對(duì)普通爆竹燃放污染物的探究

摘 要:本文就爆竹燃放所產(chǎn)生的污染物以實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行了探究，對(duì)其燃放所產(chǎn)生氣體的毒性進(jìn)行了定性檢驗(yàn)，定量地測出了一枚普通爆竹燃放所產(chǎn)生的二氧化硫的質(zhì)量，推算其體積，并以此說明燃放煙花爆竹所產(chǎn)生的嚴(yán)重污染問題。

關(guān)鍵詞:爆竹 燃放 污染物

近幾年，煙花爆竹的燃放在全國各大城市相繼由“禁”改為“限”，這體現(xiàn)了法律法規(guī)對(duì)民俗習(xí)慣和傳統(tǒng)文化的“人文關(guān)懷”。但這實(shí)際上是一把雙刃劍:一方面，燃放煙花爆竹極大地滿足了人們?cè)诠?jié)日期間表達(dá)喜慶心情的一種手段，使得“過年”這樣的節(jié)日更富“年”味;但同時(shí)，燃放煙花爆竹所產(chǎn)生的污染和安全問題卻是層出不窮，遍布全國各地，2009年元宵節(jié)的央視大火足以給人們留下深刻的反思。

新課程化學(xué)科所倡導(dǎo)的理念是:強(qiáng)調(diào)化學(xué)課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角看待物質(zhì)世界，應(yīng)用化學(xué)知識(shí)和化學(xué)方法參與社會(huì)決策和解決問題的能力。燃放煙花爆竹所產(chǎn)生的氣體中含有的二氧化硫等化學(xué)物質(zhì)，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，本文旨在通過對(duì)普通爆竹燃放產(chǎn)生的污染物進(jìn)行探究，一方面與教材內(nèi)容緊密聯(lián)系，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高科學(xué)素養(yǎng);另一方面，也引起人們對(duì)燃放煙花爆竹所產(chǎn)生的污染問題的再認(rèn)識(shí)。

一、普通爆竹的構(gòu)成及反應(yīng)原理

普通爆竹的燃料主要由氯酸鉀、硝酸鉀、鋁粉、硫和炭等組成，燃放時(shí)，被緊緊包裹的燃料急劇燃燒，產(chǎn)生大量的二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳和氮?dú)獾取Ｆ渲校趸颉⒁谎趸嫉榷际怯卸練怏w。主要化學(xué)反應(yīng)有:

2KNO3+3C+S=K2S+3CO2↑+N2↑

K2S+O2=K2O+SO2↑ 2C+O2=2CO↑

爆炸同時(shí)產(chǎn)生硫化鉀、金屬氧化物、碳粒等顆粒，還有大量的碎紙屑。這些產(chǎn)生的物質(zhì)都構(gòu)成了污染源。

二、探究實(shí)驗(yàn)

所用儀器:翻口膠塞，“大地紅”鞭炮數(shù)枚，鐵架臺(tái)，鐵圈，漏斗，濾紙，燒杯，玻璃棒，玻璃罩，電子天平，10ml注射器，干燥箱。

所用試劑:4mol/L氫氧化鈉溶液，30%醫(yī)用雙氧水，濃鹽酸，0.5mol/L氯化鋇溶液。

其他器具:500ml礦泉水空瓶，火柴，刀片，兩株“無花果”(植物)，“大地紅”牌鞭炮數(shù)枚。

1.紙屑質(zhì)量

考慮到包裹燃料的紙屑在爆竹前后，只是“破碎”，而沒有發(fā)生轉(zhuǎn)化。因此，對(duì)爆竹燃放所產(chǎn)生的紙屑污染，采取的是直接剝離爆竹的方法。

操作方法:用刀片將爆竹剖開，剝離內(nèi)部燃料及引火索，稱量卷紙。

測量數(shù)據(jù):見表一。

從數(shù)據(jù)中可以看出，雖然一枚普通爆竹燃放所產(chǎn)生的碎紙屑的質(zhì)量在0.1～0.2g之間，但實(shí)際上，市場所售鞭炮一串至少有幾十枚，多則成千上萬。據(jù)報(bào)道，2005年春節(jié)期間，哈爾濱市環(huán)衛(wèi)工人清掃作業(yè)量比平時(shí)多了3倍，平均每天拉出60多車鞭炮碎屑，重約30噸，僅大年初一就拉出鞭炮碎屑近90車。

2.氣體毒性

操作方法:將兩株生長良好的同種植物，其中一株(A)直接用玻璃罩罩住;另一株(B)連同1枚鞭炮燃放后產(chǎn)生的氣體，迅速用玻璃罩罩住。要說明的是，燃放煙花爆竹對(duì)于操作該實(shí)驗(yàn)，有一定的危險(xiǎn)性。筆者的做法是，用刀片輕輕地刮薄爆竹的外層紅色卷紙，達(dá)到燃放起來“爆”而不“炸”的效果。這樣做的目的是為了安全快速地收集爆竹燃放后所產(chǎn)生的氣體，然后觀察植物(無花果)生長情況及其變化。

過程記錄:如下表所示。

從對(duì)比實(shí)驗(yàn)不難看出，在相同條件下，1枚鞭炮燃放所產(chǎn)生的氣體對(duì)植物的危害就這么嚴(yán)重，節(jié)日期間燃放的煙花爆竹所產(chǎn)生的危害就不言而喻了。杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站收集的2006年正月初一杭州市空氣污染情況的資料表明:初一為重度污染，這和杭州地區(qū)平時(shí)的空氣質(zhì)量相比明顯變差。

3.二氧化硫含量的測定

操作方法:準(zhǔn)備好500mL的礦泉水瓶，在瓶口點(diǎn)燃爆竹的同時(shí)迅速將這枚爆竹扔入瓶內(nèi)，迅速將翻口膠塞蓋好。用注射器向瓶內(nèi)分多次注射共20ml的氫氧化鈉溶液，每次注射完充分振蕩。注射完后靜置5min，過濾，收集濾液。向?yàn)V液中加入20ml雙氧水，攪拌后靜置10min，取所得混合液體積的二分之一，向其中加入氯化鋇溶液，直至沉淀不再產(chǎn)生為止，過濾。向沉淀中加入鹽酸，至沉淀不再溶解，過濾，并洗滌剩余沉淀3次。連同濾紙100℃以上干燥充分，冷卻至室溫稱重。主要反應(yīng)原理如下:

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O

Na2SO3+H2O2=Na2SO4+H2ONa2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl

BaCO3+2HCl=BaCl2+H2O+CO2↑

Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl

數(shù)據(jù)記錄:如下表所示。

結(jié)果說明:由于實(shí)際產(chǎn)生沉淀的溶液體積為總體積的一半，每次實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生總的沉淀質(zhì)量翻倍，分別為0.3214g;0.3240g;0.3182g。據(jù)公式:

n(mol)=m(g)/M(g·mol-1)

求得沉淀(BaSO4)的物質(zhì)的量分別為:1.38×10-3mol;1.39×10-3mol;1.37×10-3mol。取平均值為1.38×10-3mol。據(jù)硫元素反應(yīng)前后質(zhì)量守恒可得二氧化硫(SO2)的物質(zhì)的量平均值為1.38×10-3mol。據(jù)公式:

標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下，n(mol)=V(L)/Vm(L· mol-1);及由克拉伯龍方程推導(dǎo)出的V1/T1=V2/T2公式推導(dǎo)出1.44×10-3mol的二氧化硫折合體積約為35.2mL。即是1枚普通鞭炮燃放所產(chǎn)生的二氧化硫的體積約為35.2ml。曾有假設(shè):一串鞭炮500發(fā)，大年三十晚上杭州市每戶人家都燃放一串鞭炮，那么，整個(gè)杭州市區(qū)(2004年末杭州市城區(qū)總戶數(shù)53萬戶，共計(jì)人口181.67萬)將產(chǎn)生約19.6噸二氧化硫，相當(dāng)于燃燒408噸的煤。

三、結(jié)束語

煙花爆竹的燃放由“禁”改“限”，一方面使我們的節(jié)日更加的歡慶;同時(shí)，它所帶來的污染絕不僅僅是上面所做的三個(gè)實(shí)驗(yàn)所能夠說明的。爆竹雖小，燃放后污染卻大。作為新一代知識(shí)型青年，我們更應(yīng)該理性地看待和支持煙花爆竹的“禁”改“限”政策的實(shí)施。

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作者單位:湖北省武漢市長虹中學(xué)