20万吨的青海钾肥厂一座。此外我国海水提钾也在山东省沿海取得成功并通过国家鉴定。本世纪50年代初，关于钾在植物生活中的作用问题，了解还是很少的。知道比较多的是一些感性认识，如缺乏该元素时植物所表现的缺素症状以及观察到钾在提高植物对病害、寒害及其它不利条件抗御能力上有一定的作用,但对其机制并不十分清楚，近40年来，随着基础理论及其相应的研究手段的革新与进展，对许多问题又有了进一步的认识。植物代谢中钾的作用是多种多样的，特别是很多酶通过K+或多或少地被活化。在植物有机体中发现60多种酶可以被一价阳离子活化，但只发现一价阳离子中的钾,在其植物细胞中的浓度足够活化各种酶。这种酶催化很多化合物的合成,决定着产量的高低与品质。钾素营养与水稻一些主要病害的关系,表现在水稻寄生性病害的发生或加重，经常是随着氮的过量和钾的不足而增强的。钾素营养与水稻褐色叶斑病（brown spot of rice. 即cochilobolusmiyabeanus）等多种病害有一定的关系，缺钾被认为是这类病害最易侵染的因素。国际钾肥研究所发表的有关报告指出“第二次世界大战期间，日本的钾肥供应短缺，褐色叶斑病也最难以防治”。另据该报告认为“1942年，在印度巴加尔州发生饥荒，引起的产量损失达5090显然也是褐色叶斑病所致”。历史上德国曾长期垄断世界上农用钾肥的供应，德国斯塔什非特蕴藏的钾盐化学成分十分复杂，其中有钾、钠、钙、镁的氯化物和硫酸盐。矿层中的重要矿物有:光卤石KClMgC126H2O钾泻盐KClMgSO43H2O杂卤石K2SO4 MgSO42CaSO42H2O硬岩盐 NaClKClMgSO4H2O钾盐KCl钾石盐KClNaCl在含钾盐的岩石中除含钾矿物外还有食盐NaCl，硫镁矾（MgSO4H2O）水氯镁石（MgCl26H2O）以及其它盐类。未经加工精制的斯塔什非特钾盐仅含K2O8l0，经加工精制可以得到KCl（含5060K2O）及钾盐（含30一40K2O），也可用KCl与NaNO3复分解获取KNO3或用硫酸处理相应的氯化物，加工成K2SO4（含K2O5052）。70年代中期，日本曾报道过控制钾肥的研究。所谓控制钾肥即指能减少作物早期生长阶段对钾的过度吸收，并能减少钾在土壤中的淋失以及大量使用钾肥时引起的盐害而言，美国田纳西流域管理局曾对KPO3和K2CaP2O7作为控制释放钾源进行过研究，后来认为含钾的一些磷酸盐例如KCaPO4和KMgPO4有希望作为控制钾肥的资源。Suzukl把流纹岩（K2OAl2O310SiO2）与KOH一起进行处理显现出钾肥的特征，它同样可以被认为是一种控制缓效的钾肥。此外从天然KCl中可制备K2CO3,一是用CO2来处理由电解KCl溶液所制得的KOH获取，二是基于复盐KHCO3 MgCO34H2O的低溶解度、可用CO2以饱和MgCO33H2O在KCl溶液中的悬浮体时，能成上述复盐。在MgO的作用下，此种KHCO3MgCO34H2O复盐随即分解为K2CO3和MgCO33H2O，后者在工艺流程中可以反复使用。K2CO3的制取还广泛采用从向日葵灰（其中含50K2CO3）中加以提取。十月革命前的苏联曾将向日葵灰中制取的K2CO3输出国外，再从德国进口钾盐以供本国经济作物区之需。我国西北地区盛产向日葵，经研究平均含K2O高达35.5其平均出灰率为9.87，光谱分析表明元素含量（ppm）硼100、钛70、锰180、铜25、铁800、铝100、硅1000、磷300、钙10以上及镁5，向日葵秆灰中可溶性盐含量为52.6占灰分组成的一半，其中水溶性K+占总盐量49.2，组成的钾盐是碳酸盐 氯化物 重碳酸盐 硫酸盐。向日葵秆灰淋洗液中钾的含量随淋洗次数的增加而递减，未淋洗的对照K2O为35.5，淋洗15次分别为29.7、1.09、0.220、0.082及0.038，足见植物性灰分淋洗次数愈多其含钾量愈稀少。我国使用植物性灰分起源甚早，除用作肥料外，在齐民要术一书中曾作为一种重要的“着色剂”加以记载。贾思勰在要术中提到采得红蓝花后先要杀花，然后用灰液与酸浆水提取较纯的色素。原文“预烧蒺藜，藜，藿及蒿作灰无者即草灰亦得。以汤淋取清汁初汁纯厚太浓即杀花，不中用，唯可洗衣，取第三度淋者，用以揉花，和使好色也。揉花十许遍，势尽乃止，布袋绞取淳汁、著瓷碗中、取醋石榴两三个，擘取子，捣、少著粟饭浆水极酸者和之。布绞取沈以和花汁。若无石榴者，以好醋和饭浆也得用，若复无醋者，清饭浆极酸者，亦得用之。上述一段文字的意思，据己故著名学者石声汉教授的解释是“预先烧好蒺藜，藜、藿和蒿灰，没有这些，普通草灰也好; 用热水淋浸，取得清汁，第一次淋出的太浓全弄坏花不能用，只可以洗衣，第三次淋出的用来揉花就彀温和，可以使颜色好，用来揉花。揉十多遍看花里的色素完了才停止。揉过，用布袋绞出浓汁，滤在瓷碗里面，取两三个酸石榴，破开，取出种子，捣破，加些极酸的酸饭浆水，调和，再用布隔着绞出来，和在花汁里。没有石榴可以用好醋来调饭浆水，连醋也没有，就单用酸的饭浆水也可以。这就清晰的表明，植物性染料先用碱性草灰溶液处理，取得黄色的色素，然后用当时被认为较强的含于果实中的多羧酸或醋液中的醋酸，淀粉发酵所含有的醋酸加乳酸的酸饭浆水，使颜色调节到中性时的鲜红色。因为植物性染料常不易直接向丝麻织品染色，必须凭籍某些高价金属盐类作为着色剂媒染，1500多年前欲想取得这些碱金属和碱土金属盐，劳动人民只有取之于植物灰分，而当时便悉知地黄，柞树，桑树，柴灰，蒿灰等都可作灰液用。迄今我国西北地区民间仍有喜用“蓬灰碱”的习惯。因为灰液是碱性的，其H+浓度对植物性染料中所含酸、酯基团的转化以及灰分中金属盐的溶解度都有极大的影响。如何掌握与调节一整套媒染的“化学化工技术”，使织物获得红，黄，紫，绿各种色调并保持相当的时间内不褪色，确实是煞费苦心，但毕竟是办到了，正如要术中所述河东染御黄法“大率三升地黄，染得一匹御黄，地黄多，则更好”，意即大致三升地黄可染一匹御黄色绢，地黄多颜色更好。此外利用灰汁碱解脂肪除垢，可能是近代洗涤剂的先导。这些可以说是我国古代劳动人民对碱金属和碱土金属化学知识的积累所作出的早期贡献，而人工合成天然性染料茜素直到1868年才问世。当前各国钾盐消费量逐年增长，因而都积极开发本国钾素资源。近代矿床勘探资料表明，钾盐矿经常和石油、天然气以及其它盐类（如石盐，石膏等）共生。因此已往在寻找油、气矿源的同时而发现钾盐矿床的却不乏其例。如世界最大的加拿大萨斯喀彻温钾盐矿即是其中之一值得指出的是根据水化学成份中钾的含量来判断是否存在某种钾盐矿床，这是一种既经济又简单易行的方法，因为大多数钾盐矿易溶于水的特点，对水质进行化学分析即能判断有无钾盐矿床存在，如储量居世界第二位的前苏联苏卡姆钾盐矿床和美国喀斯伯特钾盐矿床都是用水化学法发现的，另外根据自然界中的钾存在放射性40K（0.001）及41 K（6.88%）的特点可采用放射性测井法找矿，如加拿大萨斯喀彻温钾盐矿床的发现便是采用g射线测井技术。上面己指出我国目前钾矿资源短缺，故宜大力加强钾盐矿床的勘探。其次要充分利用我国拥有优势的水源工业的副产品窑灰钾肥，因其K2O含量波幅可在820，且窑灰钾肥中还有钙、镁、硅、铁、硫及其他微量元素，此外制盐工业副产品卤渣可生产钾镁肥，虽然产品质量不稳定，钾镁含量不一，但有的产品可含K2O33，MgO 28其他还可通过开发明矾石K2SO4Al2(SO4)324H2O钾长石（KAlO23SiO2）等含钾矿物的工艺流程制取钾肥，以满足国内对钾肥日益增长的需要。近年来美国国际矿物和化学公司( IMC)，以开采和加工新墨西哥州卡士伯市蕴藏的无水钾镁矾矿矿床，推出一种硫钾镁肥，商品名称“施宝蜜”（即SulphateofPotash Magnesia英文名称编写的谐音），其含K2O22，MgO18，S22， C 1.5它是一种缓慢地而又能全溶于水的肥料。经中国科学院南京土壤研究所在我国华南地区种植的柑桔、菠萝、甘蔗、橡胶、花生、烟草等多种作物上试验，表现出明显