高中化學 第四單元 化學與技術的發(fā)展 課題1 化肥和農(nóng)藥學案 新人教版選修2-新人教版高二選修2化學學案

第1課題化肥與農(nóng)藥名師導航知識梳理一、化肥與農(nóng)藥的意義化肥為農(nóng)作物補充必要的___________元素化肥中大量施用的主要是___________肥、___________肥和___________肥。磷肥：Ca5（PO4）3F+7H2SO4（濃）====3Ca（H2PO4）2+7CaSO4Ca（H2PO4）2·H2O和CaSO4稱為__________，簡稱為普鈣。Ca3（PO4）2和Mg3（PO4）2叫_____________。鉀肥主要有：__________、__________、__________及草木灰（主要成分為__________）。我國最大的鉀鹽生產(chǎn)基地——__________湖。氮肥：以合成氨為原料生產(chǎn)__________的、__________和__________。尿素生產(chǎn)原理：CO2+2NH3H2NCOONH4，H2NCOONH4H2NCONH2（尿素）+H2O硝酸銨生產(chǎn)原理：4NH3+5O24NO+6H2O，復合肥料：含有___________植物所需的營養(yǎng)元素的肥料，如硝酸鉀中含有氮和鉀兩種營養(yǎng)元素。玻璃微肥：將作物所需的___________元素固定在玻璃細粉顆粒中，由于玻璃微溶于水，微量元素從玻璃中緩釋出來。原料：廢玻璃、粉煤灰、煉鋼爐渣、礦石。二、農(nóng)作物的保護神——農(nóng)藥當前病、蟲、草害造成農(nóng)作物減產(chǎn)達30%—40%1.殺蟲劑與蟲害的防治2.病害和草害的防治石硫合劑：_____________、______________的混合物波爾多液：_____________、______________的混合物通過分析和改變2，4D（除草劑）的結構來改變其藥效。乙烯催熟西紅柿：（乙烯利）CH2====CH2+HCl+HPO3三、化肥、農(nóng)藥的合理使用與環(huán)境保護1.農(nóng)藥殘留：農(nóng)藥施用時，在作物、土壤以及其他環(huán)境中剩余的___________及其___________稱為農(nóng)藥殘留。2.危害途徑（1）施用藥劑對農(nóng)作物的直接作用以及農(nóng)作物對土壤等環(huán)境中殘留農(nóng)藥的吸收。（2）通過___________造成的富集。3.農(nóng)藥使用中的三個過程___________過程：農(nóng)藥在土壤中變化、危害消失的過程；___________過程：土壤及作物吸附農(nóng)藥而使農(nóng)藥殘留在土壤或作物中；___________過程：農(nóng)藥使用過程中，部分進入大氣、附近水域或地下水而對相應對象造成毒害和污染的過程?？ㄟd的《寂靜的春天》描述有害化學物質(zhì)的___________富集會導致一些___________瀕臨滅絕，為人類敲響了___________惡化的警鐘，濫用___________會造成惡性循環(huán)。知識導學明確化肥是提供植物生長所需要的元素。植物正常生長發(fā)育所需要的營養(yǎng)元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量（亦稱常量）元素和微量元素之分。必需元素指植物正常生長發(fā)育所必需而不能用其他元素代替的植物營養(yǎng)元素。根據(jù)植物需要量的多少，必需元素又分為必需大量元素和必需微量元素。必需大量元素有碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鎂、鈣；必需微量元素有鐵、錳、鋅、銅、硼、鉬、氯。大量元素與微量元素雖在需要量上有多少之別，但對植物的生命活動都具有重要功能，都是不可缺少的。從植物生長所需的元素來認識每種化肥的成分、生產(chǎn)原理，掌握相關反應的化學方程式。從廣義和狹義兩方面理解農(nóng)藥。廣義的農(nóng)藥包括所有在農(nóng)業(yè)使用的化學品，例如，日本早期（1948年）公布的“農(nóng)藥管理法”就有這種解釋，近年來甚至把天敵生物商品也包括在內(nèi)，稱為“天敵農(nóng)藥”；英美至今仍有沿用“農(nóng)業(yè)化學品（agiculturalchemicals或agrochemicals）”這一名詞的，事實上也把化學肥料包括在內(nèi)。狹義的農(nóng)藥一般是指用于防治農(nóng)、林有害生物（病、蟲、草、鼠等）的化學藥劑，以及為改善其理化性狀而用的輔助劑，還包括植物生長調(diào)節(jié)劑。目前，在國際交流中，已統(tǒng)一使用農(nóng)藥（pesticide）一詞，其定義和包括的范圍也大體趨于一致，即狹義解釋的農(nóng)藥。我國所用“農(nóng)藥”一詞源于日本的“農(nóng)藥”。1997年國務院公布的“中華人民共和國農(nóng)藥管理條例”第一次對農(nóng)藥的物質(zhì)特性給出了界定。農(nóng)藥是指用于預防、消滅或者控制危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)的病、蟲、草和其他有害生物以及有目的抑制植物、昆蟲生長的化學合成的或者幾種物質(zhì)混合物及其制劑。從農(nóng)藥使用中的三個過程和環(huán)保的角度出發(fā)，高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥是農(nóng)藥研發(fā)的發(fā)展方向。疑難突破1.農(nóng)作物需要哪些營養(yǎng)元素?剖析：1840年李比希出版《化學在農(nóng)業(yè)和植物生理學上的應用》，首創(chuàng)植物的礦物質(zhì)營養(yǎng)學說，現(xiàn)在給農(nóng)作物補充營養(yǎng)元素，已成了農(nóng)作物增產(chǎn)的主要途徑。高等植物必需的大量元素有6種：C、H、O、N、P、K；中量元素有3種：Ca、Mg、S；微量元素有8種：、Fe、Mn、Zn、Cu、B、Cl、Mo、Ni；Na和Si也是高等植物必需的元素。2.如何理解DDT的功與過？剖析：DDT最先是在1874年被分離出來的，但是直到1939年才由瑞士諾貝爾獎獲得者化學家PaulMuller重新認識到其對昆蟲是一種有效的神經(jīng)性毒劑。DDT在第二次世界大戰(zhàn)中開始大量地以噴霧方式用于對抗黃熱病、斑疹傷寒、絲蟲病等蟲媒傳染病。例如在印度，DDT使瘧疾病例在10年內(nèi)從7500萬例減少到500萬例。同時，對家畜和谷物噴DDT，也使其產(chǎn)量得到雙倍增長。DDT在全球抗瘧疾運動中起了很大的作用。用氯奎寧防治傳染源，以伯胺奎寧等藥作預防，再加上噴灑DDT滅蚊，一度使全球瘧疾的發(fā)病得到了有效的控制。在1962年，美國海洋生物學家RachelCarson在其發(fā)表的著作《寂靜的春天》中懷疑DDT進入食物鏈，最終會在動物體內(nèi)富集，例如在游隼、禿頭鷹和魚鷹這些鳥類中富集。由于氯代烴會干擾鳥類鈣的代謝，使一些食肉和食魚的鳥類接近滅絕。一些昆蟲也會對DDT逐漸產(chǎn)生抗藥性。由于在全世界禁用DDT等有機氯殺蟲劑，以及在1962年以后又放松了對瘧疾的警惕，瘧疾很快就在第三世界國家中卷土重來。今天，在發(fā)展中國家，特別是在非洲國家，每年大約有一億多的瘧疾新發(fā)病例，大約有100多萬人死于瘧疾。這除了與瘧原蟲對氯奎寧等治療藥物產(chǎn)生抗藥性外，也與目前還沒有找到一種經(jīng)濟有效的對環(huán)境危害小又能代替DDT的殺蟲劑有關。疑難導析首先，農(nóng)作物合成多種營養(yǎng)物質(zhì)。農(nóng)作物通過光合作用，將二氧化碳和水合成人類所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)。其次營養(yǎng)物質(zhì)中所含的人和動物所需要的各種營養(yǎng)元素，需要農(nóng)作物通過吸收土壤中的營養(yǎng)元素，而有些營養(yǎng)元素土壤中缺少，就需要人為地補充，施肥就是常用方法。所以，可以從人和動物所需要的各種營養(yǎng)元素來理解農(nóng)作物需要哪些營養(yǎng)元素。首先，認識DDT給人類帶來的益處。DDT的發(fā)明、生產(chǎn)與使用為人類的發(fā)展帶來過巨大成就，特別是在防治瘧疾方面收到了明顯的社會效益，得到了公眾的承認。其次，認識到由于DDT對光、空氣、酸、堿等表現(xiàn)出很穩(wěn)定的化學性質(zhì)，難溶于水，易溶于脂肪，通過食物鏈富集在動物的脂肪中，從而對一些鳥類等產(chǎn)生毒害，迫害了生態(tài)平衡。同時它的高殘留性，也給人類帶來了災難?，F(xiàn)在全世界大多數(shù)國家都已經(jīng)禁止使用DDT，但如何開發(fā)低殘留而又具有DDT藥效的新藥，又成為化學家，特別是精細化學家的重要使命之一，雖經(jīng)努力，但目前尚無成就的現(xiàn)實則成為對精細化學家的重要挑戰(zhàn)。問題探究問題1：三種補充土壤氮肥方案：硝石、電弧法高溫固氮、煉焦副產(chǎn)氮肥，哪一種最合理？探究：電弧法高溫固氮的原理為：N2+O22NO；2NO+O2====2NO2；3NO2+H2O====2HNO3+NO；NH3+HNO3====NH4NO3。硝石的主要成分是硝酸鈉，可以直接作為氮肥；煉焦時可以得到粗氨水，將它用合成氨工廠的副產(chǎn)物二氧化碳來吸收，得到碳酸銨或碳酸氫銨，當然也可以用硫酸廠的尾氣二氧化硫來吸收，得到硫酸銨，都可以成為農(nóng)業(yè)上急需的氮肥，同時也解決環(huán)境污染問題。從以上原理可以看出：前者是利用空氣中的資源，但放電需要提供較多的電能；以硝石為資源，則受到資源限制，需要根據(jù)各地的資源來決定；利用副產(chǎn)物生產(chǎn)氮肥，雖然既降低成本又解決了環(huán)境污染，但前提是有副產(chǎn)物可供利用。問題2：如何防止農(nóng)藥殘留？探究：防止農(nóng)藥殘留可從以下三個方面入手：（1）合理使用農(nóng)藥：解決農(nóng)藥殘留問題，必須從根源上杜絕農(nóng)藥殘留污染。我國已經(jīng)制定并發(fā)布了七批《農(nóng)藥合理使用準則》，國家標準準則中詳細規(guī)定了各種農(nóng)藥在不同作物上的使用時期、使用方法、使用次數(shù)、安全間隔期等技術指標。合理使用農(nóng)藥，不但可以有效地控制病蟲草害，而且可以減少農(nóng)藥的使用，減少浪費，最重要的是可以避免農(nóng)藥殘留超標。（2）加強農(nóng)藥殘留監(jiān)測：開展全面、系統(tǒng)的農(nóng)藥殘留監(jiān)測工作能夠及時掌握農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的狀況和規(guī)律，為政府部門提供及時有效的數(shù)據(jù)，為政府職能部門制定相應的規(guī)章制度和法律法規(guī)提供依據(jù)。（3）加強法制管理：加強《農(nóng)藥管理條例》《農(nóng)藥合理使用準則》《食品中農(nóng)藥殘留限量》等有關法律法規(guī)的貫徹執(zhí)行。問題3：怎樣科學合理地進行施肥？探究：科學合理地進行施肥，需要多方面協(xié)同工作：（1）搞好農(nóng)業(yè)科技服務工作，幫助農(nóng)民測土、配肥，對農(nóng)民在技術上給予指導，解決農(nóng)民積肥、造肥、施肥方面的技術難題，提高農(nóng)民科學施肥的能力。（2）發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，循環(huán)利用有機物。生態(tài)農(nóng)業(yè)講究有機物的循環(huán)再利用，即一次投入多次收益，方法簡便易行，如調(diào)整作物布局可以針對土壤的養(yǎng)分狀況，安排營養(yǎng)要求相適應的作物，以充分發(fā)揮土壤和作物各自的優(yōu)勢，做到省肥增產(chǎn)。（3）用地養(yǎng)地相結合，多種植一些有利于改善土壤結構的綠肥和豆科作物，不斷提高土壤肥力。（4）有機肥與化肥合理搭配使用。不同的作物對養(yǎng)分需求比例有不同的要求，必須有針對性地合理供應才能較好地滿足其生長需要。在生產(chǎn)實踐中，以有機肥配合部分化肥作底肥，以化肥作追肥，能充分發(fā)揮肥料的緩效與速效相結合的優(yōu)點，調(diào)控作物的生長與品質(zhì)，是比較理想的施肥方式。問題導思分析三種補充土壤氮肥的方案應先將原料、原理弄清楚。電弧法高溫固氮利用空氣中的氧氣，高溫放電的得到氮肥；硝石直接作為氮肥；煉焦時用得到的粗氨水與二氧化碳反應得到氮肥。然后比較它們的資源是否豐富、運輸是否方便、生產(chǎn)成本、對環(huán)境的影響，結合工業(yè)經(jīng)濟學考查它的經(jīng)濟效益情況，才能得出合理的結論。必須從人為的因素考慮，有關部門應在繼續(xù)加強《農(nóng)藥合理使用準則》制定工作的同時，加大宣傳力度，加強技術指導，使《農(nóng)藥合理使用準則》真正發(fā)揮其應有的作用。而農(nóng)藥使用者應積極學習，樹立公民道德觀念，科學、合理地使用農(nóng)藥。查找農(nóng)藥殘留形成的原因，加強對違反有關法律法規(guī)行為的處罰，是防止農(nóng)藥殘留超標的有力保障。防止農(nóng)藥殘留可以從日常生活做起，消除蔬菜上的農(nóng)藥殘留，如水燙、水泡、水洗、削皮、光照、放置等。明確合理施肥的關鍵在于“知肥善用”。加大化肥改善農(nóng)作物品質(zhì)的宣傳力度，從觀念上糾正人們對化肥的誤解和片面看法。關注兩類問題，一是某些地區(qū)及作物氮肥用量過大，二是更多的地區(qū)及作物化肥用量不足，這都會引起農(nóng)作物品質(zhì)不良。在養(yǎng)分投入量大的地區(qū)及作物上，應優(yōu)化肥料配比、加強合理施肥技術的傳播；而在養(yǎng)分投入少的地區(qū)和作物上，應開拓化肥施用的新領域并增加化肥投入。從肥料的研制和生產(chǎn)考慮，加快發(fā)展化肥工業(yè)，推動養(yǎng)分均衡、方便可靠的系列化、標準化肥料品種的研制和生產(chǎn)，在降低有害成分含量的情況下，滿足不同作物需求。典題精講【例1】俗話說：“莊稼一枝花，全靠肥當家”。全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐已表明，施用化肥能直接提供養(yǎng)分，增加作物產(chǎn)量。我國農(nóng)科院曾做過統(tǒng)計，每0.5kg氮能增產(chǎn)水稻7.75kg，小麥5.25kg，棉花4.75kg，玉米9.5kg。所以，毫不夸張地說，化肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要手段之一。但是，盲目地過量施用化肥，不僅造成肥料的浪費，同時還污染了環(huán)境，給生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來危害，我們必須清醒地認識這一點。下面請你根據(jù)已學過的知識，回答有關化肥的一系列問題：（1）在農(nóng)作物生長發(fā)育時期，需要量最多的三種礦質(zhì)元素是什么？它們在植物生命活動中有什么作用？（2）有一種復合化肥，含NH4NO3、NH4H2PO4和KCl，其質(zhì)量比為1∶2∶2。問：①某農(nóng)民要配制該復合肥料100克，需要NH4NO3、NH4H2PO4、KCl各多少克？②計算該復合肥料中N、P、K的質(zhì)量分數(shù)是多少？③上述化肥是以什么形式被吸收的，一般需經(jīng)過哪兩個步驟？（3）在土壤呈酸性時，現(xiàn)有（NH4）2SO4和NH4NO3兩種化肥，你應施用哪種化肥為適宜，為什么？（4）施用化肥后，由于地面徑流沖刷或隨著雨水流失會造成環(huán)境污染，主要表現(xiàn)在哪些方面？思路解析：（1）植物生命活動需要量最大的三種礦質(zhì)元素是N、P、K。氮是蛋白質(zhì)的主要組成元素，它能加速細胞分裂和生長，使植物枝葉繁茂。磷能促進幼苗發(fā)育，促進開花、結果成熟。鉀能使莖稈健壯，抗倒伏，促進淀粉的合成與運輸。（2）①配制該復合肥料100克，需要NH4NO320克，NH4H2PO440克，KCl40克；②N的質(zhì)量分數(shù)為11.9％；P的質(zhì)量分數(shù)為10.8％；K的質(zhì)量分數(shù)為20.9％；③上述化肥是以離子狀態(tài)被吸收的，主要吸收的有、、、K+。根細胞吸收一般需經(jīng)過離子交換吸附和主動運輸兩個步驟。（3）因為根吸收肥料是以離子交換吸附方式進行的，植物需要氨較多，故吸收多，吸收少。故交換下來進入土壤里的H+多，使土壤顯酸性。所以不宜在酸性土壤中使用（NH4）2SO4而NH4NO3是生理中性鹽，對和的吸收量是相同的。交換下來的H＋和OH－的量相同，不會再增加土壤的酸性。（4）氮和磷元素進入地下水或地表水，污染水源，引起地下水、井水硝酸鹽等含量升高，人類飲用會危害健康。此外，氮、磷流入水中，造成水體富營養(yǎng)化（即水體養(yǎng)分過高），誘使藻類大量生長，又消耗大量O2，使水體中O2含量減少，這樣又造成有機體大量死亡，水質(zhì)變壞，對環(huán)境破壞作用很大。答案：（1）N、P、K，作用見解析。（2）①需要NH4NO320克，NHm4H2PO440克，KCl40克。②11.9％，10.8％，20.9％離子交換吸附、主動動輸（3）應選用NH4NO3（4）見解析【例2】某農(nóng)民選用（NH4）2SO4給植物施肥，問：（1）植物吸收包括哪些過程？（2）生產(chǎn)上通常采用什么措施來促進的吸收？（3）長期施用（NH4）2SO4土壤溶液的pH將會發(fā)生什么變化？思路解析：（1）根細胞通過呼吸作用產(chǎn)生CO2，CO2溶于H2O中生成H2CO3，H2CO3可以離解成H+和吸附在根細胞膜的表面。其中H+便可與土壤溶液中的發(fā)生交換。這樣H+就進入到土壤溶液中，被吸附到根細胞膜的表面，然后通過主動運輸送入到根細胞內(nèi)部。主動運輸需要消耗呼吸作用放出的能量，需要載體協(xié)助。（2）因為松土可以增加土壤的通氣性，提高氧氣的含量，促進植物的呼吸作用，從而為根吸收的交換吸附過程提供充足的離子，為主動運輸提供更多的能量。（3）（NH4）2SO4施入土壤后，能很快溶解。分解成和。由于植物根系對離子的吸收具有選擇性，吸收比吸收多，而植物的根在吸收時，要以吸附在根細胞表面的H+與交換。這樣，就有許多H+殘留在土壤溶液中，久而久之，土壤就會逐漸酸化。答案：（1）植物吸收包括離子的交換吸附和主動運輸兩個過程。（2）生產(chǎn)上施用（NH4）2SO4時常結合松土來促進的吸收。（3）長期施用（NH4）2SO4，土壤溶液的pH將會逐漸下降?！纠?】電閃雷鳴是日常生活中司空見慣的現(xiàn)象。設某次雷電中，兩塊云團間的電勢差約為109V，放電電量約為15C。在閃電過程中，空氣中的氮氣和氧氣直接化合，已知每mol氧氣和氮化合時要吸收180.74kJ的能量，閃電時有1/1000的能量用于這一反應。那么：（1）此次閃電所產(chǎn)生的NO的物質(zhì)的量有多大？（2）此次雷雨閃電的生成物相當于給土壤施了多少尿素？思路解析：（1）依題意可得閃電放出的能量：W＝qU＝1.5×1010J。每molO2與N2化合生成2molNO并吸收180.74kJ能量，因此，此次閃電生成的NO物質(zhì)的量：n＝1.66×105mol。（2）由于2molNO能生成lmolCO（NH2）2，則尿素的總質(zhì)量m＝4.98×103此次雷雨閃電相當于給土壤施了4.98×103答案：（1）1.66×105mol。（2）4.98×103典題導考綠色通道：本題以“施用化肥”這一生產(chǎn)實踐問題為切入點，考查生物、化學、環(huán)保等相關的知識。應熟悉的知識點如下：生物——幾種主要礦質(zhì)元素的生理作用，根對礦質(zhì)元素吸收的過程，根的呼吸作用，生理酸性、中性、堿性鹽；化學——有關化學計算，酸堿度；環(huán)?！w污染。本題屬于基礎知識、基本能力綜合型，結合題意分析綜合來解決實際問題?！镜漕}變式1】1.農(nóng)村有句諺語“雷雨發(fā)莊稼”，這是由于在放電的條件下，空氣中的氧氣和氮氣化合生成了氮的氧化物，氮的氧化物再經(jīng)過各種復雜的化學變化，最后生成了易被農(nóng)作物吸收的硝酸鹽?？梢哉f，雷雨給莊稼施加了（）A.鉀肥B.磷肥C.氮肥D.復合肥2.熊健同學到舅父家做客，看到一個化肥“蛇皮袋”上印有如下圖所示商標，還嗅到一股臭味。熊健向舅父解釋說：硝酸銨NH4NO3凈重：50kg含氮量≥34.3%××化學工業(yè)品公司（1）這包化肥是_____________肥，能促使作物莖葉生長茂盛，葉色濃綠；每袋化肥中含該元素的質(zhì)量至少為_____________kg。（2）該化肥_____________時容易分解；在施用時