Phân bón hóa học: Chi tiết lý thuyết và giải bài tập

Phân bón hóa học là gì?

Phân bón hóa học (hay còn được gọi là phân bón vô cơ) là những hóa chất chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng. Chúng được bón cho cây nhằm nâng cao năng suất mùa màng. Thông thường, đất trồng bị nghèo dinh dưỡng dần trong quá trình cây phát triển. Chính vì thế, cây cần được hấp thụ bổ sung các nguyên tố dinh dưỡng từ đất.

Các loại phân bón hóa học phổ biến nhất

Phân bón hóa học thường chứa các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, điển hình như: P, Ca, N, K, Zn, Mg, Cu,... Dựa trên các thành phần nguyên tố dinh dưỡng khác biệt, chúng được chia thành các loại phân bón hóa học chính, đó là: 

• Phân đạm

• Phân lân

• Phân Kali

• Phân hỗn hợp và phân phức hợp

• Phân vi lượng

Phân bón hóa học – Phân đạm

Phân đạm là loại phân bón hóa học được sử dụng rộng rãi và vô cùng phổ biến hiện nay. Chúng đóng vai trò kích thích sự sinh trưởng, giúp cây trồng phát triển nhanh hơn, cho ra nhiều sản phẩm chất lượng như hạt, củ hoặc quả. Phân đạm sẽ cung cấp Nitơ hóa hợp cho cây dưới dạng ion Amoni NH4+ và Nitrat NO3-. Hàm lượng phần trăm Nitơ có trong phân sẽ quyết định mức độ dinh dưỡng của loại phân bón hóa học này. Dưới đây là các loại phân đạm phổ biến nhất. 

Phân đạm amoni

Phân đạm amoni là sản phẩm của các muối amoni, điển hình như NH4Cl, (NH4)2SO4, NH4NO3...

Tính chất: 

• Dễ tan trong nước giúp cây dễ hấp thu, đồng thời cũng dễ bị rửa trôi bởi nước.

• Thành phần của nó chứa gốc bazơ NH4+, nên khi gặp nước dễ làm tăng độ chua của đất. Chính vì thế, phân đạm amoni không thích hợp để sử dụng với đất chua. 

Để điều chế phân đạm amoni, người ta cho amoniac tác dụng với axit tương ứng.

Ví dụ: 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

Phân đạm nitrat

Phân đạm nitrat là sản phẩm của muối nitrat như NaNO3, Ca(NO3)2... Loại phân này được điều chế bằng phản ứng giữa axit nitric và muối cacbonat.

Tính chất: Đạm nitrat tan nhiều trong nước, rất dễ chảy. Vì thế, khi bón phân đạm nitrat cho đất nó có tác dụng nhanh chóng với cây trồng nhưng cũng rất dễ bị rửa trôi khi gặp nước mưa.  

Ví dụ: CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

Phân ure 

Phân ure với công thức hóa học là (NH2)2CO có chứa tới 46% N, là loại phân đạm tốt nhất hiện nay.

Phân ure được điều chế bằng cách cho amoniac tác dụng với CO2 ở nhiệt độ 180 - 200 độ C, áp suất khoảng 200 atm. 

Ví dụ: CO2 + 2NH3 → (NH2)2CO + H2O (nhiệt độ, p)

Tính chất: 

• Urê là chất rắn màu trắng, tan trong nước rất tốt và dễ bị chảy nước giống như các loại phân đạm khác.

• Trong đất, urê bị phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật. Sản phẩm tạo ra là amoniac hoặc chuyển dần thành muối cacbonat khi gặp nước. 

(NH2)2CO + 2H2O → (NH4)2CO3

Từ những thông tin về các loại phân bón hóa học trên, ta có bảng tổng hợp và so sánh các loại phân đạm như sau: 

Phân bón hóa học 11 – Phân lân

Bên cạnh phân đạm, phân lân cũng là một dạng phân bón hóa học quan trọng. Chúng cung cấp photpho cho cây trồng trong thời kỳ sinh trưởng, thúc đẩy quá trình sinh hóa, trao đổi chất, trao đổi năng lượng của cây trồng. Độ dinh dưỡng của phân lân tùy thuộc vào tỉ lệ phần trăm khối lượng của P2O5 có trong thành phần. 

Nguyên liệu để sản xuất ra phân lân là apatit và quặng photphoric. Hai loại phân lân được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, đó là: Supephotphat và phân lân nung chảy. 

Supephotphat

Supephotphat được chia thành 2 loại: 

Supephotphat đơn

• Gồm 2 muối Ca(H2PO4)2 (dễ tan) và CaSO4 (không tan, làm rắn đất).

• Chứa từ 14 - 20% P2O5. Chúng được điều chế bằng cách cho bột quặng photphorit hay apatit tác dụng với axit sunfuric đặc: 

Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 (đặc) → Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 (kết tủa)

Supephotphat kép

• Chứa hàm lượng P2O5 từ 40-50%, vì chỉ có Ca(H2PO4)2. 

• Loại phân bón hóa học này được điều chế qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Điều chế axit photphoric

Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4 (kết tủa)

Giai đoạn 2: Cho axit photphoric tác dụng với apatit hoặc photphorit

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 → 3Ca(H2PO4)2

Phân lân nung chảy

Phân lân nung chảy với thành phần chính là photphat và silicat của canxi và magie. Chúng chứa từ 12 - 14% P2O5, chỉ thích hợp với loại đất chua vì muối này không tan trong nước. 

Phân lân nung chảy được điều chế như sau: Nung hỗn hợp bột quặng apatit, đá xà vân và than cốc trong nhiệt độ trên 1000 độ C, lò đứng. Sản phẩm nóng chảy sau đó được làm nguội nhanh bằng nước, sấy khô và nghiền bột. 

Từ những thông tin về các loại phân bón hóa học trên, ta có bảng tổng hợp và so sánh các loại phân lân như sau: 

Phân bón hóa học kali

Phân kali là một dạng phân bón hóa học cung cấp cho cây trồng nguyên tố kali dưới dạng ion K+. Trong nông nghiệp, phân bón hóa học kali thường được sử dụng bón cùng với các loại phân bón khác, giúp thúc đẩy quá trình tạo ra chất xơ, chất đường, chất dầu, tăng khả năng chịu hạn, chịu rét, và chống sâu bệnh cho cây trồng. Hàm lượng dinh dưỡng của phân kali được quyết định dựa vào tỷ lệ phần trăm khối lượng K2O có trong bảng thành phần. 

Muối KCl và K2SO4 là thành phần được sử dụng nhiều nhất trong việc sản xuất phân kali. Tro thực vật có chứa K2CO3 trong thành phần cũng được xem là một loại phân kali.

Xem thêm: 

• Axit photphoric (H3PO4) là gì? Cấu tạo phân tử, tính chất, ứng dụng và phương pháp điều chế
• Muối photphat: Chi tiết lý thuyết và hướng dẫn giải bài tập

Phân hỗn hợp và phân phức hợp

Phân hỗn hợp và phân phức hợp là loại phân bón hóa học chứa đồng thời một số nguyên tố dinh dưỡng cơ bản.

• Phân hỗn hợp (hay còn được gọi là phân NPK): Thành phần của chúng bao gồm: Nitơ, Photpho, Kali. Ví dụ, nitrophotka là hỗn hợp của KNO3 và (NH4)2HPO4. Tùy thuộc vào từng loại cây trồng, loại đất trồng mà người ta lựa chọn loại phân có tỷ lệ N:P:K phù hợp.

• Phân phức hợp: Loại phân có chứa hỗn hợp các chất được tạo ra đồng thời bằng tương tác hóa học của các chất. Chẳng hạn, cho amoniac tác dụng với axit photphoric, ta thu được phân phức hợp amophot có chứa hỗn hợp của muối NH4H2PO4 và (NH4)2HPO4.

Phân vi lượng

Giống như những “vitamin cho thực vật”, phân vi lượng là một loại phân bón hóa học cung cấp cho cây trồng nguyên tố dinh dưỡng như kẽm, bo, đồng, mangan, molipden,…giúp tăng khả năng sinh trưởng, trao đổi chất và tăng hiệu lực quang hợp của cây trồng. 

Phân vi lượng thường được bón cho đất với một hàm lượng nhỏ, kết hợp với phân hữu cơ hoặc phân vô cơ. Phân vi lượng sẽ chỉ mang lại hiệu quả cho từng loại cây và từng loại đất, chúng sẽ gây hại cho cây nếu được dùng với hàm lượng không hợp lý. 

Bài tập về phân bón hóa học SGK 11 kèm lời giải chi tiết

Cùng Monkey vận dụng những kiến thức chi tiết về phân bón hoá học nêu trên để thực hành một số bài tập về phân bón hóa học SGK 11 dưới đây. 

Bài 1 (SGK Hóa 11, trang 58 )

Cho các mẫu phân đạm sau đây: Amoni sunfat , amoni clorua, natri nitrat. Hãy dùng các thuốc thử thích hợp để phân biệt chúng. Viết phương trình hóa học của các phản ứng đã dùng?

Gợi ý đáp án: 

Ta hoà tan một ít các mẫu phân đạm vào nước thì được 3 dung dịch muối: (NH4)2SO4, NH4Cl, NaNO3. Cho từ từ dung dịch Ba(OH)2 vào từng dung dịch:

• Nếu thấy dung dịch nào có khí bay ra có mùi khai và xuất hiện kết tủa trắng là (NH4)2SO4

(NH4)2SO4 + Ba(OH)2 → BaSO4 ↓ + 2NH3 ↑+ 2H2O

• Nếu thấy dung dịch nào có khí bay ra có mùi khai là NH4Cl

2NH4Cl + Ba(OH)2 → BaCl2 + 2NH3 ↑+ 2H2O

• Dung dịch không có hiện tượng gì là NaNO3

Bài 2 (SGK Hóa 11, trang 58 )

Từ không khí, than, nước và các chất xúc tác cần thiết, hãy lập sơ đồ điều chế phân đạm NH4NO3.

Gợi ý đáp án: 

Bài 3 (trang 58 SGK Hóa 11)

Một loại quặng photphat có chứa 35% Ca3(PO4)2. Hãy tính hàm lượng phần trăm P2O5 có trong quặng trên.

Gợi ý đáp án:

Trong 1000g quặng có: 1000. 35% = 350g Ca3(PO4)2

Bảo toàn nguyên tố P ⇒ trong 1 mol Ca3(PO4)2 có 1mol P2O5 nghĩa là trong 310g Ca3(PO4)2 tương ứng có 142g P2O5.

⇒350g Ca3(PO4)2 có lượng P2O5 là:

m(P2O5) = 350 x 142 / 310 = 160.3g

% P2O5 trong quặng = 160.3 x 100% / 1000 = 16.03%

Bài 4 (SGK Hóa 11, trang 58 )

Để sản xuất một lượng phân bón amophot đã dùng hết 6,000.10^3 mol H3PO4.

a) Tính thể tích khí ammoniac (đktc) cần dùng, biết rằng loại amophot này có tỉ lệ về số mol nNH4H2PO4 : n(NH4)2HPO4 = 1 : 1.

b) Tính khối lượng amophot thu được.

Gợi ý đáp án: 

Phương trình phản ứng:

H3PO4 + NH3 → NH4H2PO4

H3PO4 + 2NH3 → (NH4)2HPO4

⇒ Phương trình phản ứng tổng hợp:

2H3PO4 + 3NH3 → NH4H2PO4 + (NH4)2HPO4

a. Từ phương trình phản ứng ta có:

∑số mol NH3 cần dùng = 1,5 số mol H3PO4 = 1,5 x 6 x 10^3 = 9000 (mol)

⇒ VNH3 (đktc) = 9000 x 22,4 = 201600 (lít)

b. Từ phương trình phản ứng ta có:

nNH4H2PO4 = n(NH4)2HPO4 = 0,5.nH3PO4 = 0,5 x 6 x 10^3 = 3000 (mol)

Khối lượng amophot thu được:

mNH4H2PO4 + m(NH4)2HPO4 = 3000 x (115+132) = 741000(g) =741(kg).

Cây trồng muốn sinh trưởng tốt, ngoài điều kiện về ánh sáng và nguồn nước cần được cung cấp dinh dưỡng thông qua phân bón hoá học. Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn đọc có thêm nhiều kiến thức thú vị xung quanh các loại phân bón hóa học và ứng dụng hiệu quả những thông tin này trong đời sống.