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专题8　酸、碱、盐
课题3　调节土壤酸碱性与施用营养元素
义务教育教科书（五·四学制） 化学 九年级 全一册
17世纪初，科学家就开始研究植物生长与土壤之间的关系，如植物生长的酸碱环境，氮、钙、镁、磷和钾元素对农作物生长的作用等。那么，我们怎样进一步表示酸碱性的强弱程度？能否利用化学方法来调节土壤的酸碱度，直至适于植物的生长？我们如何为植物提供必要的营养元素，促进其生长呢？
调节土壤酸碱性与施用营养元素
课题3
学习聚焦
知道pH与溶液酸碱性强弱的关系，了解酸碱性对人体健康和植物生长的影响。
通过实验，认识中和反应的特征及应用，了解调节溶液酸碱性的方法。
认识常见的化肥及其在农业生产中的作用，形成合理使用化学品的意识。
如何表示溶液酸碱性的强弱
汽水、白醋都含有酸，但就酸味而言，白醋往往更浓郁些，这说明酸溶液的酸性强弱是不同的。同样，碱溶液的碱性强弱也有差别。那么如何比较溶液酸碱性的强弱呢？
我们常以酸碱度来表示溶液酸碱性的强弱程度，一般用pH表示，pH的范围通常为0～14。室温下，pH＜7，溶液呈酸性，pH越小，溶液酸性越强；pH = 7，溶液呈中性；pH＞7，溶液呈碱性，pH越大，溶液碱性越强。
用pH试纸可较粗略地测定溶液的酸碱度。使用时，将pH试纸置于干燥的表面皿上，用玻璃棒蘸取待测液后沾到pH试纸上，尽快将试纸呈现的颜色与标准比色卡对比（图8.13），就可以得出待测液的pH，从而确定其酸碱度。
图8.13　pH试纸与标准比色卡
用pH试纸和标准比色卡测定下列溶液的pH，将实验结果记录在下表中，并判断溶液酸碱性的强弱。
使用pH试纸测定溶液的pH
实验探究
溶液 白醋 盐酸 氯化钠 溶液 硫酸钾 溶液 石灰水 氢氧化钠
溶液
pH
实验结论：
呈酸性的溶液有 ；呈碱性的溶液有 ；呈中性的溶液有 。
酸溶液中，酸性由强到弱依次为 。
碱溶液中，碱性由强到弱依次为 。
除pH试纸外，在科学实验和研究中常使用数字式测定仪，如pH计、pH传感器（图8.14）等来更精确地测定溶液的pH。
图8.14　常见pH测定仪器
人体中各种体液的pH必须维持在正常的范围内，例如人体血液的正常pH为7.35～7.45，血液的pH＜7.35时为酸中毒，pH＞7.45时为碱中毒，若血液的pH＜6.9或pH＞7.8，将危及生命。
植物的生长需要酸碱度适宜的土壤，如表8.4所示，土壤的酸碱度过高或过低都会影响农作物的生长。大多数植物适合生长在接近中性的土壤中，但有部分植物喜酸，如杜鹃、茶树等，有部分植物喜碱，如柽柳、沙枣、枸杞等。
一些植物生长适宜的pH范围
拓展阅读
植物 水稻 茶树 桑树 柑橘 枸杞
pH 6.0～7.0 5.0～5.5 6.0～8.0 5.0～7.0 6.5～9.0
表8.4　一些植物生长适宜的pH范围
我国土壤的pH大多为4.5～8.5，由南向北pH呈递增趋势，长江以南的土壤多为酸性，长江以北的土壤多为中性或碱性。土壤酸碱度的差异，造成南方与北方农作物种植种类的差异。
怎样利用化学反应调节酸碱性
酸和碱是两类不同的物质，酸溶液的pH＜7，碱溶液的pH＞7。那么，若将酸与碱混合，会发生什么变化呢？
（1）将10 mL 4%的氢氧化钠溶液与10 mL 4%的稀盐酸混合。
（2）测定4%的氢氧化钠溶液的温度，再向10 mL 4%的氢氧化钠溶液中分别加入10 mL 4%的稀盐酸及10 mL水，测定混合过程中溶液的温度，如图8.15（a）所示。
酸与碱的反应
实验探究
图8.15　酸与碱混合过程中的变化
（a）
（b）
（3）向盛有10 mL 4%的氢氧化钠溶液的烧杯中滴加两滴酚酞试液，再滴加10 mL 4%的稀盐酸，边滴加边搅拌，如图8.15（b）所示。
现象记录：_____________________________________________
__________________________________________________________。
实验结论：_____________________________________________。
证据推理
实验（1）能否证明氢氧化钠与稀盐酸发生反应或不发生反应？如果不能，如何通过其他实验来证明？
实验（2）（3）能否证明氢氧化钠与盐酸发生了反应？依据是什么？使用酚酞试液的作用是什么？
若使用pH计或pH传感器测定溶液的pH，反应前后溶液的pH会发生怎样的变化？
NaOH + HCl NaCl + H2O
实验中，氢氧化钠溶液呈碱性，滴加酚酞试液后溶液变为红色；加入稀盐酸后，溶液由红色变为无色，说明溶液的酸碱性发生了变化。这是因为氢氧化钠溶液中的OH-与稀盐酸中的H+结合生成了水，而氢氧化钠溶液中的Na+和稀盐酸中的Cl-留在溶液中，当氢氧化钠与稀盐酸恰好完全反应时，得到氯化钠溶液。
像这样酸与碱作用生成盐和水的反应叫做中和反应，中和反应属于复分解反应，中和反应过程中放出热量。
推测稀硫酸与氢氧化钠、稀盐酸与氢氧化钙反应的生成物，写出反应的化学方程式。
书写表达
日常生活、工农业生产、科学实验中，经常需要应用中和反应的原理来调节溶液的酸碱性或降低环境中酸、碱的含量。
人体胃液中胃酸过多会导致胃部不适或疼痛，治疗胃酸过多的药物中常含有碱性物质，通过中和反应降低胃液中酸的含量；烫发剂一般包括烫卷剂（烫直剂）和定型剂，用定型剂所含的酸中和烫卷剂（烫直剂）使用后剩余的碱，避免损伤发质；工业废水在排放前需测定酸碱度，达到排放标准后才能排放，若污水中酸含量超标，则可利用熟石灰中和。
在化学实验室中，一些化学变化需要在一定的酸碱性条件下进行，可利用中和反应原理，调节溶液pH，满足实验需要。实验室中产生的废液也需要利用中和反应将其pH处理至符合要求后排放。
植物生长对于土壤酸碱性的要求不同。根据土壤和植物生长的需要，可以利用中和反应的原理，向土壤中加入酸性或碱性物质，调节土壤酸碱性以适合植物的生长。例如，若土壤酸性过强，则可使用熟石灰进行中和，或者施用氨水等碱性肥料来改良，这些措施对植物生长都有帮助。
植物生长需要哪些营养元素
植物生长所需的营养元素主要有十几种，其中氧、氢、碳元素来自水和空气，而在其他元素中，氮、磷、钾元素的需求量最大，所以氮、磷、钾元素通常被称为“化肥三要素”。
化肥是化学肥料的简称，是人工制造的含有植物生长所需营养元素的肥料。
图8.16 健康叶片与缺乏营养元素叶片的比较
分类 主要作用
氮肥 促使农作物茎、叶生长茂盛，叶色浓绿，提高植物蛋白质的含量
磷肥 促进农作物生长发育和繁殖、遗传，可增强农作物抗寒、抗旱的能力
钾肥 促进农作物对太阳能的利用和体内的多种代谢，可增强农作物抗病虫害、抗倒伏的能力
表8.5　氮肥、磷肥、钾肥的主要作用
氮肥中除有机氮肥（如尿素）、氨水外，还有属于铵盐的铵态氮肥，如碳酸氢铵（碳铵）、硫酸铵（硫铵，又称肥田粉）、氯化铵等；也有属于硝酸盐的硝态氮肥，如硝酸钠。磷肥含有可溶性的磷酸盐，如过磷酸钙、重过磷酸钙等。常用的钾肥有硫酸钾、氯化钾等。
写出硝酸钠、硝酸钙、硫酸铵、氯化铵的化学式，并指出它们分别是铵态氮肥还是硝态氮肥。
书写表达
有些化肥可以提供两种或两种以上的营养元素，如硝酸钾、磷铵［(NH4)2HPO4（磷酸氢二铵）和NH4H2PO4（磷酸二氢铵）的混合物］，这些肥料称为复合肥料。
与有机肥料相比，化肥具有养分含量高、肥效快等优点，但养分种类没有有机肥料丰富。
施用化肥要注意方法。例如，在使用铵态氮肥时，要注意不能与熟石灰、草木灰（含碳酸钾）等碱性物质同时施用，否则会降低肥效；长期或过量施用单一品种化肥会造成土壤酸碱性的变化，影响农作物的生长。
有机肥料
有机肥料在我国又称农家肥料，来源于植物和动物，原料来源广，数量大。有机肥料的养分全，含量低；肥效迟而长；须经微生物分解转化后才能被植物吸收。大多数有机肥料同时具有改良土壤的作用。
资料库
（1）分别取一药匙氯化铵和熟石灰粉末，在研钵中混合。稍稍研磨，然后嗅闻气味。再用硫酸铵代替氯化铵重复上述实验。
（2）在盛有氯化铵溶液的试管中滴加氢氧化钠溶液，稍微加热，用湿润的红色石蕊试纸接近试管口检验。再用硫酸铵溶液代替氯化铵溶液重复上述实验。
铵态氮肥为什么不能与碱性物质同时施用
实验探究
图8.17　铵态氮肥与碱性物质混合
现象记录：_____________________________________________
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实验结论：_____________________________________________
__________________________________________________________。
拓展思考
铵态氮肥为何不能与熟石灰等碱性物质同时施用？
所以，施用化肥应注意把各品种化肥的性能与农作物、土壤等具体情况结合起来综合考虑，正确、科学、适量地施用。
大量施用化肥在带来高产和丰收的同时，也会对土壤、环境产生不良影响。施用化肥的利与弊如何平衡？如何在提高农作物产量的同时，减少化肥带来的负面影响？请列举你认为合理的解决方法。
讨论与交流
归纳小结
溶液的酸碱度可以用pH表示，用pH试纸可以测定溶液的pH，确定溶液的酸碱性、比较溶液酸性或碱性的强弱。室温下，pH 7时溶液呈中性，pH 7时溶液呈酸性，pH 7时溶液呈碱性；pH越小，酸性越 ，pH越大，碱性越 。
中和反应是 ，中和反应在生活和生产中有广泛的应用。
是重要的化肥，科学、合理、适度地施用化肥，对于农作物增产具有重要作用。
学习指南
例题导引
问题：
食醋中含有醋酸（CH3COOH），醋酸在水溶液中可以离解出H+和CH3COO-（醋酸根离子）。用食醋去除水垢（主要成分是碳酸钙和氢氧化镁）时会有气泡产生。试分析在去除水垢的过程中所发生的化学反应。
分析：
醋酸是一种酸，与盐酸、硫酸具有相似的化学性质。碳酸钙是一种盐，能与盐酸反应生成新的盐——氯化钙和新的酸——碳酸，而碳酸易分解生成水和二氧化碳，所以可以观察到气泡。
因此，醋酸与碳酸钙反应生成新的盐——醋酸钙和新的酸——碳酸，而碳酸分解生成水和二氧化碳，所以，在去除水垢时会看到气泡。
氢氧化镁是一种碱，能与醋酸发生中和反应，生成盐（醋酸镁）和水。
练习巩固
1. 室温下，某同学测定四种食物的pH，结果见右表。
（1） 请分析四种食物的酸碱性并指出酸性最强的食物。
（2） 请说明若向苹果汁中滴加石蕊试液，颜色的变化及其原因。
食物 pH
蛋清 8
牛奶 6
菠菜汁 5
苹果汁 3
2. 某稀盐酸的 pH = 1，向其中加入哪些物质，可使混合后溶液的 pH 明显变大？写出反应的化学方程式。
3. 山药中含有植物碱，皮肤碰到山药黏液时出现的过敏、痛、痒等就是该植物碱引起的。你认为厨房中哪些物质可以帮助缓解这些症状？为什么？
4. 胃酸的主要成分是盐酸，胃酸过多会引起胃部不适，抗酸药常用于治疗胃酸过多。
（1） 为什么氢氧化镁、氢氧化铝等可作为抗酸药的主要成分，而氢氧化钠不行？
（2） 某复方氢氧化铝片，每片含氢氧化铝0.245 g。某患者每次服用4片该药片，其中所含氢氧化铝至少可以与多少克氯化氢发生反应？（精确至0.01 g）
5. 某处农作物叶色发黄、有病虫害，结合表8.5分析，需施用哪些种类的化肥？施用时应注意哪些问题？
6. 某化肥包装袋上的部分说明如图8.18所示，根据“注意事项”推测碳酸氢铵可能具有的一种性质，并为该猜想设计实验方案（实验步骤、需观察的现象或数据）。
图8.18
碳酸氢铵
化 学 式：NH4HCO3
……
注意事项：密封储存
　　　　　防潮防晒
　　　　　隔绝热源
7. 向教师领取pH试纸及比色卡，测定家中一些物质的酸碱性，完成“家庭物质酸碱性分布图”。具体要求：① 选择家中的某些溶液测定其pH，记录相关数据；② 与同学合作，尽可能找到pH为1～14范围内的每一个整数值所对应的物质；③ 用所测定物质及其pH绘制成一幅图，反映这些物质的酸碱性。
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