化学与农业生产从“星辰沃土”到人间粮仓九年级化学下册

第十一单元

化学与社会发展第三节

化学与农业生产——太空农场：从“星辰沃土”到人间粮仓素养目标01化学观念通过航天技术改良的缓释化肥，分析化肥中氮、磷、钾元素的化学形态（如铵盐、硝酸盐）与作物吸收效率的关系，建立“物质组成-功能特性-农业应用”的化学认知逻辑。02科学思维通过数据对比传统农药（高毒性、高残留）与航天技术改良农药（靶向性强、可降解）的利弊，结合资源消耗、生态效益等因素，培养多维度决策能力。03科学实践与探究设计对比实验：测试氮磷钾三种化肥的作用速率及对作物生长的影响，通过测量土壤pH值、植株生物量等数据，验证缓释技术的科学原理。04科学态度与责任结合我国航天育种、太空合成农药等全球领先成果，感悟化学工作者在推动农业现代化中的使命，树立“把论文写在祖国大地上”的理想信念。

神舟十七号的“星辰沃土”01学习活动一:神舟十七号的“星辰沃土”太空舱内如何实现“无土栽培”？若在火星建立基地，如何用化学技术解决粮食问题？太空舱内的水肥从何而来？学习活动一:神舟十七号的“星辰沃土”航天器使用的耐极端环境材料（如抗辐射、耐高温薄膜）已转化为农业大棚覆盖膜，可有效阻隔紫外线并提升极端天气下的耐用性，适用于高海拔或强日照地区的种植环境‌航天碳纤维材料被制成轻质大棚支架，兼具高强度与抗腐蚀性，适用于沿海盐碱地等恶劣条件‌，此类材料可降低大棚整体重量，便于模块化组装，同时延长使用寿命‌航天燃料液氢燃烧技术中的高效催化剂被用于农业水处理系统，提升灌溉水中污染物的分解效率，减少重金属残留对土壤的影响‌，部分智能灌溉设备通过催化反应优化水肥混合比例，提高养分利用率‌轻质大棚支架高效催化剂技术转化耐辐射薄膜应用010302我国航天材料在农业大棚、节水灌溉设备中的民用转化案例新疆某航天育种基地采用碳纤维支架大棚和石墨烯储能灌溉系统，结合耐辐射薄膜，实现玉米高产田的稳定生产，刷新南疆春播与夏播玉米产量纪录‌解密化肥——从地球田野到太空农场02学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场实验探究：四组植株，其中一组添加氮磷钾三种肥料适量，，另外三组依次不添加尿素（氮肥）、过磷酸钙（磷肥）、氯化钾（钾肥），观察生长差异，总结三大元素作用。缺乏元素植株叶片表现缺乏氮元素叶片黄化，根茎细瘦孱弱缺乏磷元素叶片暗紫缺少光泽，根系发育差，植株矮小缺乏钾元素叶片出现焦化或褐色斑点，生长缓慢肥料充足的植株叶片缺乏氮肥的植株叶片缺乏磷肥的植株叶片缺乏钾肥的植株叶片学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场可以直接

从空气、水、土壤中获取氮肥能促使作物的茎、叶生长茂盛，叶色浓绿，提高产量。磷肥促进植物根系发达、促进作物提早成熟，穗粒增多，籽粒饱满。钾肥能促使作物生长健壮，茎秆粗硬，增强对虫害和倒伏的抵抗能力。常用化肥的种类有______、_____、______、或含有N、P、K三种元素中两种或三种的______。氮肥磷肥钾肥复合肥种类名称及主要化学成分主要功效氮肥碳酸氢铵(碳铵)_________壮__，能使作物____繁茂、叶色浓绿,还能提高______。硝酸铵(硝铵)___________尿素CO(NH2)2NH4HCO3NH4NO3叶枝叶产量磷肥重过磷酸钙Ca(H2PO4)2能使作物_______发达、耐寒耐旱过磷酸钙与CaSO4的混合物钾肥氯化钾KCl等壮__，抗倒伏复合肥磷酸氢二铵(NH4)2HPO4多元肥效磷酸钾K3PO4茎根系学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场硝酸铵(________)、碳酸氢铵(________)、硫酸铵(________)和氯化铵(________)的成分里都含有________离子(NH4＋),统称铵态氮肥。NH4NO3NH4HCO3(NH4)2SO4NH4Cl铵根【注意】铵态氮肥属于盐，但氮肥不一定属于盐，如尿素就是有机物，氨水是碱。学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场特殊的氮肥：铵态氮肥NH3·H2OCO(NH2)2氮肥及其含氮量：(NH4)2SO4NH4NO3NH4HCO3NH4ClNH3·H2OCO(NH2)221.2%35%17.7%26.2%46.7%40%学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场（1）计算纯净的尿素中氮元素的质量分数。（2）见右图，试计算此尿素肥料的纯度至少是多少？氮肥纯度的计算CO(NH2)2解：（1）CO(NH2)2中氮元素的质量分数为:28/60×100％=46.67％

（2）CO(NH2)2的纯度为：46.3％/46.67％=99.2%学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场实验探究：铵态氮肥的检验实验步骤：1.分别取少量硫酸铵、硝酸铵，放在两个研钵中，闻一闻它们的气味。2.向上述两个研钵中分别加入少量熟石灰，用研杵混合研磨，再闻一闻混合物的气味。实验现象：在步骤2中产生有刺激性气味的气体

（该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝）。实验结论：产生的刺激性气味气体是氨气，铵态氮肥中含有铵根离子，与碱性物质反应生成氨气。注意：铵态氮肥不宜和碱性物质混合施用!不能施在碱性土壤中。【氨态氮肥的使用注意事项】①铵态氮肥遇到碱，能释放出具有刺激性气味的氨气(NH3)，使肥效降低。(NH4)2SO4＋Ca(OH)2===CaSO4＋2H2O＋2NH3↑；2NH4NO3＋Ca(OH)2===Ca(NO3)2＋2H2O＋2NH3↑②铵态氮肥不稳定，受热易分解放出氨气所以，铵态氮肥不能与_____物质混用,也不能在____下施用。碱性烈日学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场实验探究：铵态氮肥的检验化肥对于提高农作物的产量具有非常重要的作用，但使用不当会带来很多环境问题。化肥中常含有一些重金属元素、有毒有机物和放射性物质，施入土壤后会形成潜在的土壤污染；同时化肥在使用过程中因某些成分积累、流失及变化，引起土壤酸化，水域氮磷含量升高，氮化物和硫化物气体（N2O、NH3、H2S等）排放等，造成土壤退化和水、大气环境污染。学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场过量使用化肥的危害学习活动二:解密化肥——从地球田野到太空农场天宫蔬菜种植肥料来源大揭秘现有营养液配制模块（尿液蒸馏→营养液）可集成缓释胶囊的补充供给，减少人工干预频次‌系统内已存在高效分解有机物的微生物群落（如根际细菌、真菌），降解高分子材料包裹氮、磷、钾等养分，通过微生物分解逐步释放，匹配作物生长周期需求。利用系统内富余电能电解水生成氢气，结合舱内氮气（呼吸作用排放）通过哈伯法合成氨，作为氮肥原料微生物协同‌提供养分电解水制氮肥水肥循环系统010302农药革新——纳米技术与绿色农业03学习活动三:农药革新——纳米技术与绿色农业最近，部分市民反映在农贸市场购买的新鲜小葱、蒜苗上，用纸巾擦拭叶片或根茎会出现蓝色物质，这引起了市民的担忧。那么，您是否买过擦拭出蓝色物质的蔬菜？您知道蓝色物质是什么吗？您是否担心蓝色物质是农药残留呢？蓝色物质是否会影响食品安全呢？学习活动三:农药革新——纳米技术与绿色农业波尔多液的来源与历史波尔多液最早在法国波尔多地区用于防治葡萄霜霉病，因而得名。它的发现是偶然的，原本是为了防止路人偷吃葡萄而喷洒的由熟石灰与硫酸铜溶液混合配制成的农药，后来发现其对霜霉病有很好的防治效果。波尔多液是一种保护性杀菌剂，通过释放可溶性铜离子抑制病原菌孢子萌发或菌丝生长。在湿度较高、叶面有露水或水膜的情况下，药效较好，但对耐铜力差的植物易产生药害。持效期长，广泛用于防治蔬菜、果树、棉、麻等的多种病害，对霜霉病和炭疽病、马铃薯晚疫病等叶部病害效果尤佳。学习活动三:农药革新——纳米技术与绿色农业（1）波尔多液波尔多液就是用_____(CuSO4·5H2O)、________和水混合制得的，不能用铁桶盛放，原因是_______________________。胆矾生石灰Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu传统农药因毒性强、药效持久和残留时间长，在消灭病虫害的同时往往会污染________、危害人类健康。化学家正积极研制和开发新型________、________和低残留农药，如拟除虫菊酯、昆虫激素等。环境高效低毒（2）新型农药制作原理：CuSO4+Ca(OH)=Cu(OH)2↓+CaSO4归纳总结学习活动三:农药革新——纳米技术与绿色农业化学产品（如化肥、农药）的使用，对人类文明的发展作出了巨大贡献；同时不当使用也对人类健康和生态环境产生危害。在实际生产中，我们应注意根据当地的实际情况，合理适度使用农药和化肥，在保证提高农产品产量的同时，尽量减小对环境的影响，保障农产品质量。现代农业呼唤清洁生产。农业的发展，不仅要追求高效，更要追求绿色化，追求农产品的高质量、无污染、无公害。农药的功与过‌辩一辩：传统农药成本低但是对人类健康和生态环境危害较大，纳米农药靶向释放、用量减少90%但是成本高、潜在生态风险。“传统农药vs纳米农药，谁更符合未来农业需求？”学习活动三:农药革新——纳米技术与绿色农业中科院纳米缓释杀虫剂采用航天级高分子材料（如聚乳酸复合物）包裹活性成分，通过微孔缓释机制实现药物靶向释放，单次施药有效期延长至常规制剂的3-5倍‌包裹层阻隔药物与土壤直接接触，减少非靶标生物中毒风险，蚯蚓死亡率从常规制剂的35%降至8%以下‌对棉铃虫等害虫的击倒率提升40%，药效衰减速率降低60%（对比传统乳油制剂）‌合成未来——人工淀粉与太空粮仓04学习活动四:合成未来——人工淀粉与太空粮仓中科院纳米缓释杀虫剂2021年9月24日，中科院天津工业生物所团队在《科学》发表论文，首次实现二氧化碳到淀粉的合成。构建11步主反应的合成途径，能量转化效率提升3.5倍，淀粉合成速率是玉米的8.5倍，使淀粉生产从农业种植转向工业车间生产成为可能。2024年建成吨级中试装置，碳转化速率提升至自然界的8.5倍，新型电极设计使二氧化碳还原能量转换效率突破20%工合成淀粉技术不仅提高了生产效率和资源利用率，还有助于环境保护、解决粮食危机、推动工业应用和科学研究的发展。‌减碳领域‌‌具体贡献与数据‌‌相关技术/措施‌‌农业碳排放总量与强度‌自1994年起，中国农业碳排放总量和强度实现“双降”，单位农产品碳排放强度显著降低‌。推广气候智慧型减排技术（如秸秆快腐、节水灌溉）、优化养殖业管理（反刍动物肠道CH4抑制技术）‌。‌农业温室气体排放占比‌2014年农业温室气体排放量为8.3亿吨二氧化碳当量，占全国总排放量的6.7%‌。减少稻田甲烷排放、控制氮肥使用量、提升畜禽粪便资源化利用率‌。‌土壤固碳能力‌通过秸秆还田、绿肥种植等措施，农用地土壤碳汇能力显著提升，有机物料添加技术贡献土壤固碳增量的70%以上‌。秸秆还田、绿肥轮作、畜禽粪肥还田等技术应用‌。‌生物质能利用‌生物质发电装机规模达2952万千瓦（2024年），年替代化石能源约3000万吨标准煤‌。生物质发电、沼气工程、成型燃料生产等可再生能源技术推广‌。‌国际合作与支持‌通过中国—粮农组织南南合作信托基金，在20余个国家实施减碳项目，惠及10万余人，分享低碳农业技术‌。输出节水灌溉、秸秆综合利用、精准施肥等经验‌。‌低碳政策成效‌96个县整县推进畜禽粪污资源化利用（2021年），减少CH4和NO2排放，单位畜产品排放强度下降‌。粪污沼气发电、有机肥替代化肥等循环农业模式‌。中国节能减碳的贡献学习活动四:合成未来——人工淀粉与太空粮仓展望未来：月宫一号与太空农场巩固练习051.下列区分化肥的方法可行的是(

)A．NH4HCO3与KCl