Изучение темы "Минеральные удобрения" в школьном курсе химии

В клетках растений содержится более 70 химических элементов — практически все, имеющиеся в почве. Но для нормального роста, развития и плодоношения растений необходимы лишь 16 из них. Это элементы, поглощаемые растениями из воздуха и воды, — кислород, углерод и водород, и элементы, поглощаемые из почвы, среди которых различают макроэлементы — азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и микроэлементы — молибден, медь, цинк, марганец, железо, бор и кобальт.

Отдельным растениям для нормального роста и развития требуются и другие химические элементы. Так, например, сахарной свекле для получения высокого урожая корнеплодов нужен натрий. Он также ускоряет рост и улучшает развитие кормовой свеклы, ячменя, цикория и других культур. Положительное влияние на обмен веществ у некоторых растений оказывают кремний, алюминий, никель, кадмий, иод и др.

Наиболее полно потребности сельскохозяйственных культур в питательных элементах удовлетворяются при внесении в почву удобрений. Недаром их образно называют витаминами полей.

Удобрения содержат питательные элементы в связанном виде, т. е. в виде их соединений. Растения поглощают эти соединения из почвы, при этом осуществляется ионный обмен. Если, например, взять пробу почвы, насыщенной кальцием, и взболтать ее с раствором какой-либо соли, например хлоридом калия, то часть ионов К+ из раствора перейдет в соединение с почвой, а в раствор вместо К+ перейдет Са2+:

По химическому составу удобрения делятся на неорганические, или минеральные, органические, органоминеральные и бактериальные. Схема классификации удобрений представлена на с. 248.

Минеральные удобрения — вещества неорганического происхождения. По действующему, питательному элементу минеральные удобрения подразделяют на макроудобрения: азотные, фосфорные, калийные и микроудобрения (борные, молибденовые и т. д.).

Для изготовления минеральных удобрений используют природное сырье (фосфориты, селитры и др.), а также побочные продукты и отходы некоторых отраслей промышленности, например сульфат аммония — побочный продукт в коксохимии и производстве капрона. Минеральные удобрения получают в промышленности или механической обработкой неорганического сырья, например измельчением фосфоритов, или с помощью химических реакций. Выпускают твердые и жидкие минеральные удобрения.

Органические удобрения — вещества растительного и животного происхождения. В первую очередь, это навоз, торф, компосты, птичий помет, городские отходы и отбросы пищевых производств. Сюда относят и зеленые удобрения (растения люпин, бобы).

Внесенные в почву, эти удобрения под действием почвенных микроорганизмов разлагаются с образованием минеральных соединений азота, фосфора, калия и других питательных элементов.

Органоминеральные удобрения содержат органические и минеральные вещества. Их получают путем обработки аммиаком и фосфорной кислотой органических веществ (торфа, сланцев, бурого угля и др.) или путем смешивания навоза или торфа с фосфорными удобрениями.

Бактериальные удобрения — препараты (азотобактерин, нитрагин почвенный), содержащие культуру микроорганизмов, поглощающих органические вещества почвы и удобрений и превращающих их в минеральные.

По агрохимическому воздействию минеральные удобрения разделяют на прямые и косвенные.

Прямые удобрения предназначаются для непосредственного питания растений. Они содержат азот, фосфор, калий, магний, серу, железо и микроэлементы (В, Mo, Си, Zn). Подразделяются на простые и комплексные удобрения.

Простые удобрения содержат один элемент питания (азот, фосфор, калий, молибден и т. д.). Это

азотные удобрения, которые различают по форме соединений азота (аммиачные, аммонийные, амидные и их сочетания);

фосфорные удобрения, которые разделяют на растворимые в воде (двойной суперфосфат) и нерастворимые в ней (фосфоритная мука и др., используемые на кислых почвах);

калийные удобрения, которые разделяют на концентрированные (КС1, К2С03 и др.) и сырые соли (сильвинит, каинит и др.);

микроудобрения — вещества, содержащие микроэлементы (Н3В03, молибдат аммония и др.).

Комплексные удобрения содержат не менее двух питательных элементов. По характеру их производства они подразделяются на следующие группы:

• смешанные — получают механическим смешиванием различных готовых порошкообразных или гранулированных удобрений;

сложносмешанные гранулированные удобрения — получают смешиванием порошкообразных готовых удобрений с введением в процессе смешивания жидких удобрений (жидкого аммиака, фосфорной кислоты, серной кислоты и др.);

сложные удобрения — получают химической переработкой сырья в едином технологическом процессе.

Косвенные удобрения применяют для химического, физического, микробиологического воздействия на почву с целью улучшения условий использования удобрений. Например, для нейтрализации кислотности почв применяют молотые известняки, доломит, гашеную известь, для мелиорации солонцов — гипс, для кислования почв — гидросульфит натрия.

Питательную ценность удобрений условились выражать через массовую долю в них азота N, оксида фосфора (V) Р205 или оксида калия К20.

Массовую долю азота в удобрении рассчитывают так же, как и массовую долю элемента в каком-либо соединении с известной молекулярной формулой. Например, для определения массовой доли азота в азотном удобрении — натриевой селитре NaN03 находят сначала относительную молекулярную массу NaN03:

Mr(NaN03) = 23 + 14 + 48 = 85.

Далее относительную атомную массу азота Ar(N) = 14 делят на относительную молекулярную массу соединения и результат выражают в процентах.

При определении массовой доли Р205 и К20 в удобрении нужно учитывать, что самих соединений, отвечающих этим формулам, в удобрениях нет, поэтому расчет носит условный характер. Например, массовую долю Р205 в двойном суперфосфате Са(Н2Р04)2 рассчитывают следующим образом:

1) находят относительную молекулярную массу дигидрофосфата кальция

Мг[Са(Н2Р04)2] = 40 + 4 + 62 + 128 = 234

и относительную молекулярную массу оксида фосфора

(V) Мг(Р205) = 62 + 80 = 142;

2) зная относительную молекулярную массу оксида фосфора (V) и учитывая, что в молекулах обоих сравниваемых веществ содержится одинаковое число атомов фосфора (по два атома), делят второе число на первое, результат выражают в процентах. Итак,

u>(P205) = HI = 0,607, или 60,7% .

Рассмотрим теперь, как определяют в удобрениях массовую долю К20. Пусть требуется найти массовую долю К20, отвечающую чистому хлориду калия КС1. Для этого поступают следующим образом:

1) вычисляют относительную молекулярную массу хлорида калия

МДКС1) = 39 + 35,5 = 74,5

и относительную молекулярную массу оксида калия

Мг(К20) = 78 + 16 = 94;

2) зная относительную молекулярную массу оксида калия и учитывая, что в молекуле хлорида калия один атом калия, а в молекуле оксида калия — два атома, делят относительную молекулярную массу оксида калия на удвоенную относительную молекулярную массу хлорида калия, результат выражают в процентах. Азотные, калийные и фосфорные удобрения.

Азотные удобрения получают из аммиака и азотной кислоты на химических заводах. Наиболее типичные азотные удобрения представлены в таблице 11.

Аммиачную селитру NH4N03 — довольно концентрированное азотное удобрение (34,5% азота) получают по реакции между аммиаком и азотной кислотой:

Выпускают это удобрение в мелкокристаллическом виде или в форме гранул. Относится к лучшим азотным удобрениям и пригодна к применению на кислых и щелочных почвах. Дальнейшее совершенствование технологии производства аммиачной селитры должно идти в направлении улучшения ее физических свойств: чтобы селитра не слеживалась, важно повысить прочность гранул, которая позволяла бы смешивать аммиачную селитру механизированным способом с другими удобрениями.

Мочевина также является эффективной формой азотных удобрений. Она имеет высокое содержание азота (46%) и меньше слеживается по сравнению с аммиачной селитрой.

Жидкий аммиак — это высококонцентрированное удобрение (82% азота). В сельском хозяйстве, используют не посредственно жидкий аммиак, а также аммиакаты, получаемые при растворении в нем аммиачной селитры или смеси аммиачной и кальциевой селитры.

Названия и химический состав калийных удобрений представлены в таблице 1. Основным сырьем для их производства служит минерал сильвинит КС1 • NaCl, богатейшие залежи которого располагаются в Соликамске. Здесь на глубине от 100 до 300 м залегают миллиарды тонн сильвинита.

Каким способом отделить хлорид калия от хлорида натрия? Растворимость хлорида натрия с понижением температуры почти не изменяется, а растворимость хлорида калия резко уменьшается. Поэтому при охлаждении до комнатной температуры насыщенного при 100 °С раствора сильвинита в воде значительная часть хлорида калия выпадает в осадок. Кристаллы отделяют фильтрованием, а раствор используют для растворения следующей порции сильвинита. Этот способ осуществляют в промышленности.

Фосфорные удобрения (табл. 2) получают при переработке руд, содержащих фосфор (фосфориты и апатиты), из костей животных в небольшом количестве и отходов металлургического производства (шлаки).

Простой суперфосфат Са(Н2Р04)2 + 2CaS04 получают при взаимодействии фосфоритной или апатитовой муки с серной кислотой по уравнению:

Простой суперфосфат применяют для питания всех культур. К недостаткам его относится наличие гипса CaS04, который является балластом и тем самым удорожает транспортировку удобрения от завода до поля. Поэтому особое значение он имеет для культур, нуждающихся, кроме фосфора, в гипсе (клевер и другие бобовые). Лучшей формой его применения является гранулированный простой суперфосфат.

Двойной суперфосфат Са(Н2Р04)2 отличается от простого тем, что не содержит гипса. Выпускается в виде порошка и гранул. Его производство осуществляется в две стадии:

б) жидкую часть отделяют от осадка (гипса и других примесей) и обрабатывают ею новую порцию сырья:

Преципитат СаНР04 • 2Н20 получают взаимодействием Н3Р04, полученной экстракционным способом, с известковым молоком или мелом:

Или

Отечественный агрохимик Д. Н. Прянишников предложил получать преципитат путем обработки фосфатного сырья азотной кислотой. При этом дополнительно образуется кальциевая селитра. Преципитат можно смешивать с любым удобрением. Он может применяться на всех почвах и под различные культуры.

В последнее время большой интерес вызывает возможность применения в качестве удобрения красного фосфора. Он неядовит, является самым концентрированным фосфорсодержащим продуктом (229% в пересчете на Р205). Его можно вносить в почву в запас на ряд лет. Агрохимические исследования показали, что из общего количества внесенного в почву красного фосфора за сезон в растение переходит 15—17%, остальное количество остается в почве и используется в последующие годы.

Почему фосфоритную муку целесообразно вносить в почву до посева?

Почему внесенная в почву фосфоритная мука действует в течение нескольких лет?

Почему некоторые фосфорные удобрения (фосфоритная мука, преципитат, красный фосфор), внесенные в почву, сохраняют свои питательные свойства в течение нескольких лет, а калийные удобрения нужно вносить в почву ежегодно?

Какие питательные элементы содержатся в комплексных удобрениях: фосфат калия, калийная селитра, дигидрофосфат аммония (аммофос)? Какова массовая доля каждого питательного элемента в этих удобрениях?

Комнатные растения можно поливать подкормкой из минеральных удобрений: в 1 л воды растворяют 2,5 г KN03, 2,5 г КН2Р04 и 10 г Ca(N03)2. Какова массовая доля (в %) каждого из компонентов в такой подкормке?

В образце суперфосфата массовая доля оксида фосфора (V) составляет 20%. Найдите массовую долю дигидрофосфата кальция в удобрении.

Водный раствор содержит 39,2 г фосфорной кислоты. Его нейтрализовали раствором, содержащим 37 г гидроксида кальция. Найдите массу полученного преципитата.

• Изучение минеральных удобрений в школе
• К методике проведения практической работы «Распознавание удобрений»
• Методические разработки по теме: «Минеральные удобрения»

Подробно о педагогике:

Обучение практическому употреблению категорий единственного имножественного числа существительных и глаголов настоящего и прошедшеговремени
На фронтальных занятиях логопед обучал детей различать единственное и множественное число существительных. Речевой материал подбирал в строгой последовательности от простого к сложному. Вначале дети усваивали значения одушевленности и неодушевленности предметов. Для этого он объяснял, что одни слов ...

Исследование мотивов учебной деятельности учащихся начальных классов
Для изучения мотивации младших школьников мною было проведено исследование. Исследование проводилось на базе начальной школы №2 г. Краснокаменска. Цель исследования: провести анализ мотивации учения у учащихся начальной школы. Задача 1. Выявить мотивацию учения у младших школьников. Задача 2. Проан ...

Современные инновации в сфере высшего профессионального образования
В сфере высшего образования Европы и, возможно, России на сегодняшний день разворачивается одна широкая инновационная волна – Болонский процесс. Болонский процесс предполагает одно из типичных изменений (Й. Шумпетер [11]) – изменение в организации образования (производства). Данный процесс соответс ...