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第二十四讲化学与工农业生产1．了解化学在水处理中的应用。2．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，认识化学科学发展对技术进步的促进作用。3．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。4．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。了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。一、化学在水处理中的应用1．水体污染的危害水体污染类型：水中的污染物种类繁多，如_____，_____，________，________，_______，_______，________等。水华与赤潮：水体富营养化使得藻类和其他浮游生物大量繁殖，由于占优势的浮游生物颜色不同，水面呈现蓝色、红色或棕色，在江河、湖泊出现称为“水华”，在海湾出现称为“赤潮”。防治水体富营养化的措施：对含有N、P的生活污水和工业废水进行处理，禁止生产和使用含磷的洗涤剂或洗衣粉，合理施用氮肥和磷肥等都可以有效地避免水体富营养化。1．耗氧有机物难降解有机物重金属植物营养物质酸、碱和盐石油农药和病原体2．改善水质(1)改善水质的根本措施：控制工业废水和生活污水的排放。(2)污水处理的方法：物理法、生物法、化学法。(3)污水处理中的主要化学法：混凝法、中和法、沉淀法、氧化还原法等。3．饮用水消毒：自来水曾广泛使用液氯消毒，但易产生对人体有害的卤代烃，致癌、致畸，近年来常利用____________、____________消毒。3．二氧化氯臭氧4．硬水的软化：溶有较多________离子的水叫________，溶有较少或不含________离子的水叫________。当水中Ca2＋、Mg2＋离子含量较多时对生产和生活都产生较大危害，必须加以除去，降低其在水中的含量，方能使用。1升水中含有10毫克氧化钙，这种水的硬度就是1度。一般将0～4度的水称为很软水，4～8度的水称为软水，8～16度的水称为中等硬水，16～30度的水称为硬水，30度以上的水称为最硬水。一般采用的方法有加热法、药剂法、离子交换法等方法。(1)加热法：用加热法可以降低因Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2引起的水的硬度。如：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2OMg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O=====△=====△4．Ca2＋、Mg2＋硬水Ca2＋、Mg2＋软水(2)石灰——纯碱法：先加石灰处理Ca2＋、Mg2＋，再加纯碱处理过剩的Ca2＋。如：＋OH－＝＋H2OMg2＋＋2OH－＝Mg(OH)2↓Ca2＋＋＝CaCO3↓(3)离子交换法凡具有离子交换能力的物质称为离子交换剂。离子交换剂分为无机和有机两大类。用离子交换剂处理水可以降低水的硬度。2-3CO-3HCO2-3CO二、合成氨工业一、合成氨的反应原理1．合成氨的反应原理：________________。2．适宜条件：工业上常采用以铁为主的催化剂，在温度__________和压强__________的条件下合成氨。3．合成氨的基本生产过程合成氨的生产主要包括三个步骤：__________，__________，__________。(1)造气从空气中制取N2，以水及碳氢化合物制取H2，在900～1000℃时，甲烷与水蒸气在催化剂作用下发生化学反应：CH4＋H2O3H2＋CO；CO＋H2OH2＋CO21．N2＋3H22NH32．400～500℃10Mpa～30Mpa3．造气净化合成和分离高温、高压催化剂(2)原料气的净化a、除去H2S：_______________________________，b、除去CO：_______________________________，c、除去CO2：_______________________________。(3)氨的合成与分离净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，使氨气和氢气在高温高压和催化剂条件下合成氨，最后将合成后的混合气体液化分离出液态氨，并将剩余的氨气与氢气循环送回合成塔中进行反应。(2)a、NH3·H2O＋H2S＝NH4HS＋H2Ob、CO＋H2OCO2＋H2c、K2CO3＋CO2＋H2O＝2KHCO3=====高温三、精细化工产品1．精细化学品及其生产特点(1)含义：欧美等国把产量小、按不同化学结构进行生产和销售的化学物质，称为精细化学品(finechemicals)；把产量小、经过加工配制、具有专门功能或最终使用性能的产品，称为专用化学品(specialtychemicals)。中国、日本等国则把这两类产品统称为精细化学品。(2)分类：精细化学品的品种繁多，有无机化合物、有机化合物、聚合物以及它们的复合物。中国精细化学品大体上包括：医药、农药、染料、涂料、颜料、信息技术用化学品(包括感光材料、磁记录材料等)、化学试剂和高纯物质、食品添加剂、饲料添加剂、催化剂、胶粘剂、助剂、表面活性剂等。2．肥皂(1)主要成分：是高级脂肪酸的钠盐或钾盐，溶于水时，电离出R－COO－和Na＋或K＋，R－COO－中—COO－为亲水基，溶于水而不易溶于油；R－为亲油基，溶于油而不易溶于水。(2)肥皂的去污原理：分为三步：①________：使附着的油污易于分散到水中；②________：使油污在水中形成小滴，脱离附着物而悬浮在水中；③________：使油污和其他固体污垢更容易被吸附而脱离附着物。(3)肥皂的生产原理①皂化反应：油脂在________催化下的________。得到高级脂肪酸的钠盐和甘油的反应。这个反应是制造______流程中的一步，因此而得名。2．(2)润湿乳化起泡(3)①碱水解反应肥皂R基可能不同，但生成的R－COONa都可以做肥皂。油酸是不饱和________，由油水解得；软、硬脂酸都是饱和脂肪酸，由脂肪水解得。使用KOH水解，得到的肥皂是软的。②盐析：向水解后的溶液中加入氯化钠可以分离出脂肪酸钠，这一过程叫________。高级脂肪酸钠是肥皂的主要成分。脂肪酸盐析3．表面活性剂：指具有表面活性，由________基团和________基团组成的在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的化合物。溶于水后容易电离的基团叫________。能与油类互相吸引、溶解的基团叫________，通常是由石油或油脂组成的长碳链的烃基。表面活性剂根据溶于水后的存在形式可分为________表面活性剂和________表面活性剂。3．亲油亲水亲水基亲油基离子型非离子型四、化肥与农药1．化肥(1)农作物在生长过程中需要的主要有________等元素，以及需要量很少但不可或缺的微量元素。其中，________作物可以从空气和土壤里的水中获得；微量元素在土壤中大都供给有余。农作物需要量最大的为________元素，必须通过人工施肥加以补充。化肥主要为农作物补充氮、磷和钾三种元素，例如：NH3、NH4NO3、Ca(H2PO4)2·H2O和CaSO4、KCl、K2SO4等。与天然肥料(农家肥)相比，化学肥料具有有效成分含量________、作物容易________、肥效________等优点，也有肥效持续时间________、容易引起土壤酸碱性和结构的________等缺点，人们过多食用含化肥的食物对人体有害。1．(1)碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁碳、氧、氢氮、磷和钾高吸收快短变化(2)磷肥：主要以________为原料生产。常见的磷肥有：过磷酸钙(主要成分________·H2O和________)、钙镁磷肥(主要成分是________和________)；磷肥的主要作用是促进作物根系发达，增强抗寒、抗旱能力，促进作物提早成熟，穗粒增多，籽粒饱满。(3)钾肥：常见钾肥有________、________、________和草木灰。钾肥的主要作用是促进作物生长、增强抗病虫害和抗倒伏能力。(4)氮肥：常见氮肥有________、________、________和碳酸氢铵等。它们大都以________为原料生产。氮肥的主要作用是促进作物的茎叶生长茂盛、叶色浓绿。(2)Ca3(PO4)2Ca(H2PO4)2CaSO4Ca3(PO4)2Mg3(PO4)2(3)KClK2SO4KNO3(4)尿素硫酸铵硝酸铵氨水①尿素的生产原理：2NH3＋CO2H2NCOONH4H2NCOONH4CO(NH2)2＋H2O②根瘤菌的固氮：根瘤菌的固氮作用是在常温、常压下进行的。根瘤菌固氮比合成氨固氮所需要的能量少，而且这种能量又来自植物的光合作用。因此，同合成氨相比，根瘤菌具有成本低、固氮效率高、不造成环境污染等优点，生物固氮是一个更为理想的固氮过程。世界上豆科植物根瘤菌固氮作用占土壤生物固氮量的50%。(5)复合肥：含有___________中两种或两种以上的肥料。其肥效更好。催化剂△=====加热氮、磷、钾2．农药农药的生产和使用已有悠久的历史，大体上可分为天然产物、无机农药和有机农药三个阶段。(1)杀虫剂：第一代农药是________；第二代是________农药，效果好，但高毒、高残留，以有机氯、有机磷、氨基甲酸酯等为代表；第三代农药的特点是________、________、________。混合和交替地使用不同的农药，防止产生抗药性、保护害虫天敌；注意农药使用的安全间隔期；严格按照使用说明(浓度、剂型、适用范围和使用条件等)施用等。同时一定要注意个人防护。(2)杀菌剂：杀菌剂的主要作用是防治农作物的病害，早期使用的杀菌剂是表面杀菌剂，常用________、硫磺、__________等；它们不能消除进入植物体内的菌丝，后来人们发明的________性杀菌剂能消除进入植物体内的菌丝。2．(1)天然产物和无机物有机合成高效低毒低残留(2)石灰波尔多液内吸收3．农药与化肥的使用注意的事项(1)碱性肥料氨水、石灰氮、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。(2)碱性农药石硫合剂、波尔多液、松脂合剂等，不能与碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵等铵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。(3)含砷的农药，如：砷酸钙、砷酸铝等不能与钾盐、钠盐类化肥混用，否则会产生可溶性砷而发生药害。(4)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。水处理方法(2010年广东学业水平模拟)下列污水处理方法只涉及物理变化的是()A．过滤法B．氧化还原法C．中和法D．化学沉淀法解析：过滤法只是利用物质的溶解性将难溶于水的物质从水溶液中分离出来的过程；而氧化还原法、中和法、化学沉淀法均是利用化学反应进行的物质分离方法。答案：A合成氨工业工业合成氨时，必须除去原料气中的杂质，其主要原因是()A．减少副反应B．提高N2、H2的浓度C．防止催化剂中毒D．有利于平衡移动解析：原料气中的杂质会使催化剂中毒，故选C。答案：C洗涤剂下列有关合成洗涤剂的叙述错误的是()A．合成洗涤剂含有烃基和羧基B．在洗涤剂烷基苯磺酸钠中，烷基应以非极性链状烃基为宜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解析：选项A错误，合成洗涤剂一般含烃基和磺酸基。选项B正确，非极性链状烃基的亲油性较强。选项C正确，加酶制剂对蛋白质污垢清洗效果好。选项D正确，无磷助剂代替含磷助剂可以避免水体富营养化。答案：A化肥与农药(2011年揭阳市学业水平模拟)下列关于化肥农药的说法正确的是()A．农家肥与化肥不能结合施用B．注意发展高效化肥和复合肥料的生产C．农药本身无毒无害，但使用不合理会对环境造成影响D．将草木灰、硫酸铵混合施用解析：农家肥含多种营养元素，但其含量较少，肥效慢而长，能改良土壤结构，与化肥结合施用可以互补，A错。复合肥料是含两种或两种以上营养元素的化肥(如NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、KNO3、KH2PO4等)，施用复合肥有利于粮食稳产高产，B正确。农药本身常常有毒害作用，C错。化肥的混