高考化学选修2知识纲要与发散思维训练：第四章 化学与技术的发展知识纲要与变式训练含解析

高考化学选修2知识纲要与发散思维训练：第四章 化学与技术的发展知识纲要与变式训练含解析

一、化肥与农药 化肥和农药为提高农作物的产量和质量、解决人类的粮食问题做出了不可磨灭的贡贡献，两者都是体现化学在农业生产中广泛应用的典型实例。化学肥料为农作物生长提供所需的某种（或几种）元素，目前人为地向土壤添加有所需元素的化学物质仍然是解决地力贫瘠的主要途径，农业生产的需要促进了肥料工业业的发展。农业上化肥的过量施用和水土流失，加上日常生活中含磷洗涤剂的使用，会造成近海和湖泊中的水体富营养化。水体中植物营养素的增加使藻类和其他浮游生物大量繁殖，使水中溶解氧急剧减少，导致鱼类大量死亡，产生“赤潮”或“永华”现象。农药的大量使用，一方面也会造成水体污染，另一方面会通过食物链危害人体健康。‎ ‎【知识纲要】‎ 要点1. 常见化肥 化肥 生产原理 特点和用途 实例 氮肥 CO2＋2NH3CO(NH2)2＋H2O NH3＋HNO3===NH4NO3‎ NH3＋CO2＋H2ONH4HCO3‎ 氮是形成蛋白质、核酸、叶绿素的重要元素；氮肥是速效肥料，使庄稼生长茂盛，与磷肥、钾肥配合，能达到增产的目的 CO(NH2)2(尿素)、NH4NO3、NH4HCO3、 (NH4)2SO4、NH3·H2O等 磷肥 氟磷矿石与硫酸、磷酸反应，如 ‎2Ca5(PO4)3F＋7H2SO43Ca(H2PO4)2＋7CaSO4＋2HF↑‎ 磷肥能促进作物根系发达，增强抗寒、抗旱能力，能促进作物提早成熟，穗粒增多，子粒饱满 重过磷酸钙(重钙)，主要成分为Ca(H2PO4)2；过磷酸钙(普钙)，主要成分为Ca(H2PO4)2·H2O和CaSO4‎ ‎；钙镁磷肥，主要成分为Ca3(PO4)2和Mg3(PO4)2‎ 钾肥 从固态钾盐矿、液态钾盐卤以及工农业含钾的副产品和废料中获取；烧制草木灰获取 易溶于水，易被吸收，能促进作物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力 KCl、K2SO4、K2CO3‎ 复合肥料 ‎2NH3＋H3PO4==(NH4)2HPO4；‎ NH3＋H3PO4===NH4H2PO4；将单一肥料按一定比例配合 能同时均匀地供给作物几种养分，充分发挥营养元素间的相互作用，有效成分高，还能根据实际需要专门加工配制 KNO3、（NH4）2HPO4‎ NH4H2PO4‎ 微量元素肥料 选用废玻璃、粉煤灰、炼炉渣和矿石等为原料，将作物所需的微量元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 不易被雨水冲洗，肥效时间长，不污染环境，充分利用固体废弃物 锰肥、硼肥、铜肥、锌肥、铁肥等 要点2. 农药 ‎(1)分类 ‎（2）农药对土壤和环境造成的不良影响：对农产品造成污染，危及食品安全；对环境造成严重污染，危及人类身体健康和生命安全；破坏生物链，影响生态平衡。‎ ‎【典例分析】‎ 例题1草木灰中含有碳酸钾，它属于（   ）‎ A．氮肥     B．钾肥     C．复合肥料   D．微量元素肥料 答案 解析 B 草木灰的主要成分是碳酸钾，含有土壤常缺乏的钾元素，属于钾肥。复合肥料是含有两种或两种以上营养元素（氮、磷、钾）的化肥，如磷酸二氢钾等，微量元素肥料主要有硼肥、锰肥、铜肥、锌肥、钼肥等，钾肥不属于微量元素肥料 变式练习1. 在蔬菜生长过程中，常喷洒农药防治病虫害。据研究，用碱性溶液或清水浸泡，可使残留在蔬菜上的农药的毒性降低，因此，买来的蔬菜在食用前最好用稀碱水或清水浸泡一段时间，浸泡蔬菜时应加入适量(　　)‎ A．纯碱 B．白酒 C．白糖 D．食醋 答案 解析 A 纯碱即Na2CO3，溶于水CO32－水解使溶液呈碱性，能更好地降低农药毒性 例题2硫酸铵是农村常用的一种铵态氮肥。试回答下列问题：‎ ‎(1)某硫酸铵肥料，实验测得氮的质量分数为20%，这种样品中可能混有（ ）‎ A．碳酸氢铵 B．硝酸铵 C．氯化铵 D．磷酸氢二铵 ‎(2)下列物质不能跟硫酸铵肥料混合施用的是（ ）‎ A．碳酸氢铵 B．草木灰 C．过磷酸钙 D．氯化钾 ‎(3)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（ ）‎ 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 答案 解析 ‎(1) A ‎ ‎(2)B ‎ ‎(3)B ‎ ‎(1)含氮量为21.2%＞20%，则必定含有含氮量比20%小的一种化肥，经计算只有NH4HCO3含氮量低于20%。(2)硫酸铵为铵态氮肥，这种肥料不能跟碱性物质混合使用，因易产生挥发物质氨气，降低肥效，而草木灰的主要成分是K2CO3，水解显碱性。(3)当使用化肥过多时，根细胞不能从土壤中吸水而发黄 变式练习2. 氮、磷、钾是植物生长的重要营养元素。洗衣粉中如加入由磷酸脱水制得的多磷酸的钠盐作配料，虽能在洗衣时起软化水的作用，但使用此类洗衣粉会造成水质污染。 ‎ ‎(1)试简述污染水质的原因______________________________________。‎ ‎(2)某种无磷洗衣粉中加入了硅酸钠作配料，试说明这种配料的有关性质与作用_______。‎ ‎(3)N、P、K是以____________状态被植物吸收的，试简述N、P、K被植物根细胞吸收的原因及过程_____________________________________________________________。‎ 答案 解析 ‎(1)洗衣粉废水中含有较多磷酸盐，流入江河中形成富磷的“肥水”，水生植物繁殖、生长过快，从而使水体缺O2造成水质污染 ‎(2)Na2SiO3能够发生水解，溶液呈现碱性，使水软化。但Si不是大多数植物的营养元素，故不会造成水质污染 ‎(3)离子　植物根细胞是通过交换吸附原理来吸收土壤溶液中的离子，根细胞通过呼吸作用产生CO2，CO2溶于水生成H2CO3，H2CO3H＋＋HCO3－，H＋与HCO3－可与土壤中的K＋、NH4＋、PO43－发生交换，从而使K＋、NH4＋、PO43－进入到根细胞，而H＋和HCO3－进入到土壤溶液中 多磷酸的钠盐虽然易水解呈碱性，使水得到软化，但是由此产生的废水中含有较多的磷酸盐，这些废水通过地下管道流入江河湖泊中，便形成了含磷丰富的“肥水”，使水生植物生长过快，繁殖过多，从而使水中O2的含量不足，造成水中生物死亡 二、肥皂与合成洗涤剂 ‎【知识纲要】‎ 要点1.酯和油脂 要点2. 油脂和矿物油 要点3. 肥皂与合成洗涤剂 肥皂 合成洗涤剂 有效成分 硬脂酸钠 烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠 原料 油脂(较贵，但可再生)‎ 石油(便宜，但石油资源有限)‎ 生产原理 ‎(C17H35COO)‎3C3H5＋3NaOH‎3C17H35COONa＋C3H5(OH)3‎ 去污原理 分子中同时含有亲水基和亲油基，在浸泡、搓洗、漂洗等过程中肥皂(合成洗涤剂)、油污、水之间发生润湿、乳化和起泡三种主要作用而达到去污目的 去污能力 强 更强 与硬水作用 生成高级脂肪酸钙、镁盐沉淀，使肥皂丧失去污能力 生成的钙、镁盐能溶于水，不会丧失去污能力 稳定性 长期储存易变质 不易变质 对环境的影响 在自然界能被微生物分解，不会积累污染水源 有的很稳定，不能被微生物分解，积累而污染水源；有的含磷，造成水体富营养化，使水质变坏 ‎【典例分析】‎ 例题3下列化合物在碱性条件下发生的水解反应不可以称为皂化反应的是(　　)‎ A．硬脂酸甘油酯　　　　B．油酸甘油酯 C．乙酸乙酯　　　　D．软脂酸甘油酯 答案 解析 C 皂化反应指高级脂肪酸甘油酯在碱性条件下的水解反应 变式练习3. 合成洗涤剂同肥皂相比有哪些优点：①原料便宜；②不受软水、硬水等水质限制；③不污染水体；④去污能力强，你认为正确的是(　　)‎ A.①②③④　　　B.①②④ C.②③④　　D.①④‎ 答案 解析 B 合成洗涤剂的原料为石油化工产品，且其可确定合适的碳链长度，以含碳原子个数12～18为最佳——以平衡亲水性和亲油性 例题4下列关于油脂的叙述错误的一项是(　　)‎ A.从溴水中提取溴可用植物油作萃取剂 B.用热的纯碱溶液去油污效果更好 C.硬水使肥皂去污能力减弱是因为发生了沉淀反应 D.用热的纯碱溶液可区别植物油和矿物油 答案 解析 A 植物油中含不饱和键，可与溴发生加成反应；温度越高，纯碱溶液的水解程度越大，碱性越强，油污的水解速率越快；硬水中的钙(镁)离子易与肥皂反应生成难溶于水的高级脂肪酸钙(镁)；植物油为油脂，在热碱溶液中水解，产物均溶于水，而矿物油主要为烃类，不与碱反应，液体仍为两层 变式练习4. 咖喱是一种烹饪辅料，若白衬衣被咖喱汁玷污后，用普通肥皂洗涤该污渍时会发现，黄色污渍变为红色。经水漂洗后红色又变为黄色。据此现象，你认为咖喱汁与下列何种试剂可能有相似的化学作用( )‎ A.品红溶液 B.石蕊溶液 C.氯水 D.KI-淀粉溶液 答案 解析 B 肥皂溶液显碱性，咖喱汁遇肥皂溶液变为红色，经水漂洗后溶液显中性，又变为黄色。这说明咖喱汁遇碱性溶液显红色，遇中性溶液显黄色，这类似于酸碱指示剂遇酸碱溶液后的颜色变化。故咖喱汁与石蕊溶液可能有相似的化学作用 ‎【强化练习】‎ 一、选择题（本小题共7小题，每题只有一个选项正确，每题6分，共42分）‎ ‎1. 下列叙述正确的是(    ) ‎ A. 草木灰的主要成分是K2CO3 ‎ B. 土壤中钾元素的含量较少，因此需要补充 ‎ C. 钾肥宜在下雨前施用，以便溶解吸收 ‎ D. 为了使农作物有效吸收N、P、K等元素，钾肥宜跟NH4H2PO4等混合施用 ‎2. 为了同时施用分别含氮、磷、钾三种元素的化肥，对于提供的化肥：①K2CO3、②KCl、③Ca(H2PO4)2、④(NH4)2SO4、⑤氨水，最适宜的组合是(　　)‎ A．①②③④　　　　 B．②③④ C．①②③　　　　 D．②③④⑤‎ ‎3. 已知某藻类的化学式为C106H263N16P，该藻类过度生长，是导致“水华”(“水华”主要是指水中某些植物营养元素含量过高，以致藻类疯狂生长、水质恶化而造成的水体污染现象)的原因之一。下列与此信息相关的叙述中，你不赞成的是(　　)‎ A．该藻类由碳、氢、氮，磷4种元素组成 B．若使用无磷洗衣粉，可有效防止该藻类的过度生长 C．向河中过量排放含有氮肥的农田水，也可能造成该藻类的过度生长 D．禁止使用化肥是防止“水华”的最好方法 ‎4. 某班同学就施用化肥的“利与弊”为题进行辩论，正方观点是施用化肥有利，正方的下列观点中不科学的是（　　）‎ A.施用化肥可使农作物增产 B.化肥的肥效快 ‎ C.施用化肥不会造成环境污染 D.复合肥能给农作物提供几种营养元素 ‎5. 根据化学常识，下列说法正确的是(　　)‎ A．施用碳铵后应立即盖上土壤B．复合肥是两种或两种以上化肥的混合物 C．可用工业用盐作食盐用于烹调D．加碘食盐中的“碘”通常是指碘单质 ‎6. 生活中充满化学，下列叙述中不正确的是(　　)‎ A．洗涤剂去油主要是物理变化，碱液去油属于化学变化 B．食用植物油的主要成分是高级不饱和羧酸的甘油酯，是人体不可缺少的营养物质 C．苯酚具有杀菌止痛效用，既可用于环境消毒，也可直接用于皮肤消毒 D．蜂蚁叮咬人的皮肤时，会将分泌物甲酸注入人体，使人感到疼痛难忍，涂抹稀氨水或碳酸氢钠溶液可以减轻疼痛 ‎7. 以下说法正确的是(　　)‎ ‎①油脂属酯类，没有固定熔沸点 ‎②油脂属高级脂肪酸甘油酯，都不能使溴水褪色 ‎③油脂中注入水后能分层且油层在底部 ‎④牛油是高级脂肪酸的高级醇酯，在工业上可用于制硬化油 ‎⑤羊油在碱性条件下水解后可制肥皂 ‎⑥植物油的主要成分是油酸 ‎⑦植物油和矿物油都属于油脂中的油 ‎⑧用硬水洗衣加肥皂后泡沫少是因为产生了沉淀 A．①⑤⑧ B．①③⑤⑧ C．①②④⑥⑧ D．①③⑤⑦⑧‎ 二、非选择题（本小题共4小题，共58分）‎ ‎8. 某科学兴趣小组为探究无机盐对植物生长的影响情况，取两株大小基本一致、发育相近的健壮的天竺葵苗，分别放在等质量的A,B两瓶液体中培养，其中A瓶装蒸馏水. B瓶装土壤浸出液。经过一段时间后，A、B两瓶植株在质量和长势上的变化如下表：‎ 植株 实验前质量/g 实验后质量/g 生长情况 A瓶植株 ‎92‎ ‎116‎ 生长缓慢 B瓶植株 ‎91‎ ‎258‎ 生长迅速，分枝多，叶片增加多 ‎（1）B瓶植株质量增加的主要原因是由于植株进行           作用，合成了有机物。‎ ‎（2）A，B两瓶植株吸收的水分大部分通过           作用散失到空气中，因此，植树造林可以增加空气的湿度，调节气候。‎ ‎（3）经测定每升B瓶溶液中含氮元素的质量是1.12g，那么我们在配制此溶液时，在每升水中应加入 gNH4NO3？（假设溶液中的氮元素全部由NH4NO3提供，溶解过程中忽略体积变化）‎ ‎9. 农作物生长不仅需要阳光、空气和水，还需要多种化学元素。当植物缺乏N元素时，表现为植株生长缓慢、叶色发黄，严重时叶片脱落直至死亡。而农作物的生长仅靠土壤中的N元素不能满足生长的需要，必须靠施肥加以补充。‎ ‎(1)下列可作氮肥的化合物是________，其中含N量最高的是________。‎ A．碳酸氢铵　B．磷酸二氢钙 C．硫酸钾 D．硝酸钾 E．尿素 ‎(2)尿素的合成有多种方法，请写出一个合成尿素的化学方程式_________________。‎ ‎(3)尿素在土壤中需经过水解后方可被农作物吸收，请写出尿素水解的化学方程式_______。简述尿素作氮肥的优点____________________________、__________________________。‎ ‎(4)氮肥的制备，首先涉及氨的合成，请填写下列合成氨工艺流程图中的设备名称：‎ A______________、B________________。‎ ‎10. 乙烯利是目前农业生产中普遍使用的植物生长调节剂，对促进橡胶、蔬菜、水果、棉花等的早熟均具有非常好的效果。乙烯利的工业生产是用乙烯等为原料经下列步骤进行的（其中乙烯转化为氯代乙醇有图示的两种途径）：‎ 请回答下列问题：（1）有机反应的基本类型有：A、加成反应　B、消去反应　C、取代反应　‎ D、重排反应。其中重排反应是指像：CH2＝CH－OH→CH3－CHO的一类反应，即反应过程只是原子在分子内的结合方式发生重新排列。请指出合成路线中下列反应所属的基本类型（填代号）：③　　　　　　，⑥　　　　　　，⑦　　　　　　。‎ ‎（2）写出反应方程式：①　　　　　　　　　　　⑤　　　　　　　　　　‎ ‎（3）乙烯利的制取过程较好地体现了绿色化学的两个特征：原料的原子利用率高（原料中的原子尽可能多的转化到产品中去）；不向或少向环境中遗留副产物。如上述过程中的有机副产物（写结构简式）　　　　　　　　就可以在该合成中重复使用。‎ ‎11. 将磷肥生产中形成的副产物石膏(CaSO4・2H2O)转化为硫酸钾肥料和氯化钙水合物储热材料，无论从经济效益、资源综合利用还是从环境保护角度看都具有重要意义。以下是石膏转化为硫酸钾和氯化钙的工艺流程示意图。 (1)本工艺中所用的原料除CaSO4·2H2O、KCl外，还需要________________等原料 (2)写出石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后发生反应的离子方程式：________________‎ ‎ (3)过滤Ⅰ操作所得固体中，除CaCO3外还含有 ________________(填化学式)等物质，该固体可用作生产水泥的原料。 (4)过滤Ⅰ操作所得滤液是(NH4)2SO4溶液。检验滤液中含有CO32－的方法是：____ 。 (5)已知不同温度下K2SO4在‎100g水中达到饱和时溶解的量如下表： ‎ 温度(℃)‎ ‎0‎ ‎20‎ ‎60‎ K2SO4溶解的量(g)‎ ‎7.4‎ ‎11.1‎ ‎18.2‎ ‎60℃时K2SO4的饱和溶液591g冷却到0℃，可析出K2SO4晶体_______________g。 (6)氯化钙结晶水合物(CaCl2・6H2O)是目前常用的无机储热材料，选择的依据是：_____。‎ a  熔点较低(29℃熔化)    b  能导电    c  能制冷    d  无毒 (7)上述工艺流程中体现绿色化学理念的是：_____________________________。 ‎ 答案与解析 选择题 题号 答案 解析 ‎1‎ A 土壤中的钾元素含量并不少，只是可被植物直接吸收的部分较少；钾肥都是易溶于水的盐，雨前施用，容易被雨水淋失；钾肥特别是碳酸钾不能与铵盐混用，因为二者发生反应后，使铵盐转化为氨气，逸入空气中 ‎2‎ B 要同时施用分别含有氮、磷、钾三种元素的化肥，必须注意化肥之间不能发生反应以免降低肥效。此题中①与③或④相遇，都会发生反应，前者生成难溶性物质，后者生成挥发性物质，都会降低土壤对有效成分的吸收 ‎3‎ D 根据藻类的化学式，很容易判断藻类含有的元素包含有碳、氢、氮、磷；使用无磷洗衣粉，可减少水体中磷的含量，可有效防止藻类的过度生长；向河水过量排放含有氮肥的农田水，水体中的含氮量增加，水藻过度生长的可能性增大；禁止使用化肥确能有效防止“水华”，但对于提高农业生产的效率却是得不偿失的 ‎4‎ C 施用化肥的目的就是使农作物增产，故A正确；化肥含营养素少但量多见效快，农家肥含营养素种类多，但量少，见效慢，故B正确；由于化肥中含有氮、磷等元素容易使水体富营养化，会造成赤潮或水华现象，所以应该合理的使用化肥，故C错误；化学式中含有营养元素N、P、K中的任何两种，或三种的叫复合肥，所以复合肥能给农作物提供几种营养元素，故D正确 ‎5‎ A 施用氮肥后立即覆盖可防止氮元素损失，复合肥中含有两种或以上的营养元素，并非一定是两种或以上的化肥；工业盐误作食盐用于烹饪能引起中毒；加碘食盐加的是含碘元素的物质，一般为碘酸钾 ‎6‎ C C项苯酚虽然具有杀菌止痛的作用，但是它本身也是有毒的，不能大量使用于环境消毒及直接用于皮肤消毒 ‎7‎ A 天然油脂都是混合物，无固定熔、沸点，且密度比水小，油脂中的油由于烃基中含不饱和键而能使溴水褪色。动物脂肪本是固态，在碱性条件下水解得高级脂肪酸钠可以制肥皂，洗衣时若用硬水则生成高级脂肪酸钙沉淀而使泡沫减少。矿物油的成分是烃，故不属于油脂 非选择题 题号 答案 解析 ‎8‎ ‎（1）光合 ‎ ‎（2）蒸腾 ‎ ‎（3）3.2‎ 根据题意可知两种天竺葵苗在不同的溶液中生长的速度和状态是不一样的，植物的生长不仅需要水分还需要无机盐，同时进行光合作用，生成有机物储存能量，所以在A溶液中生长缓慢，而在B溶液中生长迅速。其实植物吸收的大量水分都是为了进行蒸腾作用从而帮助植物运输和降温，只有少数用来进行光合作用，在B溶液中若需要1. ‎12g的氮，根据NH4NO3的氮的质量分数为35％，两者相除即可求出所需NH4NO3的质量为‎3.2g。设应加入为 中 ‎9‎ ‎ (1)A、D、E　E　‎ ‎(2)CO2＋2NH3===CO(NH2)2＋H2O(其他合理答案也可)‎ ‎(3)CO(NH2)2＋H2O===CO2↑＋2NH3‎ ‎(1)碳酸氢铵、硝酸钾、尿素均可用作氮肥，其中含N量最高的是尿素。(2)尿素的合成有多种方法，如CO2＋2NH3===CO(NH2)2＋H2O等。(3)尿素在土壤中需经过水解后方可被农作物吸收，尿素水解的化学方程式为CO(NH2)2‎ ‎↑　产生农作物光合作用必需的CO2　不会引起土壤酸化(或板结)‎ ‎(4)合成塔　冷却塔 ‎＋H2O===CO2↑＋2NH3↑。用尿素作氮肥有许多优点，如能够产生农作物光合作用必需的CO2、不会引起土壤酸化(或板结)等。(4)合成氨工艺流程图中，设备A为合成塔，设备B为冷却塔 ‎10‎ ‎（1）③A ⑥D ⑦C ‎（2）CH2＝CH2＋Cl2→CH2Cl－CH2Cl ‎ ‎ ‎（3）CH2Cl－CH2Cl ‎(1)反应③为CH2=CH2+HClO→CH2C1CH2OH，发生的是加成反应；⑥反应前后只是氧原子的位置发生了改变，属于重排反应；⑦反应前后是两个氢原予取代了原分子中的氯乙基，是取代反应；(2)反应①应为乙烯与氯气的加成反应，反应⑤可由反应物与生成物的结构比较直接写出反应方程式；③从整个反应过程看，反应⑦除了生成乙烯利外，还生成了CH2Cl-CH2Cl，CH2Cl-CH2Cl又可以作为反应②的反应物而进行了重复利用 ‎11‎ ‎ (1)CaCO3  NH3  H2O (2)CaSO4＋CO32－=CaCO3↓＋SO42－ (3)CaSO4 (4)滤液中滴加盐酸产生气泡 (5)54g (6)a  d (7)碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用等(原子利用率高，没有有害物质排放到环境中)  ‎ 从生产流程图可以看出，所需原料除CaSO4・2H2O、KCl外，还需要氨气、石灰石和水。硫酸钙是微溶的，碳酸钙是难溶的，因此石膏悬浊液中加入碳酸铵溶液后生成了碳酸钙和硫酸铵，生成的碳酸钙中混有石膏。碳酸根的检验可用酸化的方法，若产生气泡说明虑液中含有碳酸根。硫酸钾饱和溶液在结晶过程中溶剂的量不不变，查表可知不同温度下的溶解度，先求出591g饱和液中含有的水是500g，在0℃可溶解硫酸钾37g，所以析出晶体54g。作为储热材料，要求能在室温左右的温度下工作，且对人体无害，故选ad；绿色化学要求整个生产过程中不排放污染物，原子利用率高，因此生产流程中碳酸钙用于制水泥原料、硫酸钙和氯化钾转化为硫酸钾和氯化钙、氨在工艺中循环使用