化学与技术发展.ppt
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1、高中化学新人教版 选修2系列课件 化学与技术 第四单元 化学与技术的发展 教学目标 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。 1通过实例了解精细化工产品的生产特 点,知道精细化工在社会发展中的作用。 2、了解我国精细化工的发展现状。 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
2、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)2H2O、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
3、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
4、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(kWh)电可产生70克硝酸。 方案3、炼
5、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。 下列是几种补充土壤氮肥的方案请你试着分析和评价 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,C6H
6、14) 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
7、的催化氧化 PtRh 4NH3+5O2 =4NO+6H2O 800C 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 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? 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
8、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 第二,氨氧化制硝酸中,其关系式如下: 4NH35O2 4NO6H2O 2NOO22NO2 3NO2H2O2HNO3NO 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: 4NO22H2OO24HNO3,所以氨氧化制硝酸的关
9、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: 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
10、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
11、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
12、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
13、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 56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
14、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。 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
15、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
16、 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
17、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
18、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
19、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: 1 1、2 2、3 3、4 4、1010 教材教材P P103 103 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
20、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
21、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
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