高中化学选修2之知识讲解-化学与技术的发展

化学与技术的发展

【学习目标】

1、了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用；

2、了解精细化工产品的生产特点、精细化工在社会发展中的作用。

【要点梳理】

要点一、化肥

【化学与技术的发展#化肥11.钱态氮

(1)概念：氮元素以镂盐的形态存在，主要有碳酸氢锈、氨水、硫酸镂、氯化镂等。

高温，高压、

5

(2)合成反应：3H2+N2—ffi®-2NH3

NH3+HCI==NH4CI

NH3+H2O+CO2==NH4HCO3(碳镂)

2NH3+H2so4==(NH4)2SO4(硫镂)

特别提示

碳酸氢钱俗称气肥，干燥的碳酸氢钱比较稳定，若产品中含水量较高，或气温高、空气湿度大，会分解为氨

气、二氧化碳和水，造成氮元素损失。碳酸氨镀不能表施，应采取沟施或穴施，施后立即覆土；不能作种肥，因

为气肥分解时产生的氨气会影响种子发芽；不能撒施，撒施不但会使裸露于地表的肥料迅速分解，降低肥效，还

会因肥料占在茎、叶上，灼烧茎、叶。碳酸氢镂适于各种土壤，肥效快，无副作用，在其分解过程中产生的二氧

化碳还有利于提高作物的光合强度，增产效果显著。硫酸钱、氯化镂是生理酸性肥料，不宜在酸性土壤上施用，

以免增强土壤的酸性。盐碱地不宜施用氯化镂，以免土壤中的钠离子和氯离子增加，给作物造成危害。

2.尿素

(1)组成：化学式为：CO(NH2)2；结构简式：H2N—X—NH2,化学名称为碳酰二胺。

(2)物理性质：无色、无味、无嗅的针状或棱状结晶体。

(3)合成：①18世纪德国化学家维勒用氯化镂溶液和氟酸银反应制备氟酸镂，意外得到了尿素，首次用无

△

机物合成了有机物；NH4Cl+AgOCN==AgClI+NH4OCN；NH4OCN^=CO(NH2)2

②目前生产尿素的原料是氨和二氧化碳：2NH3+CO2暨、加热CO(NH2)2(尿素)+H2O

该反应分两点：2NH3+CO2股'加热H2NCOONH4H2NCOONH4CO(NH2)2+H2O

(4)作用：尿素要经土壤微生物作用水解为氨和二氧化碳：CO(NH2)2+H2O—->2NH3+CC)2。尿素适用于各

种土壤和农作物，长久使用不会引起土壤酸化、变硬甚至板结。

4.磷肥

制备原料：磷矿石［主要成分为Ca3(PC>4)2］、磷灰石［主要成分为Ca5(PO4)3F］、硫酸。

(1)制普钙：

磷矿石与硫酸反应的化学方程式为：Ca3(PO4)2+2H2SO4==Ca(H2PO4)2+2CaSO4o

磷灰石与硫酸反应的化学方程式为：2Ca5(PO4)3F+7H2so4==7CaSO4+3Ca(H2Po4)2+2HFt。

(2)制重钙：

磷矿石与磷酸反应的化学方程式为：Ca3(PO4)2+4H3PCU==3Ca(H2Po4)2。

磷灰石与磷酸反应的化学方程式为：Ca5(PCU)3F+7H3Po4==5Ca(H2Po4)2+HFf。

特别提示

(1)H3Po4：

Ca3(PO4)2+3H2SO4==3CaSO4I+3H3PO4Ca5(PC)4)3F+5H2SO4==5CaSCU+3H3PO4+HFt

(2)重过磷酸钙又称重钙，主要成分为Ca(H2Po4)2。含P2O5约40%〜50%。为白至灰白色固体，吸湿，溶

于水。是一种有效磷含量很高的磷肥。但施用时勿与碱性物质共用以防生成磷酸钙而降低肥力。发生反应

Ca(H2Po4)2+2Ca(OH)2==Ca3(PO4)2I+4H2Oo

要点二、农药

【化学与技术的发展#农药】1.杀虫剂与虫害的防治

(1)杀虫剂的分类：常见的杀虫剂主要包括有机氯类、有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类化合物等。

(2)农药发展阶段：天然产物和无机物等属于人类最早使用的第一代农药；有机氯、有机磷、氨基甲酸酯

等有机合成农药为第二代农药；拟除虫菊酯和特异性农药等则是人类开发和利用的第三代农药。

(3)第三代农药的特性：第三代农药具有了高效、低毒和低残留的特点。被称为“环境友好农药”。

2.病害和草害的防治

(1)杀菌剂：最早使用的杀菌剂有石灰、硫黄及它们的混合物石硫合剂。硫酸铜和石灰的混合物(波尔多

液)可以防治葡萄的霜霉病。后来，人们又发明了内吸性属菌剂，与保护性杀菌剂相配合，使防病效果大大增强。

(2)除草剂：化学除草剂(除莠剂)可以杀死杂草而不伤害作物。

(3)植物生长调节剂：通过模拟天然植物生长的化合物，人们合成了一些用来促进或抑制植物生长的化合

物，这类物质就是植物生长调节剂。如乙烯就是一种结构最简单的植物激素。但由于乙烯是气体，在实际使用中

很不方便，近年来研制了能在植物体内产生乙烯的植物生长调节剂(如乙烯利等)。

OH

I

CICH.CH.—P-()—*CH2=CH2+HC1+HPQ,

-

乙烯利

要点诠释：波尔多液的配制

按重量：硫酸铜1份，块状熟透的生石灰0.5〜2份，水100〜200份。用1/10的水溶化生石灰配成石灰乳,

用剩下的水溶化硫酸铜，然后将稀硫酸铜溶液慢慢倒入石灰乳中，并不断搅拌，药液呈天蓝色时即成。配制时不

能把石灰乳倒入硫酸铜溶液中，因为这样配制出的波尔多液容易沉淀，防病效果差，还会出现药害。

在配制波尔多液时要用陶瓷类水缸、瓦罐，不能用铁器配制，并随配随用。

要点三、肥皂的制取

【化学与技术的发展#肥皂11.原理：油脂在碱性条件下水解可制高级脂肪酸钠和甘油。

化学方程式为：

RiCOO—<pH2(pH2—OH

R2coO—1H+3NaOH--»RiCOONa+R2coONa+R3coONa+俨一OH

R3COO—CH2CH2—OH

油脂在碱性条件下的水解又叫皂化反应。

2.生产过程：把动物性脂肪、植物油进行皂化反应来制取肥皂。皂化反应后生成的高级脂肪酸钠、甘油和

水形成混合液，为了使高级脂肪酸钠和甘油充分分离，继续加热搅拌，并慢慢加入食盐细粒，使高级脂肪酸钠从

混合液中析出(此过程即为盐析：借助无机盐的作用，减小有机物在水中的溶解度)。

要点诠释：肥皂的生产原理

(一).工业制造肥皂的过程

；压滤

LH]甘油

(二).肥皂的实验室制备

(1)原理：油脂在碱性条件下的水解。

操作：在一个干燥的蒸发皿中加入8mL植物油、8mL乙醇和4mLNaOH溶液。在不断搅拌下，给蒸发皿

中的液体微微加热，直到混合物变稠。继续加热，直到把一滴混合物加到水中时.在液体表面不再形成油滴为止。

把盛有混合物的蒸发皿放在冷水中冷却。稍待片刻，向混合物中加20mL蒸储水，再放在冷水浴中冷却。然后

加入25mLNaCl饱和溶液，充分搅拌，用纱布滤出固体物质。把固态物质挤干，将其压成条形，即制得肥皂。

(4)说明：①加入NaCl饱和溶液的作用是使肥皂析出。

②加入少量乙醇的作用是促进油脂与水的互溶和高级脂肪酸的水溶性，有利于反应顺利进行。

要点四、合成洗涤剂

【化学与技术的发展#合成洗涤剂】1.工业上以石油裂解产品(烷烧、苯)、硫酸、氢氧化钠等为原料，合

成了一系列与肥皂分子结构相似的化合物，这类化合物统称为合成洗涤剂。

2.十二烷基苯磺酸钠的合成

+a?

C12%

光照

HCThH

HSO3H_±叱艮

c1225

3.分子结构和配方的优化

(1)确定合适的碳链长度：含碳原子个数以12〜18为最佳。

(2)选择不含支链的煌基：当合成洗涤剂含有支链的炫基时，通常难以被生物降解。

(3)合理的配方：为了提高合成洗涤剂的综合性能，满足不同的用途和需要.除了烷基苯磺酸钠等表面活

性剂外，生产中还要加入一定数量、一定规格要求的多种助洗剂和辅助剂，如纯碱、硅酸钠和含磷化合物等。

特别提示

(1)含磷化合物是一种较好的助剂，但含磷污水的任意排放会造成赤潮和水华等环境污染问题，所以，目

前大多生产无磷洗涤剂。

(2)加入荧光增白剂可使衣物看起来亮白；加入少量香料可使衣物洗后留香；添加酶制剂可以去除衣物上

的血渍、奶渍等。加酶洗衣粉不宜在高温、潮湿环境中贮存的原因是洗衣粉中的酶在高温条件下会变性而失去活

性。

要点诠释：肥皂和洗衣粉在成分上有何区别？二者各有什么优缺点？

(1)肥皂的主要成分为高级脂肪酸的钠盐，洗衣粉也叫合成洗涤剂，主要成分为烷基苯磺酸钠。

(2)制肥皂需要消耗大量油脂。但油脂是可以再生的；制造合成洗涤剂以石油化工产品为原料，可以节省

食用油，但石油资源是有限的。

肥皂在自然界能被微生物分解，不会累积污染水源。有些合成洗涤剂很稳定，不能被微生物分解，能积累而

污染水源。

肥皂在硬水中使用时能跟Ca2\Mg2+形成不溶于水的钙盐和镁盐，浪费了部分肥皂。合成洗涤剂跟Ca2\

Mg2+不能形成不溶盐，所以，它可以在硬水中有效地使用。

肥皂长时间储存容易变质，合成洗涤剂不易变质。

【典型例题】

类型一：化肥及其合理施用

例1(2014广东检测)硫酸钱是农村常用的一种钱态氮肥。试回答下列问题：

(1)某硫酸镂肥料，实验测得氮的质量分数为20%,这种样品中可能混有()。

A.碳酸氢钱B.硝酸钱C.氯化钱D.磷酸氢二镀

(2)下列物质不能跟硫酸镂肥料混合施用的是()。

A.硝酸镂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()o

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

【思路点拨】施用肥料特别是混合施用肥料时一定要结合肥料的性质，进行合理施肥。

【答案】(1)A(2)B(3)B

【解析】(1)硫酸镂的含氮量为21.2%>20%,则必定混有合氮量比20%小的一种化肥,经计算只有NH4HCO3

含氮量低于20%。(2)硫酸镂为镂态氮肥，这种肥料不能跟碱性物质混合施用，因易产生挥发性物质氨气，降低

肥效；硝酸镂、过磷酸钙［Ca(H2Po4)2•H2O、CaSO4］都显酸性，氯化钾显中性，而草木灰的主要成分是K2c。3,

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。

【总结升华】农药、化肥使用注意“四不混”：

a.碱性肥料氨水、草木灰等不能与敌百虫、乐果、甲胺磷、速灭威、托布津井冈霉素、多菌灵、叶蝉散、

菊酯类杀虫剂等农药混用，否则会降低药效。

b.碱性农药石硫合剂、波尔多液、松脂合剂等，不能与碳酸氢铁、硫酸镂、硝酸镂、氯化镂等镂态氮肥和

过磷酸钙等化肥混用，否则会使氨挥发损失，降低肥效。

c.含碑的农药，如碑酸钙、碎酸铝等不能与钾盐、钠盐类化肥混用，否则会产生可溶性神而发生药害。

d.化学肥料不能与微生物农药混用，因为化学肥料挥发性、腐蚀性很强，若与微生物农药如杀螟杆菌、青

虫菌等混用，则易杀死微生物，降低防治效果。

举一反三：

【变式1】为同时施用分别含有N、P、K三种元素的化肥，对于给定的化肥：①K2co3；②KC1；③Ca(H2PCU)2；

@(NH4)2SO4；⑤氨水，最适宜的组合是()

A.①③④B.②③④C.①③⑤D.②③⑤

【答案】B

【解析】本题结合盐类水解知识考查化学肥料的使用，施用等基本常识。题给磷肥Ca(H2Po4)2在碱性条件

下将转化为不溶性的Ca3(PO4)2,因此在选用其他肥料混用时不能使用碱性物质或水解显碱性的物质。

【变式2］Ca3(PO4)2和H2SO4按物质的量之比为1：2.5比例混合，判断产物是()

A.Ca(H2PC)4)2、CaHPC)4、CaSO4B.Ca(H2Po4)2、CaSO4

C.Ca(H2Po4)2、H3Po4、CaSC)4D.CaHPC)4、CaSC)4

【答案】c

【解析】为方便分析，把比例关系转化为2：5,首先根据SO42-守恒确定必有产物CaSO4。且其化学计量数

必为5。根据Ca2+守恒，可确定Ca(H2Po4)2的化学计量数必为1。再根据PC^-守恒，可确定H3PCU的化学计量

数必为2„由此得到该发生反应的化学方程式为：2Ca3(PO4)2+5H2SCU==5CaSO4+Ca(H2Po4)2+2H3PO4。

类型二：农药及其合理使用

例2(1)磷在自然界主要以的形式存在于矿石中。磷的单质有多种同素异形体，其中最常见的是

有毒的和无毒的o

(2)磷在不充足的氯气中燃烧的化学方程式为-

而在过量的氯气中燃烧的化学方程式是。

(3)磷(相对原子质量为31)在空气中燃烧的氧化物通常可作强干燥剂。制备100g这种干燥剂所消耗的

空气的体积约为Lo(在标准状况下)

CHOS

3\||

P-SCH2cONHCH

(4)有机磷农药“乐果”的结构简式是：CH3(「,其中所含的双键有个。

【思路点拨】本题属于知识的重现，需要熟练重现学过的知识点。

【答案】(1)磷酸盐白磷红磷

占燃占燃

(2)2P+3Cb^^2PC132P+5Cb^^2PC15

(3)188(空气中O2含量按为21%算)或197(空气中。2含量约:算)

(4)2

【解析】(1)磷的单质比较活泼，所以磷元素在自然界以化合态的形式存在，且大多以磷酸盐的形式存在于

矿石中。磷的同素异形体中最常见的是白磷和红磷，其中白磷有毒，红磷无毒。(2)磷在不充足的氯气中燃烧生

占燃占燃

成PC13,而在过量的氯气中燃烧由于发生：PC13+C12=^PC15,所以最终产物为PC15。(3)根据4P+O2C^

2P2。5,制备100gP2O5需02的物质的量为一100g,X-,需空气的体积为：一100gX-x22.4L.mor1

142g-mol-12142g-mol-12

XW2=188L。(4)乐果分子中除了一个P=S双键外，还有一个C=O双键。

21

【总结升华】本题主要考查了磷元素的存在和磷单质的相关性质，并以此设计了一个根据化学方程式的简单

计算，并给出了有机磷的结构简式，要求判断其结构特点。试题属容易题，没有障碍点，学生只要对元素及其化

合物知识掌握得较牢固，一般能够较快地解决此问题。

举一反三：

【变式1］某课外活动小组用含铜96%的废铜屑制取胆矶(五水合硫酸铜)。将铜屑放入稀硫酸中，加热并

不断鼓入空气，在氧气作用下便生成硫酸铜。

(1)写出生成硫酸铜的化学方程式________________o

(2)现有1kg这种废铜屑理论上能制取胆矶多少千克？

(3)将胆帆与生石灰、水按质量比依次为1：0.56：100混合配制成无机铜杀虫剂波尔多液。

①此波尔多液中O?+和Ca2+的物质的量比为。(最简整数比)

②波尔多液有效成分的化学式可表示为CuSO4-XCU(OH)2-yCa(0H)2,此种配比当x=l时，试确定y的数

值。

【答案】(1)2CU+O2+2H2SO4==2CUSO4+H2O

(2)3.75kg(3)@2：5②尸4

△

:

【解析】(1)可将该过程理解为两步反应：2CU+O22CuO,CUO+H2SO4==CUSO4+H2O

960g

(2)1kg这种废铜屑中含Cu的质量为：1000gX96%=960g,相当于------J=15mol,根据Cu元素

64g-mol

守恒，可知制得胆矶的物质的量也为15mo1,其质量为：15moix250g工^=3.75kg。

1000g

2+2+

(3)①〃(Cu):n(Ca)=——~~r:856g

250g-mol156g-mol

②

CuSO4+Ca(OH)2==CaSO4+Cu(OH)2

反应前2500

参加反应1111

反应后1411

所以CuSO4•XCU(OH)2•yCa(OH)2中y=4。

【变式2】瑞士化学家保罗•米勒用氯苯、三氯乙醛为原料，通过缩合反应制得滴滴涕(DDT)

HH

+

2+(X—CCh—修°

CC13

在农业上使用DDT,减少病虫害，使农业粮食增产15%；DDT的使用，有效杀死蚊蝇、体虱，从而避免疟

疾、斑疹伤寒的流行，拯救了数千万的生命。保罗•米勒于1948年荣获诺贝尔生理或医学奖。但是，DDT的大

量生产和广泛使用，造成环境污染，1962年美国生物学家莱切尔•卡逊对DDT造成的公害写到：“天空无飞鸟,

河中无鱼虾，成群鸡鸭牛羊病倒和死亡，果树开花但不能结果，农夫们诉说着莫明其妙的疾病接踵袭来。总之,

生机勃勃的田野和农庄变得一片寂静，死亡之幽灵到处游荡”。随后，世界各国相继明令禁止生产和使用DDT。

诺贝尔奖委员会对此项诺贝尔颁布表示深深的愧疚。

阅读上述材料，回答以下问题：

(1)DDT仅使用大陆面积2%的土地，但75%以上地域都发现了DDT,在远离施药地区的南极企鹅和北极

土著居民体内也发现DDT,其原因是________________。

(2)DDT在动物体内可以转化为一种使动物生长失调的物质A,其结构式如下：C1Y2》-。

CC12

从DDT变为A的化学反应类型是,在实验室实现上述转化的化学反应方程式是o

(3)按疾病传播途径来分类，疟疾应当属于传染病。

(4)下表是甲、乙、丙、丁四个种群，在一个达到生态平衡的环境中所含有的总能量和残留农药DDT的

平均浓度

甲乙丙T

能量/kJ2.8X1091.3X1089.1X1072.9X107

DDT浓度/(〃g•ml/i)0.040.350.393.4

请分析上述数据回答下列问题：

①甲在该生态系统中的成分应属于o

②上述四个种群的最简单的能量流通渠道是。

③在能量流动的渠道中，生物体内DDT的浓度而增高。

(5)杀虫剂“1605”与H3PO4的结构如下：

QH.OSH(\?

P—OH

/

QHsOHO

杀虫剂“1605”H^PO,

请分析回答：

①杀虫剂“1605”按有机化合物的分类应当属于o

②杀虫剂“1605”在使用过程中，不能与何种物质混合使用？简述其原因。。

③杀虫剂“1605”的毒性(对人畜而言)远高于DDT,但“1605”至今尚未禁用，其原因是。

【答案】(1)DDT的化学性质稳定，它通过食物链的传递，在生物体内富集，而鱼类、鸟类等生物通过海

洋和天空可以迁移到很远的地方，含有DDT的鱼类、鸟类被企鹅或人类捕食，随之进入南极企鹅和北极土著居

民体内。

(2)DDT在动物体内变为有机物A的反应类型属于消去反应。在实验室实现上述转化的化学方程式是：

C1-—C~~《＞-C1+NaOH,"Cl~《~~—Cy1—Cl+NaCl+H；O

CCl,CC12

(3)疟疾主要通过蚊虫叮咬而传染，从传播途径分析，应当属于血液传染病。

(4)①甲、乙、丙、丁构成的生态环境中的食物，生物种群甲的总能量最高，因此是生态系统中的生产者。

②乙、丙两个生物种群是初级消费者，丁则为此食物链中的高级消费者，其最简单的能量流通渠道应为：

③由于DDT难溶于水，易溶于脂肪，很难通过尿液或粪便排出，而在生物体内聚集，而且DDT的浓度会

通过食物链在生物体内富集，而且营养级越高，生物体内的DDT浓度也就越高。

(5)①将杀虫剂“1605”与H3P的结构对比分析，可判知“1605”应当属于硫代磷酸酯，可将其视为硫

HO\F

代磷酸(OH)与乙醇(C2H5OH)、对硝基苯酚(HO-^23^N02)发生酯化反应的产物。

HO'=

②杀虫剂“1605”属于酯类，具有酯的通性，在碱性条件下易发生水解而失效，所以，“1605”不能与碱性

物质混合使用。

③DDT属于有机氯农药，稳定性高，难降解，又难于排出体外，造成在生物体内积累中毒；“1605”属于有

机磷农药，虽对人畜有剧毒，使用时需严格控制，确保安全，施用对植物安全，杀虫力强，且两周后可被植物吸

收分解，残毒少，这是至今尚未禁用的原因。

类型三：精细化工

例3试判断下列物质能否溶于水，能溶于水的组合是()

①葡萄糖；②己六醛；③硬脂酸；④硬脂酸钠；⑤硬脂酸镁；⑥乙二酸；⑦

I-COONa'

⑨；®)OO

CH3cH2cH2SO3NaCH3(CH22—SO3Na

A.①④⑥⑦⑨B.全溶C.除⑤⑧外全溶D.①④⑥⑦

【答案】A

【解析】一OH、一COOH、一CHO都是亲水基，但较一COO,一SO3一差。①⑥中相当于每个C原子上都

有亲水基，故易溶于水。而②中只有一个弱的亲水基，而余下的5个C均为憎水基，故②不溶于水。⑧中苯酚

溶解度不大，上去3个憎水的澳原子后，更加不易溶解于水中，⑤中的硬脂酸镁为沉淀。⑦⑨⑩和④相比，⑦⑨

憎水基小，憎水性差，可溶于水，而⑩由于憎水基太大，难溶于水。

举一反三：

【变式1］（2014长沙检测）下列有关合成洗涤剂的叙述错误的是（）。

A.在洗涤剂烷基苯磺酸钠中，烷基含碳原子的个数以12〜18为宜

B.在洗涤剂烷基苯磺酸钠中，烷基应以带有支链的为宜

C.在合成洗涤剂中添加酶制剂可提高洗涤效果

D.在合成洗涤剂中应以无磷助剂代替含磷助剂

【答案】B

【解析】A项，烷基是亲油憎水基，故碳原子的个数不宜太多或太少，以12〜18为宜，正确；B项，在洗

涤剂烷基苯磺酸钠中，烷基应以直链为宜，因为当其含有支链煌基时，很难被生物降解而易造成水体污染，故不

正确；C项，在合成洗涤荆中添加酶制剂可除去某些特殊的污渍，提高洗涤效果，正确；D项，含磷助剂会使水

体富营养化，故应以无磷助剂代替，正确。

例4十二烷基苯磺酸钠（CH3（CH2）n—是常用普通洗衣粉的主要成分。其结构可用图形

O一•来表示，•端为链煌基，。端为极性基。根据这一结构特点，试分析和回答下列问题。

（1）十二烷基苯磺酸钠分子在水溶液表面分布的结构示意图，应是下列各图中的图（）（填写序号），

理由是________

ABCD

（2）进入水内部的十二烷基苯磺酸钠分子，可能会以下列结构式图中的结构形式存在（填写序号）（）

【思路点拨】本题属于必修2中有机化学知识的延伸，考查基团的水溶性。注意燃基对溶解性的影响。

【答案】（1）C（2）AD

【解析】（1）水分子为极性分子