高中化学选修2化学与技术-第4单元 课题1 化肥和农药

高中化学选修2化学与技术-第4单元 课题1 化肥和农药

4.1《化肥和农药》 教学目标 知识与能力 1、了解与化学肥料、农药、植物生长调节剂和除莠剂有关的 化学原理。2．通过典型事例了解化学肥料、农药、植物生长 调节剂和除莠剂及其发展趋势。 教学重点、难点： 了解与化学肥料、农药、植物生长调节剂和除莠剂有关的化 学原理。 探究建议： 1、调查当地农村使用化学肥料的情况，写成调查报告，与同 学交流讨论。2、测定土壤的酸碱度，讨论改良酸性土壤和碱 性土壤的一般方法。3、参观调查：化学在农林产品深加工中 的应 用。4、交流讨论：从农药DDT的广泛使用到禁用所引发 的思考。 课时划分：两课时 第一课时 使用化肥是保障农业增产的重要措施，它 为解决迅速增长的人口吃饭问题建立了不可 磨灭的功绩。农药可杀灭与我们争夺粮食的 害虫，消灭与农作物争夺营养的杂草以及莠 蚀种子和作物的霉菌。挽回作物的损失，在 农业生产和粮食贮存中得到广泛的应用，此 外在林业畜牧业和控制人类健康的传染病方 面，农药也同样做出了贡献。 氮肥：尿素NH（CO）2、碳酸氢铵、硫酸铵、硝 酸铵等 磷肥：过磷酸钙（Ca（H2PO4）2·H2O、CaSO4）←原 料：Ca5（PO4）3F； 钙镁磷肥（Ca2（PO4）3 、Mg2（PO4）3）；钢渣 磷肥 钾肥：草木灰、氯酸钾、硫酸钾、硝酸钾等←产自 固态钾盐矿、液态钾盐卤、工农业含钾的副产品和肥 料。 思考与交流 思考与交流:化肥为农作物补充那几种元素？分 别列出几种化肥，写出它们的化学式。 一、化肥为农作物补充必要的营养元素。 1、钾石盐矿是生产钾盐的主要资源。其 主要成分为氯化钠和氯化钾．工业上通常采 用溶解结晶法方法得到氯化钾。想一想．这 是利用了什么原理? 2．察尔汗盐湖的百万吨钾肥工程成为我 国西部开发的标志性工程，请你查阅有关资 料，分析当地的自然条件给钾盐生产带求了 哪些有利和不利因素？ 提示：氯化钠溶解度随温度变化不大；氯化钾 溶解度随温度变化较大 察尔汗盐湖位于柴达木盆地中南部。海拔 2670米，南距格尔木约60公里，北距大柴旦 110多公里。南北宽40多公里，东西长140多公 里，总面积为5800多平方公里。它是柴达木四 大盐湖中面积最大、储量最丰的一个，也是我 国 最 大 的 天 然 盐 湖 ， 在 世 界 排 名 第 二 。 察尔汗盐湖，是一个以钾盐为主，伴生有 镁、钠、锂、硼、碘等多种矿产的大型内陆综 合性盐湖。它有着极为丰富的钾镁盐资源，其 储量达500亿吨，是我国钾镁盐的主要产地。 方案1、利用硝酸钠矿藏 1809年在南美洲的智利发现了—个很大的硝酸钠矿 (称为智刮硝石)、1880年以后．硝石工业发展迅 速．每年由于硝石出口所获得的税收成为智利政府的 主要财政来源 直至120世纪初。由硝石提供世界上 50%氮肥。 方案2、 电弧法高温固定氮 人们效仿自然界雷电作用。使氮氧化后被雨水带 到地表的过程，采用人工电弧所产的高温．将空气加 热到3000℃以上。这时空气中的氮就有少量与氧化合 生成氮的氧化物，然后迅连用水或石灰乳吸收制造硝 酸或硝酸钙，利用这种方法可得到质量分数约为30% 的硝酸或硝酸钙；每度(kW·h)电可产生70克硝酸。 下列是几种补充土壤氮肥的方案．请你 试着分析和评价 方案3、炼焦副产氮肥 19世纪初．炼焦工业已经兴起，煤中含有1%--3%的含氮化合物．在炼焦 或其他煤的气化过程中约有20%的合氮化合物转变成氨，并与水分一起冷 凝成氨水、人们就用硫酸中和稀氨水制造硫酸铵。这种工艺逐渐取代硝 石在氮肥中的地位．至今硫酸铵仍然是炼焦厂的一项重要副产品。 尿素是一种铵态氮肥，工业上生产尿素的化学反应是： CO2+2NH3 CO(NH2)2+H2O 　　已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H2与CO2，H2 是合成氨的原料，　CO2供合成尿素用。若从原料被充分利用的角 度考虑，选用　　作原料好。 A.CO B.石脑油(C5H12,C6H14) C.CH4 D.焦炭 　　作出这种选择的理由：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 解析：　根据反应：N2+3H2 2NH3和CO2+2NH3 CO(NH2)2+H2O， 要充分利用原料，显然在原料与水反应产生的H2与CO2的物质的 量之比等于或接近于3:1时，上述反应趋于恰好反应，原料得以充分 利用。根据题示信息： C+2H2O=2H2+CO2 (2:1)CO+H2O=H2+CO2 (1:1)CH4+2H2O=4H2+CO2 (4:1)C5H12+10H2O=16H2+5CO2 (3.2:1)C6H14+12H2O=19H2+6CO2 (3.2:1)故石脑油的利用率最高，答 案为B。 全国单套最大的尿素生产装置 1、氨的催化氧化 Pt—Rh 4NH3+5O2 =====4NO+6H2O 800ºC 2、一氧化氮的氧化：2NO+O2 = 2NO2 3、二氧化氮的吸收：3NO2+H2O = 2HNO3+NO 4、HNO3+NH3=NH4NO3 解析：解此题必须注意以下三点： 第一，合成氨厂日生产能力为30吨，现以NH3为原料生成 NH4NO3．NH3的用途有两方面：一方面，用NH3氧化制HNO3．另 一方面用NH3与制得的HNO3作用制NH4NO3．关键是计划好生产多 少吨HNO3，才能使NH3原料最大限度地被利用．HNO3生产少了， 则NH3不能全部被HNO3吸收，NH3浪费了．HNO3生产多了，HNO3 又浪费了．所以设HNO3日生产能力为x吨，x吨HNO3需用多少吨 NH3氧化制得，又可以吸收多少吨NH3生成NH4NO3，通过生产 HNO3的数量把氨的两方面用途联系起来． 某合成氨厂的日产氨能力为30吨，现以氨为原料生 产硝酸，若硝酸车间的原料转化率为92%，氨被吸收为 NH4NO3的转化率为98%，求硝酸车间日产硝酸多少吨 才合理？ 第二，氨氧化制硝酸中，其关系式如下： 4NH3＋5O2 4NO＋6H2O 2NO＋O2＝2NO2 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO 此反应中NO是被循环利用的，即NO又被氧化成NO2，再与水作用生 成HNO3，因此NO2与水反应的化学方程式应为： 4NO2＋2H2O＋O2＝4HNO3，所以氨氧化制硝酸的关系式如下： NH3-NO-NO2-HNO3(NH3全部转化成HNO3) 第三，在实际生产过程中，氨不可能100％被氧化生 成HNO3，也不可能100％被HNO3吸收生成硝酸铵，题给条 件是NH3转化为硝酸的转化率为92％，氨被硝酸吸收的吸 收率为98％，在数量关系上，我们必须掌握住一条原则， 代入化学方程式的量必须是纯量．设日产HNO3的质量为x， NH3用于生产HNO3的质量为y．由各步反应方程式得氨氧化 制HNO3的关系为： 催化剂  答案：硝酸车间日生产能力为52.76 t才合理． 查阅有关资料，了解我国化肥生产是否满足农业生产 的需要；氮磷钾生产结构是否合理?针对目前的状况提 出你的建议。 玻璃微肥 农作物生长除了需要氮、磷、钾等大量元素外．还 需要铁、锰，锌、铜、硼、稀土元素等微量元素；含有 这些微量元素的酶和维生素是作物体内营养物质形成和 新陈代谢不可缺少的物质，玻璃微肥的生产原理是将作 物所需的微量元素素固定在玻璃细粉颗粒中，由于玻璃 微溶于水。微量元素就可以从玻璃中缓慢释放出来、实 际生产中选用废破璃、粉煤灰、炼钢炉渣和矿石等力原 料生产玻璃微肥，玻璃微肥具有不易被雨水冲洗、肥效 时间长、不污染环境等特点．在充分利用固体废弃物方 面更具有化势。 交流：自己得到的有关农药与农作物的关 系，农药的发展变化情况。 世界上因病害、虫害和草害所造成的粮食减产约占产量 的30%-40%，化学防治在综合防治中占有重要的地位，为 寻找高效、低毒、低残留的农药，克服害虫的抗药性，需 要不断的研究发现新物质来解决这些问题。 1、杀虫剂与虫害的防治 阅读与思考：第1、2自然段总结防治虫害的方法 有哪些？人们为寻找高效、低毒、低残留的农药经 历了哪些过程？与农药有关的元素在周期表的什么 位置？ 天然物质防治虫害（如燃烧艾嵩、烟草等）→化学方法防治虫 害（含砷、硫的无机物→含氟、氯的有机物→含磷有机物）。 第一代农药：天然产物和无机物；第二代农药：有机氯类、有机 磷类、氨基甲酸酯类；第三代农药：拟除虫菊酯、特异性农药。周 期表右上角，非金属区。 拟除虫菊酯： 指 一 类 结 构 或 生 物 活 性 类 似 天 然 除 虫 菊 酯 的 仿 生 农 药 ， 是 在 仿 造 天 然 除 虫 菊 花 有 效 成 分 及 其 化 学 结 构 的 基 础 上 发 展 起来的高效、 安 全 新 型 杀 虫剂。 70年代后以研究从天然除虫菊科植物中提取的除虫菊酯杀虫剂为 契机，开始了天然源农药的研究，人们不但实现了它的合成，又以 它为先导结构进行了仿生合成，已知制出的多种拟除虫菊酯类农药 的杀虫效果甚至大于过去的某些农药数倍到数十倍，而且是低毒、 用量少、低残留农药。 此外，科学家们不但研制出昆虫绝育剂、 驱避剂等药物，而且还从昆虫体内分离出多种包括性、食物及产卵 的引诱剂。极少量这类药物，在诱捕阱的配合下，一次可捕杀大量 害虫。 近年来出现一些作用机理特殊的农药如：1996年投入市场 的“新奇农药商品”是第一个植物活化剂或称植物引发剂，它本身 并无抑菌和其它生物活性，施用后却能使植物体内获得内吸性抗性 (简称SAR)，以抵御真菌性病毒侵入。又如昆虫甲壳素抑制剂氟 铃脲能通过抑制形成昆虫壳体的甲壳素的生成来杀死害虫，但它却 是对环境高度安全的，为此它和另外两种农药即：除草剂二氟吡隆 和昆虫生长调节剂双苯酰肼共同获美国总统绿色化学奖。 在自然界中，由真菌引起的植物病害占植物病 害总数的80％以上，1845年前后，一种由霉 菌导致的马铃薯晚疫病在欧洲大泛滥。这种病以 飞快的速度传播着，使欧洲 5／6的马铃薯被毁 坏。那时欧洲人以马铃薯为主要粮食，马铃薯晚 疫病致使北爱尔兰的800万居民处于饥荒之中， 100万人被饿死，或因身体虚弱生病而死。 1879年，葡萄霜霉病在法国的葡萄园中大流行， 这也是由霉菌引起的病害，它严重毁坏了法国各 地的葡萄园，使誉满世界的法国的葡萄酒酿造业 一度陷于停顿。 2、病害和草害的防治 波尔多液是最早的保护性杀菌剂之一，是一种广谱无机杀菌剂，是由硫 酸铜和石灰乳混合而成的一种天蓝色胶状悬浮液。杀菌的主要成分是碱 性硫栈铜，粘着力强，药液喷在植物表面可形成一层薄膜，不易被雨水 冲刷，残效期长。而内吸性杀菌剂能渗入植物组织或被植物吸收并在植 物体内传导。多数为单向向顶传导，而少数药剂可以双向传导。这类内 吸性杀菌剂保护植物免受病菌侵害，并抑制已经侵入植物组织的病菌生 长，或者使植物免受病害 2．农药在植物体内的残留 农药在土壤中受物理、化学和微生物的作用，按照其被分解的难 易程度可分为两类：易分解类（如2，4-D和有机磷制剂）和难分解 类（如2，4，5-T和有机氯、有机汞制剂等）。难分解的农药成为 植物残毒的可能性很大。 植物对农药的吸收率因土壤质地不同而异，其从砂质土壤吸收农 药的能力要比从其他粘质土壤中高得多。不同类型农药在吸收率上 差异较大，通常农药的溶解度越大，被作物吸收也就越容易。例如， 作物对丙体666的吸收率要高于其他农药，因为丙体666的水溶性大。 不同种类的植物，对同一种农药中的有毒物质的吸收量也是不同的。 例如，对有机氯农药中艾氏剂和狄氏剂的吸收量：洋葱＜莴笋＜黄 瓜＜萝卜《 胡萝卜。农药在土壤中可以转化为其他有毒物质，如 DDT可转化为 DDD、DDE，它们都能成为植物残毒。一般说来， 块根类作物比茎叶类作物吸收量高；油料作物对脂溶性农药如 DDT、 DDE等的吸收量比非油料性作物高；水生作物的吸收量比陆生植物 高。 在农田滋生的杂草，会与作物和栽培植物 争光照和CO2，争土壤水分、养料和肥料，争 夺生存空间，降低土壤温度，影响作物生长。 传统方法缺点：费时、费事； 化学除草剂优点：杀死杂草而不伤害作物， 节省大量劳力，有利于农业机械化发展和耕 作栽培技术的更新。 以除草剂2、4D极其结构变化为例，观察化学家是怎样 分析和改变其结构而影响其药效的？ ●苯环及其取代基的变化：氯原子的取代数目和位置以及甲基的引 入对活性有重要影响．也可用其他杂环或稠环代替苯环。 ●侧链的变化：脂肪酸的碳链长度对活性也有重要影响。 ●羧酸基团的变化：将羧酸变成盐。酯、酰胺等羧酸衍生物可以调 节除草剂的选择性。例如。这类除草剂对阔叶杂草共有高度的活性。 但对禾本科杂草却无活性。因此，—般用来防治谷类作物以及牧场、 草地中的双子叶杂草。 亦称植物生长调节物质。指那些从外部施加给植物，只要很微量就 能调节、改变植物生长发育的化学试剂。除了植物激素从外部施加 给植物作为生长调节剂外，更多的植物生长调节剂，是植物体内并 不存在的人工合成有机物，主要有：一是植物激素类似物，例如与 生长素有类似生理效能的吲哚丁酸、萘乙酸、2，4-D等，与细胞分 裂素有类似生理效能的激动素和6-苄基氨基嘌呤等。二是生长延缓 剂，有延缓生长作用，降低茎的伸长而不完全停止茎端分生组织的 细胞分裂和侧芽的生长，其作用能被赤霉素恢复，例如矮壮索 （CCC）、丁酰肼（B9）、调节安等。三是生长抑制剂，也有延缓 生长的效果，但与生长延缓剂不同，它们主要干扰顶端的细胞分裂， 使茎伸长停顿和顶端优势的破坏，其作用不能被赤霉素恢复，例如 青鲜素（MH）等。另外，由于除草剂大都是人工合成的生长调节剂， 因此，有人把除草剂也作为一大类生长调节剂。植物生长调节剂， 在农业生产上，可分别用在促进或抑制植物的营养生长，促进或抑 制种子、块根、块茎的发芽，防止或促进器官的脱落，促进生根、 座果和果实发育，控制性别分化、诱导和调节开花，催熟或延迟成 熟和衰老，以及杀死田间杂草等方面。 乙烯对多种作物有促进成熟，早熟 增产等效果。但乙烯是气体，难用 于大田生产，而一种人工合成的化 学调节剂——乙烯利能被吸收，在 体内释放乙烯，起到跟应用乙烯气 体同样的效果： 作业： 第二课时 农药危害：破坏害虫与天敌之间的平衡，造成蜜 蜂大量死亡、家蚕中毒。造成土壤和作物的农药 残留，造成毒害水生生物和污染水源。 化肥的合理使用：考虑土壤的酸碱性、作物营养 状态等因素外，还必须根据化肥本身的化学性质 进行科学使用。如硫酸铵使用于雨水充沛的地区； 而硝酸铵使用于比较干燥的地区且和其它肥料混 合使用。不合理使用造成土壤酸性增强，土壤板 结，水体富营养化，产生水华等污染现象。 农药施用后，在作物、土壤以及其他环境中剩余 的痕量取药及其代谢产物称为农药残留。如果人或 其他高等动物长期食用残留农药达到一定浓度的食 物，就会使农药在体内慢慢累积起来引起慢性中毒。 农药残留及其危害主要有两种途径，(1)施用药剂 对农作物的直接作用以及农作曲对土壤等环境中残 存农药的吸收。例如在接近收获期施用过多，过浓 的农药，会造成农产品中残留农药的过量。农药对 作物这种污染取决于农药本身的化学性质，加工剂 型以及施药时间和方式等，也与农作物的品种．特 性有关：(2)通过食物链造成的富集。 阅读下列材料，交流是否应该完全取缔化学农药 的使用。 《寂静的春天》简介 1962年6月《纽约人》杂志分三次发表了卡逊女士《寂静的春天》 缩写本，9月出版全书。书是从一个震撼人心的“明天的寓言”讲 起： “一个美丽而充满生机的美国中部小城，以其鸟类丰富多彩 而驰名，当候鸟蜂拥而至的季节，人们会长途跋涉来这里观光。 一天随着一批携有杀虫剂居民的到来，很快发生许多不祥变化。 神秘的疾病袭击成群小鸡；牛羊也病倒和死亡；孩子在玩耍时突然 倒下，几小时后已经死去。能看到几只战栗小鸟，也已不能飞翔。 小路两旁只有焦黄枯萎的植物，小溪也失去生命，因为水中已经没 有鱼类。人从梦中醒来，再也听不到鸟儿歌唱，原野、森林和沼泽 都是一片沉寂，一切声音都没有了，只有可怕的寂静……”卡逊在 寓言最后说：“我知道并没有一个村庄经受过所描述的全部灾难， 但 其 中 某 些 灾 难 在 有 些 地 方 确 已 发 生 ” 。 《寂静的春天》一经问世，很快遭到一片诋毁之声，并由此引发长达数年 之久的杀虫剂论战。当时《纽约时报》的一条消息说：《寂静的春天》现在已成 “喧嚣的夏天”。 论战是从对卡逊冷嘲热讽及人身攻击开始的，随后美国氰氨、 孟山都和维希克尔等杀虫剂厂商，在农业部的暗中支持下，在对她开展强大攻势 的同时还扬言要付诸诉讼，一些媒体也推波助澜，如《时代》周刊的评论中说： 卡逊由于处理问题过于简单，所提出的许多引起人们恐慌的推论都是毫无根据的， 是彻头彻尾错误的。 滥 用 杀 虫 剂 造 成 恶 性 循 环 药物DDT DDT是一种不易分 解的、化学物质十分稳 定的有机杀虫剂。 我相信大家都听过一种 在20世纪50年代非常流 行的杀虫药DDT吧。 它是一种杀虫的化学物。 这些DDT喷在植物上杀虫， 其中大部分药物落在地面 上、流进空气中，随着下 雨，顺着地面的流水汇进 大海。于是进入食物链中： 浮游生物—鱼——鸟、兽。 兽、鸟体内积累的DDT 的含量比海水中高出百 万倍。DDT使鸟蛋的壳 变软，孵化时极易压碎 而孵不出小鸟，使得鸟 数量减少；DDT还能引 起妇女不孕。 DDT不仅危害人及其 他生物，就连从来用过 DDT的南极地区的企鹅 和北极附近的因纽特人 体内也有DDT。 返回 虽然现在世界上已禁止使用DDT， 但有些国家还在违法使用。 从药物DDT这个例子中 说明人类要竭力保护地球 的生物圈！ 例题1、 材料一：（DDT）是20世纪60年代以 前广为应用的一种杀虫剂，它由三氯 乙醛和氯苯通过如下反应制备得到： ＋2 → 据统计，由于使用了DDT等化学农药， 减少病虫害，挽回的粮食损失占总产量的 15％。若以世界粮食年产量18亿吨（70年 代水平）计算，那么有27亿吨是由化学农 药换回来的，相当于10多亿人一年的口粮。 此外，DDT还能有效地杀灭蚊蝇、体虱等 传统疾病的害虫，从而大大减少疟疾、伤 寒等的发病率和死亡人数。瑞士昆虫学家 保罗·米勒因发现DDT药效，而于1948年荣 获诺贝尔生理医学奖。 (1)氯苯是一种重要的化工原料，由 苯和氯气生产氯苯的反应是 A.化合反应 B.分解反应 C.取代反应 D.加成反应 答案：C 材料二：曾几何时，DDT因其稳定性、脂 溶性、药效普适性等特点，而大量生产，普遍 使用，以致最终造成环境污染。1962年美国生 物学家卡尔松（Bachel Carson）在《寂静的春 天》一书中，对包括DDT在内的农药所造成的公 害，作过生动的描写：“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……”此书问世引起 社会强烈反响。从70年代初起，美国、瑞士等 国相继禁止生产DDT。我国政府于1985年明令全 部禁止使用DDT。 (2)下列关于DDT的说法不正确的是 A DDT也能杀死有益的生物 B DDT极易溶于水 C DDT是烃的衍生物 D DDT不易被生物分解 答案： B DDT是烃的衍生物，属脂溶性化 合物，难溶于水，对害虫、益虫均有毒杀作 用，且不易分解。 材料三：为了杀灭对 人类有害的昆虫，而 又避免或减少污染环 境和破坏生态平衡。 化学工作者进行了不 懈的努力，研制出多 种新型杀虫剂，以代 替DDT等农药。例如化 合物A就是其中一种。 (3)化合物A含有的 官能团有： 答案：有双键、羟 基、醛基。