高中化学 第四单元 化学与技术的发展 课题1 化肥和农药学案 新人教版选修2-新人教版高二选修2化学学案

第1课题化肥与农药名师导航知识梳理一、化肥与农药的意义化肥为农作物补充必要的___________元素化肥中大量施用的主要是___________肥、___________肥和___________肥。磷肥：Ca5（PO4）3F+7H2SO4（浓）====3Ca（H2PO4）2+7CaSO4Ca（H2PO4）2·H2O和CaSO4称为__________，简称为普钙。Ca3（PO4）2和Mg3（PO4）2叫_____________。钾肥主要有：__________、__________、__________及草木灰（主要成分为__________）。我国最大的钾盐生产基地——__________湖。氮肥：以合成氨为原料生产__________的、__________和__________。尿素生产原理：CO2+2NH3H2NCOONH4，H2NCOONH4H2NCONH2（尿素）+H2O硝酸铵生产原理：4NH3+5O24NO+6H2O，复合肥料：含有___________植物所需的营养元素的肥料，如硝酸钾中含有氮和钾两种营养元素。玻璃微肥：将作物所需的___________元素固定在玻璃细粉颗粒中，由于玻璃微溶于水，微量元素从玻璃中缓释出来。原料：废玻璃、粉煤灰、炼钢炉渣、矿石。二、农作物的保护神——农药当前病、虫、草害造成农作物减产达30%—40%1.杀虫剂与虫害的防治2.病害和草害的防治石硫合剂：_____________、______________的混合物波尔多液：_____________、______________的混合物通过分析和改变2，4D（除草剂）的结构来改变其药效。乙烯催熟西红柿：（乙烯利）CH2====CH2+HCl+HPO3三、化肥、农药的合理使用与环境保护1.农药残留：农药施用时，在作物、土壤以及其他环境中剩余的___________及其___________称为农药残留。2.危害途径（1）施用药剂对农作物的直接作用以及农作物对土壤等环境中残留农药的吸收。（2）通过___________造成的富集。3.农药使用中的三个过程___________过程：农药在土壤中变化、危害消失的过程；___________过程：土壤及作物吸附农药而使农药残留在土壤或作物中；___________过程：农药使用过程中，部分进入大气、附近水域或地下水而对相应对象造成毒害和污染的过程。卡逊的《寂静的春天》描述有害化学物质的___________富集会导致一些___________濒临灭绝，为人类敲响了___________恶化的警钟，滥用___________会造成恶性循环。知识导学明确化肥是提供植物生长所需要的元素。植物正常生长发育所需要的营养元素有必需元素和有益元素之分；必需元素中又有大量（亦称常量）元素和微量元素之分。必需元素指植物正常生长发育所必需而不能用其他元素代替的植物营养元素。根据植物需要量的多少，必需元素又分为必需大量元素和必需微量元素。必需大量元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙；必需微量元素有铁、锰、锌、铜、硼、钼、氯。大量元素与微量元素虽在需要量上有多少之别，但对植物的生命活动都具有重要功能，都是不可缺少的。从植物生长所需的元素来认识每种化肥的成分、生产原理，掌握相关反应的化学方程式。从广义和狭义两方面理解农药。广义的农药包括所有在农业使用的化学品，例如，日本早期（1948年）公布的“农药管理法”就有这种解释，近年来甚至把天敌生物商品也包括在内，称为“天敌农药”；英美至今仍有沿用“农业化学品（agiculturalchemicals或agrochemicals）”这一名词的，事实上也把化学肥料包括在内。狭义的农药一般是指用于防治农、林有害生物（病、虫、草、鼠等）的化学药剂，以及为改善其理化性状而用的辅助剂，还包括植物生长调节剂。目前，在国际交流中，已统一使用农药（pesticide）一词，其定义和包括的范围也大体趋于一致，即狭义解释的农药。我国所用“农药”一词源于日本的“农药”。1997年国务院公布的“中华人民共和国农药管理条例”第一次对农药的物质特性给出了界定。农药是指用于预防、消灭或者控制危害农业、林业的病、虫、草和其他有害生物以及有目的抑制植物、昆虫生长的化学合成的或者几种物质混合物及其制剂。从农药使用中的三个过程和环保的角度出发，高效、低毒、低残留的农药是农药研发的发展方向。疑难突破1.农作物需要哪些营养元素?剖析：1840年李比希出版《化学在农业和植物生理学上的应用》，首创植物的矿物质营养学说，现在给农作物补充营养元素，已成了农作物增产的主要途径。高等植物必需的大量元素有6种：C、H、O、N、P、K；中量元素有3种：Ca、Mg、S；微量元素有8种：、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的功与过？剖析：DDT最先是在1874年被分离出来的，但是直到1939年才由瑞士诺贝尔奖获得者化学家PaulMuller重新认识到其对昆虫是一种有效的神经性毒剂。DDT在第二次世界大战中开始大量地以喷雾方式用于对抗黄热病、斑疹伤寒、丝虫病等虫媒传染病。例如在印度，DDT使疟疾病例在10年内从7500万例减少到500万例。同时，对家畜和谷物喷DDT，也使其产量得到双倍增长。DDT在全球抗疟疾运动中起了很大的作用。用氯奎宁防治传染源，以伯胺奎宁等药作预防，再加上喷洒DDT灭蚊，一度使全球疟疾的发病得到了有效的控制。在1962年，美国海洋生物学家RachelCarson在其发表的著作《寂静的春天》中怀疑DDT进入食物链，最终会在动物体内富集，例如在游隼、秃头鹰和鱼鹰这些鸟类中富集。由于氯代烃会干扰鸟类钙的代谢，使一些食肉和食鱼的鸟类接近灭绝。一些昆虫也会对DDT逐渐产生抗药性。由于在全世界禁用DDT等有机氯杀虫剂，以及在1962年以后又放松了对疟疾的警惕，疟疾很快就在第三世界国家中卷土重来。今天，在发展中国家，特别是在非洲国家，每年大约有一亿多的疟疾新发病例，大约有100多万人死于疟疾。这除了与疟原虫对氯奎宁等治疗药物产生抗药性外，也与目前还没有找到一种经济有效的对环境危害小又能代替DDT的杀虫剂有关。疑难导析首先，农作物合成多种营养物质。农作物通过光合作用，将二氧化碳和水合成人类所需要的各种营养物质。其次营养物质中所含的人和动物所需要的各种营养元素，需要农作物通过吸收土壤中的营养元素，而有些营养元素土壤中缺少，就需要人为地补充，施肥就是常用方法。所以，可以从人和动物所需要的各种营养元素来理解农作物需要哪些营养元素。首先，认识DDT给人类带来的益处。DDT的发明、生产与使用为人类的发展带来过巨大成就，特别是在防治疟疾方面收到了明显的社会效益，得到了公众的承认。其次，认识到由于DDT对光、空气、酸、碱等表现出很稳定的化学性质，难溶于水，易溶于脂肪，通过食物链富集在动物的脂肪中，从而对一些鸟类等产生毒害，迫害了生态平衡。同时它的高残留性，也给人类带来了灾难。现在全世界大多数国家都已经禁止使用DDT，但如何开发低残留而又具有DDT药效的新药，又成为化学家，特别是精细化学家的重要使命之一，虽经努力，但目前尚无成就的现实则成为对精细化学家的重要挑战。问题探究问题1：三种补充土壤氮肥方案：硝石、电弧法高温固氮、炼焦副产氮肥，哪一种最合理？探究：电弧法高温固氮的原理为：N2+O22NO；2NO+O2====2NO2；3NO2+H2O====2HNO3+NO；NH3+HNO3====NH4NO3。硝石的主要成分是硝酸钠，可以直接作为氮肥；炼焦时可以得到粗氨水，将它用合成氨工厂的副产物二氧化碳来吸收，得到碳酸铵或碳酸氢铵，当然也可以用硫酸厂的尾气二氧化硫来吸收，得到硫酸铵，都可以成为农业上急需的氮肥，同时也解决环境污染问题。从以上原理可以看出：前者是利用空气中的资源，但放电需要提供较多的电能；以硝石为资源，则受到资源限制，需要根据各地的资源来决定；利用副产物生产氮肥，虽然既降低成本又解决了环境污染，但前提是有副产物可供利用。问题2：如何防止农药残留？探究：防止农药残留可从以下三个方面入手：（1）合理使用农药：解决农药残留问题，必须从根源上杜绝农药残留污染。我国已经制定并发布了七批《农药合理使用准则》，国家标准准则中详细规定了各种农药在不同作物上的使用时期、使用方法、使用次数、安全间隔期等技术指标。合理使用农药，不但可以有效地控制病虫草害，而且可以减少农药的使用，减少浪费，最重要的是可以避免农药残留超标。（2）加强农药残留监测：开展全面、系统的农药残留监测工作能够及时掌握农产品中农药残留的状况和规律，为政府部门提供及时有效的数据，为政府职能部门制定相应的规章制度和法律法规提供依据。（3）加强法制管理：加强《农药管理条例》《农药合理使用准则》《食品中农药残留限量》等有关法律法规的贯彻执行。问题3：怎样科学合理地进行施肥？探究：科学合理地进行施肥，需要多方面协同工作：（1）搞好农业科技服务工作，帮助农民测土、配肥，对农民在技术上给予指导，解决农民积肥、造肥、施肥方面的技术难题，提高农民科学施肥的能力。（2）发展生态农业，循环利用有机物。生态农业讲究有机物的循环再利用，即一次投入多次收益，方法简便易行，如调整作物布局可以针对土壤的养分状况，安排营养要求相适应的作物，以充分发挥土壤和作物各自的优势，做到省肥增产。（3）用地养地相结合，多种植一些有利于改善土壤结构的绿肥和豆科作物，不断提高土壤肥力。（4）有机肥与化肥合理搭配使用。不同的作物对养分需求比例有不同的要求，必须有针对性地合理供应才能较好地满足其生长需要。在生产实践中，以有机肥配合部分化肥作底肥，以化肥作追肥，能充分发挥肥料的缓效与速效相结合的优点，调控作物的生长与品质，是比较理想的施肥方式。问题导思分析三种补充土壤氮肥的方案应先将原料、原理弄清楚。电弧法高温固氮利用空气中的氧气，高温放电的得到氮肥；硝石直接作为氮肥；炼焦时用得到的粗氨水与二氧化碳反应得到氮肥。然后比较它们的资源是否丰富、运输是否方便、生产成本、对环境的影响，结合工业经济学考查它的经济效益情况，才能得出合理的结论。必须从人为的因素考虑，有关部门应在继续加强《农药合理使用准则》制定工作的同时，加大宣传力度，加强技术指导，使《农药合理使用准则》真正发挥其应有的作用。而农药使用者应积极学习，树立公民道德观念，科学、合理地使用农药。查找农药残留形成的原因，加强对违反有关法律法规行为的处罚，是防止农药残留超标的有力保障。防止农药残留可以从日常生活做起，消除蔬菜上的农药残留，如水烫、水泡、水洗、削皮、光照、放置等。明确合理施肥的关键在于“知肥善用”。加大化肥改善农作物品质的宣传力度，从观念上纠正人们对化肥的误解和片面看法。关注两类问题，一是某些地区及作物氮肥用量过大，二是更多的地区及作物化肥用量不足，这都会引起农作物品质不良。在养分投入量大的地区及作物上，应优化肥料配比、加强合理施肥技术的传播；而在养分投入少的地区和作物上，应开拓化肥施用的新领域并增加化肥投入。从肥料的研制和生产考虑，加快发展化肥工业，推动养分均衡、方便可靠的系列化、标准化肥料品种的研制和生产，在降低有害成分含量的情况下，满足不同作物需求。典题精讲【例1】俗话说：“庄稼一枝花，全靠肥当家”。全国农业生产实践已表明，施用化肥能直接提供养分，增加作物产量。我国农科院曾做过统计，每0.5kg氮能增产水稻7.75kg，小麦5.25kg，棉花4.75kg，玉米9.5kg。所以，毫不夸张地说，化肥是农业增产的重要手段之一。但是，盲目地过量施用化肥，不仅造成肥料的浪费，同时还污染了环境，给生态系统和人类健康带来危害，我们必须清醒地认识这一点。下面请你根据已学过的知识，回答有关化肥的一系列问题：（1）在农作物生长发育时期，需要量最多的三种矿质元素是什么？它们在植物生命活动中有什么作用？（2）有一种复合化肥，含NH4NO3、NH4H2PO4和KCl，其质量比为1∶2∶2。问：①某农民要配制该复合肥料100克，需要NH4NO3、NH4H2PO4、KCl各多少克？②计算该复合肥料中N、P、K的质量分数是多少？③上述化肥是以什么形式被吸收的，一般需经过哪两个步骤？（3）在土壤呈酸性时，现有（NH4）2SO4和NH4NO3两种化肥，你应施用哪种化肥为适宜，为什么？（4）施用化肥后，由于地面径流冲刷或随着雨水流失会造成环境污染，主要表现在哪些方面？思路解析：（1）植物生命活动需要量最大的三种矿质元素是N、P、K。氮是蛋白质的主要组成元素，它能加速细胞分裂和生长，使植物枝叶繁茂。磷能促进幼苗发育，促进开花、结果成熟。钾能使茎秆健壮，抗倒伏，促进淀粉的合成与运输。（2）①配制该复合肥料100克，需要NH4NO320克，NH4H2PO440克，KCl40克；②N的质量分数为11.9％；P的质量分数为10.8％；K的质量分数为20.9％；③上述化肥是以离子状态被吸收的，主要吸收的有、、、K+。根细胞吸收一般需经过离子交换吸附和主动运输两个步骤。（3）因为根吸收肥料是以离子交换吸附方式进行的，植物需要氨较多，故吸收多，吸收少。故交换下来进入土壤里的H+多，使土壤显酸性。所以不宜在酸性土壤中使用（NH4）2SO4而NH4NO3是生理中性盐，对和的吸收量是相同的。交换下来的H＋和OH－的量相同，不会再增加土壤的酸性。（4）氮和磷元素进入地下水或地表水，污染水源，引起地下水、井水硝酸盐等含量升高，人类饮用会危害健康。此外，氮、磷流入水中，造成水体富营养化（即水体养分过高），诱使藻类大量生长，又消耗大量O2，使水体中O2含量减少，这样又造成有机体大量死亡，水质变坏，对环境破坏作用很大。答案：（1）N、P、K，作用见解析。（2）①需要NH4NO320克，NHm4H2PO440克，KCl40克。②11.9％，10.8％，20.9％离子交换吸附、主动动输（3）应选用NH4NO3（4）见解析【例2】某农民选用（NH4）2SO4给植物施肥，问：（1）植物吸收包括哪些过程？（2）生产上通常采用什么措施来促进的吸收？（3）长期施用（NH4）2SO4土壤溶液的pH将会发生什么变化？思路解析：（1）根细胞通过呼吸作用产生CO2，CO2溶于H2O中生成H2CO3，H2CO3可以离解成H+和吸附在根细胞膜的表面。其中H+便可与土壤溶液中的发生交换。这样H+就进入到土壤溶液中，被吸附到根细胞膜的表面，然后通过主动运输送入到根细胞内部。主动运输需要消耗呼吸作用放出的能量，需要载体协助。（2）因为松土可以增加土壤的通气性，提高氧气的含量，促进植物的呼吸作用，从而为根吸收的交换吸附过程提供充足的离子，为主动运输提供更多的能量。（3）（NH4）2SO4施入土壤后，能很快溶解。分解成和。由于植物根系对离子的吸收具有选择性，吸收比吸收多，而植物的根在吸收时，要以吸附在根细胞表面的H+与交换。这样，就有许多H+残留在土壤溶液中，久而久之，土壤就会逐渐酸化。答案：（1）植物吸收包括离子的交换吸附和主动运输两个过程。（2）生产上施用（NH4）2SO4时常结合松土来促进的吸收。（3）长期施用（NH4）2SO4，土壤溶液的pH将会逐渐下降。【例3】电闪雷鸣是日常生活中司空见惯的现象。设某次雷电中，两块云团间的电势差约为109V，放电电量约为15C。在闪电过程中，空气中的氮气和氧气直接化合，已知每mol氧气和氮化合时要吸收180.74kJ的能量，闪电时有1/1000的能量用于这一反应。那么：（1）此次闪电所产生的NO的物质的量有多大？（2）此次雷雨闪电的生成物相当于给土壤施了多少尿素？思路解析：（1）依题意可得闪电放出的能量：W＝qU＝1.5×1010J。每molO2与N2化合生成2molNO并吸收180.74kJ能量，因此，此次闪电生成的NO物质的量：n＝1.66×105mol。（2）由于2molNO能生成lmolCO（NH2）2，则尿素的总质量m＝4.98×103此次雷雨闪电相当于给土壤施了4.98×103答案：（1）1.66×105mol。（2）4.98×103典题导考绿色通道：本题以“施用化肥”这一生产实践问题为切入点，考查生物、化学、环保等相关的知识。应熟悉的知识点如下：生物——几种主要矿质元素的生理作用，根对矿质元素吸收的过程，根的呼吸作用，生理酸性、中性、碱性盐；化学——有关化学计算，酸碱度；环保——水体污染。本题属于基础知识、基本能力综合型，结合题意分析综合来解决实际问题。【典题变式1】1.农村有句谚语“雷雨发庄稼”，这是由于在放电的条件下，空气中的氧气和氮气化合生成了氮的氧化物，氮的氧化物再经过各种复杂的化学变化，最后生成了易被农作物吸收的硝酸盐。可以说，雷雨给庄稼施加了（）A.钾肥B.磷肥C.氮肥D.复合肥2.熊健同学到舅父家做客，看到一个化肥“蛇皮袋”上印有如下图所示商标，还嗅到一股臭味。熊健向舅父解释说：硝酸铵NH4NO3净重：50kg含氮量≥34.3%××化学工业品公司（1）这包化肥是_____________肥，能促使作物茎叶生长茂盛，叶色浓绿；每袋化肥中含该元素的质量至少为_____________kg。（2）该化肥_____________时容易分解；在施用时