可以體驗(yàn)的“馬路化學(xué)”

龔 源

（江蘇省運(yùn)河中學(xué)東校區(qū) 江蘇 徐州 221300）

馬路給交通運(yùn)輸和人們出行帶來(lái)了便捷，每天行色匆匆的人流和浩浩蕩蕩的車(chē)流構(gòu)成了一幅蔚為壯觀的圖景。不過(guò)，在這個(gè)龐大的隊(duì)伍里究竟有多少人能感知身邊悄然發(fā)生著的如呼吸般真實(shí)的化學(xué)變化？ 又有多少人會(huì)思考這些關(guān)乎人們切身利益的化學(xué)問(wèn)題呢？毋庸置疑的是，這些無(wú)時(shí)不刻發(fā)生著的馬路化學(xué)問(wèn)題與我們的生活質(zhì)量和身體健康是如此息息相關(guān)，關(guān)注、思考和探究這些問(wèn)題，顯得十分重要和緊迫。

一、直擊PM2．5

前不久，新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》由環(huán)保部發(fā)布，引人矚目的是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中增加了PM2．5 和臭氧（O3）濃度等衡量空氣質(zhì)量的新參數(shù)，并對(duì)不同級(jí)別地區(qū)實(shí)施的時(shí)間節(jié)點(diǎn)做了明確規(guī)定。盡管這些名詞通過(guò)媒體宣傳報(bào)導(dǎo)早已為公眾所熟知，但是公眾對(duì)PM2．5的膚淺認(rèn)識(shí)和PM2．5 的嚴(yán)重危害之間依然存在著巨大反差。

［案例1］相關(guān)資料：①PM2．5 又稱為可入肺顆粒物，其直徑小于或等于2．5 微米。人體的生理結(jié)構(gòu)決定了對(duì)PM2．5 沒(méi)有任何過(guò)濾、阻攔能力，通過(guò)呼吸系統(tǒng)直接進(jìn)入血液，其表面所吸附的強(qiáng)致癌物如稠環(huán)芳烴以及有害金屬元素鉛、鎘、釩等，與肺癌、哮喘等疾病的發(fā)生密切相關(guān)。②PM2．5 主要來(lái)源于化石燃料（石油、煤炭等）的燃燒、生物質(zhì)（植物秸稈等）的燃燒以及垃圾焚燒等。

3月中旬，筆者帶領(lǐng)課外興趣小組與環(huán)保局的技術(shù)人員一起進(jìn)行了一次環(huán)保體驗(yàn)活動(dòng)。

時(shí)間：2013年3月10日；天氣：晴間多云；溫度：15℃～22℃； 風(fēng)力： 偏北風(fēng)3～4 級(jí)； 主要儀器： 小型PM2．5 監(jiān)測(cè)儀。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 不同時(shí)間、地點(diǎn)監(jiān)測(cè)的PM2．5 數(shù)值

對(duì)上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，我們不難看出，同城不同地點(diǎn)的PM2．5 數(shù)值差異較為明顯。掃地對(duì)室內(nèi)PM2．5數(shù)值的影響不明顯；公交柴油車(chē)的PM2．5 數(shù)值比電動(dòng)車(chē)的高，原因就是柴油車(chē)的尾氣中含有大量燃燒不充分的細(xì)微固體顆粒物；綠地面積較大的地方和工業(yè)園區(qū)附近相比，二者的PM2．5 數(shù)值存在顯著差異。由此可見(jiàn)，PM2．5 數(shù)值與汽車(chē)尾氣、工業(yè)廢氣的排放量存在正相關(guān)。

一位參與活動(dòng)的同學(xué)在反思日記中寫(xiě)道：“今天我們和PM2．5 進(jìn)行了一次全方位的‘對(duì)話’，一‘睹’PM2．5 的‘真面目’，它在悄無(wú)聲息地傷害著我們的身體，確實(shí)觸目驚心。人人是都是大氣污染的受害者，我們每個(gè)人都要身體力行，喚起全民的環(huán)保意識(shí)、責(zé)任意識(shí)和危機(jī)意識(shí)，形成人人關(guān)注PM2．5，人人參與治理大氣污染的良好社會(huì)氛圍，讓我們的生活處處充滿陽(yáng)光和潔凈空氣?！?/p>

二、模擬光化學(xué)煙霧實(shí)驗(yàn)

光化學(xué)煙霧是由汽車(chē)、工廠等污染源排入大氣的碳?xì)浠衔铮–xHy）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在陽(yáng)光的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、過(guò)氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，參與光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧污染現(xiàn)象叫做光化學(xué)煙霧。

光化學(xué)煙霧十分有害，尤其會(huì)導(dǎo)致人和動(dòng)物的眼睛和呼吸道粘膜受刺激，出現(xiàn)呼吸障礙、慢性呼吸道疾病惡化、兒童肺功能異常等。

［案例2］為了深化對(duì)光化學(xué)煙霧的認(rèn)識(shí)，我們研究性學(xué)習(xí)小組查閱了相關(guān)資料并在同城高?？蒲腥藛T協(xié)助下做了一次模擬光化學(xué)煙霧實(shí)驗(yàn)。起始時(shí)在實(shí)驗(yàn)箱中投入丙烯（RH）、NO 及空氣，用紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射氣體，發(fā)生了一系列變化，用物質(zhì)感應(yīng)器、數(shù)據(jù)采集器測(cè)得煙霧的主要成分為丙烯（RH）、NO、NO2、O3、PAN（CH3COOONO2）。通過(guò)計(jì)算機(jī)得出如圖1 所示的變化曲線。

圖1 各組分濃度隨時(shí)間變化曲線

利用圖1 中數(shù)據(jù)，合作學(xué)習(xí)小組統(tǒng)攝出了如下結(jié)論：①NO 的消失速率比RH 快；②NO 轉(zhuǎn)化為NO2；③RH 和NO2反應(yīng)轉(zhuǎn)化為PAN 和O3。

以上模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)論與科學(xué)家對(duì)光化學(xué)煙霧的成因解釋完全吻合。這種“看得見(jiàn)，摸得著”，甚至“觸手可及” 的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探究欲望，也增強(qiáng)了保護(hù)環(huán)境的主人翁意識(shí)和責(zé)任感。有一位同學(xué)在活動(dòng)反思中寫(xiě)道：“以前總覺(jué)得這些環(huán)境問(wèn)題與我們遙不可及，但參加了小組探究活動(dòng)后，我的感受是如此強(qiáng)烈，其實(shí)危機(jī)就在你、我、他的身邊，我們誰(shuí)都無(wú)法逃避，今后再也不能漠然視之了?！?/p>

三、功不可沒(méi)的催化轉(zhuǎn)化器

催化轉(zhuǎn)化器的開(kāi)發(fā)使用，無(wú)疑對(duì)治理汽車(chē)尾氣、降低環(huán)境災(zāi)難的發(fā)生率發(fā)揮著積極的作用。催化轉(zhuǎn)化器屬于汽車(chē)的排氣系統(tǒng)，能有效地將廢氣中的有害物質(zhì)（如NOx、CO、CxHy等）轉(zhuǎn)化為可參與大氣循環(huán)的無(wú)害物質(zhì)（如N2、CO2、H2O 等）。

催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部是襯有催化劑的呈蜂窩狀排列的孔道或小陶瓷珠，它們能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)降低污染物的濃度。比如催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑包括：①氧化型催化劑：微量的鈀（Pd）和鉑（Pt）等金屬將未燃燒汽油中的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫁D(zhuǎn)化為二氧化碳和水。②還原型催化劑：微量的鈀（Pd）和銠（Rh）等金屬將氮氧化合物轉(zhuǎn)化為氮和氧。

［案例3］研究性學(xué)習(xí)小組在高校研究人員指導(dǎo)下，在某溫度時(shí)，按下列流程探究某種催化劑作用下的汽車(chē)尾氣轉(zhuǎn)化的反應(yīng)速率及氮氧化物的轉(zhuǎn)化率，用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)間的NO 和CO 濃度如表2 所示。

表2 不同時(shí)間內(nèi)各組分濃度的變化

活動(dòng)結(jié)束后，一位同學(xué)感慨地說(shuō)：“催化轉(zhuǎn)化器的安裝使用對(duì)于降低汽車(chē)尾氣中氮氧化物的含量，確實(shí)起到了不可低估的作用?？萍嫉牧α空媸菉W妙神奇，讓人震撼，期待將來(lái)我們能研制出更加先進(jìn)的催化轉(zhuǎn)化器，做到零排放，構(gòu)建一條條生態(tài)馬路?！?/p>

四、期待生態(tài)馬路

治理汽車(chē)尾氣刻不容緩，老百姓也在呼喚生態(tài)馬路。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)鋪設(shè)了真正意義上的能“吃”廢氣的生態(tài)馬路。所謂生態(tài)馬路，就是在鋪設(shè)時(shí)加入一定量的TiO2，TiO2受太陽(yáng)光照射后，產(chǎn)生的電子被空氣或水中的氧獲得，生成H2O2，從而對(duì)馬路上方的空氣有效地凈化，其過(guò)程大致如下：

不過(guò)，目前更多的馬路材料仍是瀝青（柏油）。瀝青主要分為煤焦瀝青、石油瀝青和天然瀝青三種。①煤焦瀝青： 煤焦瀝青是煉焦的副產(chǎn)品，主要含有蒽、菲、芘等有害物質(zhì)。由于這些成分的含量不同，煤焦瀝青的性質(zhì)也有所不同。溫度的變化對(duì)煤焦瀝青的影響很大，冬季容易脆裂，夏季容易軟化。②石油瀝青：石油瀝青是原油蒸餾后的殘?jiān)?。根?jù)提煉程度的不同，在常溫下呈液體、半固體或固體。石油瀝青色黑而有光澤，具有較高的感溫性。由于它在生產(chǎn)過(guò)程中曾經(jīng)蒸餾至400℃以上，因而所含揮發(fā)成分甚少，但這些物質(zhì)或多或少對(duì)人體健康仍是有害的。③天然瀝青：天然瀝青儲(chǔ)藏在地下，有的形成礦層或在地殼表面堆積。

［案例4］相關(guān)背景和材料：①每年的夏收秋收時(shí)節(jié)，許多住在柏油馬路附近的村民喜歡在路上晾曬糧食。②瀝青中含有一種強(qiáng)致癌揮發(fā)性物質(zhì)——稠環(huán)芳烴會(huì)被糧食吸附而造成污染，一旦進(jìn)入人體，極易被脂肪、肝臟和腦部吸收并貯存起來(lái)，很難排出體外，還可引起人體細(xì)胞的變異，破壞細(xì)胞的遺傳基因。

農(nóng)忙時(shí)節(jié)又要到了，我們的研究性學(xué)習(xí)小組，分別走進(jìn)交通管理部門(mén)和村組社區(qū)，把《公路法》和《道路交通管理?xiàng)l例》的相關(guān)條款以及馬路曬糧對(duì)身體健康的損害知識(shí)印制成宣傳冊(cè)，進(jìn)行法律常識(shí)和科普宣傳，受到老百姓和有關(guān)部門(mén)的交口稱贊。

這項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)找到了學(xué)校與社區(qū)合作的最佳契合點(diǎn)，作為綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的一部分，活動(dòng)大大地提升了學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力和社會(huì)實(shí)踐能力，強(qiáng)化了學(xué)生的社會(huì)參與意識(shí)以及社會(huì)責(zé)任感。

一位同學(xué)在活動(dòng)反思中寫(xiě)道：“這次體驗(yàn)活動(dòng)，讓我學(xué)會(huì)了現(xiàn)代社會(huì)人際交往與合作的本領(lǐng)，提高了人際溝通能力、適應(yīng)現(xiàn)社會(huì)生活能力；枯燥的書(shū)本知識(shí)融入了真實(shí)的社會(huì)情境，真正做到了學(xué)以致用，服務(wù)社會(huì)，將來(lái)如有機(jī)會(huì)，我會(huì)更加積極主動(dòng)地投身其中的?！?/p>

五、慎用馬路融雪劑

每到冬季，融雪劑都會(huì)被大量用來(lái)快速消除道路冰雪，保障交通順暢。融雪劑有兩類：有機(jī)融雪劑和無(wú)機(jī)融雪劑。有機(jī)融雪劑的融雪效果好，但價(jià)格太高，一般只適用于機(jī)場(chǎng)等地。無(wú)機(jī)融雪劑是氯鹽類融雪劑，如氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等，通常稱作“化冰鹽”，其原理主要是能降低水的凝固點(diǎn)。但是該類氯化物對(duì)工程都有腐蝕性，最主要的破壞作用是對(duì)鋼筋的腐蝕。當(dāng)氯離子到達(dá)鋼筋表面并超過(guò)一定量（臨界值）時(shí)，原處于鈍化狀態(tài)的鋼筋，就會(huì)被活化、腐蝕，銹蝕產(chǎn)物的發(fā)展與體積膨脹（2－6 倍），使混凝土保護(hù)層發(fā)生順?shù)摻铋_(kāi)裂、脫落，導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)的出現(xiàn)。

另外，融化后的雪水一旦滲入到土壤中，將會(huì)把大量可溶性離子帶到植物根系周?chē)?，從而?dǎo)致植物淺層的根系死亡，同時(shí)融雪劑會(huì)使土壤“鹽漬化”，也就是人們通常說(shuō)的“板結(jié)”。更重要的是，含有融雪劑的雪水滲入地下會(huì)污染地下水，這種損失是無(wú)法彌補(bǔ)的。

［案例5］相關(guān)材料：2008年我國(guó)南方遭受了嚴(yán)重冰凍災(zāi)害后，京珠高速沿線一些村莊的村民反映，他們的飲用水變苦變咸了。當(dāng)?shù)鼐用耧嬘煤蟪霈F(xiàn)發(fā)燒、嘔吐、喉嚨痛的癥狀，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)前往調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，村民們飲用水中的氯離子含量已經(jīng)接近飲用水上限標(biāo)準(zhǔn)了，這與當(dāng)時(shí)破壞冰雪、灑下數(shù)千噸融雪劑很有關(guān)系。

對(duì)此，我們?cè)M織了一次專題討論，通過(guò)查閱資料，上網(wǎng)搜索相關(guān)素材和案例，走訪專家、觀看視頻、分組討論，同學(xué)們的心靈受到很大觸動(dòng)。一位同學(xué)發(fā)言說(shuō)：“世界上的萬(wàn)事萬(wàn)物都是相互依存，相互聯(lián)系的，今天我終于理解了一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施為何要環(huán)評(píng)和可行性論證，涉及到的因素真是方方面面的，如果盲目決策，就很可能給社會(huì)、自然、生活帶來(lái)難以挽回的災(zāi)難”。隨后，他們還給本地的交通部門(mén)和環(huán)保部門(mén)提出了“冬季消除道路結(jié)冰”的很有價(jià)值的方案和建議，受到有關(guān)部門(mén)的贊賞。

馬路上的化學(xué)問(wèn)題真的是數(shù)不勝數(shù)，乙醇汽油的成分性能、酒駕檢測(cè)原理、汽車(chē)燃料電池原理、電動(dòng)自行車(chē)電瓶原理、斑馬線的成分等等，可謂“留心處處皆學(xué)問(wèn)”，盡管有些問(wèn)題我們還無(wú)力改變，但作為一個(gè)負(fù)責(zé)的公民都應(yīng)該具有最起碼的 “位卑未敢忘憂國(guó)”的責(zé)任感和危機(jī)意識(shí)。同時(shí)，我們作為教育者，引領(lǐng)學(xué)生去感知社會(huì)，關(guān)注生活，學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，更加責(zé)無(wú)旁貸。

新課程彰顯知識(shí)與社會(huì)生活、科學(xué)探究的有機(jī)融合等價(jià)值取向。教學(xué)實(shí)踐中，教師作為“平等中的首席”，要充分運(yùn)用教育教學(xué)智慧，把化學(xué)知識(shí)鑲嵌滲透于生活與社會(huì)之中，摒棄封閉、陳舊和一律，追求開(kāi)放、鮮活與特性，既要牢牢根植于基點(diǎn)，又要適時(shí)適度地把思維觸須向“窗外”延伸，挖掘拓展更為廣泛的課程資源，獲得“知、情、意、行”的高端和諧生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)真正意義的創(chuàng)造性教學(xué)。這種學(xué)習(xí)方式的新變革所帶來(lái)的效果必然是 “書(shū)本化學(xué)”、“黑板實(shí)驗(yàn)”等傳統(tǒng)行為所遠(yuǎn)不能及的，也必然會(huì)使學(xué)生會(huì)學(xué)樂(lè)學(xué)善學(xué)，成為知識(shí)生成和構(gòu)建的自由主體，有效達(dá)成 “從生活走近化學(xué)”，再 “從化學(xué)走向社會(huì)”，進(jìn)而升華為“感悟知識(shí)所隱蘊(yùn)的生命意義”的學(xué)習(xí)歷程和目標(biāo)。

［1］ 鐘啟泉等．普通高中新課程方案導(dǎo)讀［M］．上海：華東師范大學(xué)出版社，2003