可以體驗的“馬路化學”

龔 源

（江蘇省運河中學東校區 江蘇 徐州 221300）

馬路給交通運輸和人們出行帶來了便捷，每天行色匆匆的人流和浩浩蕩蕩的車流構成了一幅蔚為壯觀的圖景。不過，在這個龐大的隊伍里究竟有多少人能感知身邊悄然發生著的如呼吸般真實的化學變化？ 又有多少人會思考這些關乎人們切身利益的化學問題呢？毋庸置疑的是，這些無時不刻發生著的馬路化學問題與我們的生活質量和身體健康是如此息息相關，關注、思考和探究這些問題，顯得十分重要和緊迫。

一、直擊PM2．5

前不久，新修訂的《環境空氣質量標準》由環保部發布，引人矚目的是這個標準中增加了PM2．5 和臭氧（O3）濃度等衡量空氣質量的新參數，并對不同級別地區實施的時間節點做了明確規定。盡管這些名詞通過媒體宣傳報導早已為公眾所熟知，但是公眾對PM2．5的膚淺認識和PM2．5 的嚴重危害之間依然存在著巨大反差。

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

3月中旬，筆者帶領課外興趣小組與環保局的技術人員一起進行了一次環保體驗活動。

時間：2013年3月10日；天氣：晴間多云；溫度：15℃～22℃； 風力： 偏北風3～4 級； 主要儀器： 小型PM2．5 監測儀。監測數據見表1。

表1 不同時間、地點監測的PM2．5 數值

對上述監測數據分析，我們不難看出，同城不同地點的PM2．5 數值差異較為明顯。掃地對室內PM2．5數值的影響不明顯；公交柴油車的PM2．5 數值比電動車的高，原因就是柴油車的尾氣中含有大量燃燒不充分的細微固體顆粒物；綠地面積較大的地方和工業園區附近相比，二者的PM2．5 數值存在顯著差異。由此可見，PM2．5 數值與汽車尾氣、工業廢氣的排放量存在正相關。

一位參與活動的同學在反思日記中寫道：“今天我們和PM2．5 進行了一次全方位的‘對話’，一‘睹’PM2．5 的‘真面目’，它在悄無聲息地傷害著我們的身體，確實觸目驚心。人人是都是大氣污染的受害者，我們每個人都要身體力行，喚起全民的環保意識、責任意識和危機意識，形成人人關注PM2．5，人人參與治理大氣污染的良好社會氛圍，讓我們的生活處處充滿陽光和潔凈空氣。”

二、模擬光化學煙霧實驗

光化學煙霧是由汽車、工廠等污染源排入大氣的碳氫化合物（CxHy）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在陽光的作用下發生化學反應，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、過氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，參與光化學反應過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象叫做光化學煙霧。

光化學煙霧十分有害，尤其會導致人和動物的眼睛和呼吸道粘膜受刺激，出現呼吸障礙、慢性呼吸道疾病惡化、兒童肺功能異常等。

［案例2］為了深化對光化學煙霧的認識，我們研究性學習小組查閱了相關資料并在同城高校科研人員協助下做了一次模擬光化學煙霧實驗。起始時在實驗箱中投入丙烯（RH）、NO 及空氣，用紫外線長時間照射氣體，發生了一系列變化，用物質感應器、數據采集器測得煙霧的主要成分為丙烯（RH）、NO、NO2、O3、PAN（CH3COOONO2）。通過計算機得出如圖1 所示的變化曲線。

圖1 各組分濃度隨時間變化曲線

利用圖1 中數據，合作學習小組統攝出了如下結論：①NO 的消失速率比RH 快；②NO 轉化為NO2；③RH 和NO2反應轉化為PAN 和O3。

以上模擬實驗結論與科學家對光化學煙霧的成因解釋完全吻合。這種“看得見，摸得著”，甚至“觸手可及” 的體驗式學習大大激發了學生的學習熱情和探究欲望，也增強了保護環境的主人翁意識和責任感。有一位同學在活動反思中寫道：“以前總覺得這些環境問題與我們遙不可及，但參加了小組探究活動后，我的感受是如此強烈，其實危機就在你、我、他的身邊，我們誰都無法逃避，今后再也不能漠然視之了。”

三、功不可沒的催化轉化器

催化轉化器的開發使用，無疑對治理汽車尾氣、降低環境災難的發生率發揮著積極的作用。催化轉化器屬于汽車的排氣系統，能有效地將廢氣中的有害物質（如NOx、CO、CxHy等）轉化為可參與大氣循環的無害物質（如N2、CO2、H2O 等）。

催化轉化器的內部是襯有催化劑的呈蜂窩狀排列的孔道或小陶瓷珠，它們能通過化學反應降低污染物的濃度。比如催化轉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氫化合物和一氧化碳轉化為二氧化碳和水。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化為氮和氧。

［案例3］研究性學習小組在高校研究人員指導下，在某溫度時，按下列流程探究某種催化劑作用下的汽車尾氣轉化的反應速率及氮氧化物的轉化率，用氣體傳感器測得不同時間的NO 和CO 濃度如表2 所示。

表2 不同時間內各組分濃度的變化

活動結束后，一位同學感慨地說：“催化轉化器的安裝使用對于降低汽車尾氣中氮氧化物的含量，確實起到了不可低估的作用。科技的力量真是奧妙神奇，讓人震撼，期待將來我們能研制出更加先進的催化轉化器，做到零排放，構建一條條生態馬路。”

四、期待生態馬路

治理汽車尾氣刻不容緩，老百姓也在呼喚生態馬路。一些發達國家已經鋪設了真正意義上的能“吃”廢氣的生態馬路。所謂生態馬路，就是在鋪設時加入一定量的TiO2，TiO2受太陽光照射后，產生的電子被空氣或水中的氧獲得，生成H2O2，從而對馬路上方的空氣有效地凈化，其過程大致如下：

不過，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品，主要含有蒽、菲、芘等有害物質。由于這些成分的含量不同，煤焦瀝青的性質也有所不同。溫度的變化對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渣。根據提煉程度的不同，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。由于它在生產過程中曾經蒸餾至400℃以上，因而所含揮發成分甚少，但這些物質或多或少對人體健康仍是有害的。③天然瀝青：天然瀝青儲藏在地下，有的形成礦層或在地殼表面堆積。

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

農忙時節又要到了，我們的研究性學習小組，分別走進交通管理部門和村組社區，把《公路法》和《道路交通管理條例》的相關條款以及馬路曬糧對身體健康的損害知識印制成宣傳冊，進行法律常識和科普宣傳，受到老百姓和有關部門的交口稱贊。

這項實踐活動找到了學校與社區合作的最佳契合點，作為綜合實踐活動課程的一部分，活動大大地提升了學生的社會適應能力和社會實踐能力，強化了學生的社會參與意識以及社會責任感。

一位同學在活動反思中寫道：“這次體驗活動，讓我學會了現代社會人際交往與合作的本領，提高了人際溝通能力、適應現社會生活能力；枯燥的書本知識融入了真實的社會情境，真正做到了學以致用，服務社會，將來如有機會，我會更加積極主動地投身其中的。”

五、慎用馬路融雪劑

每到冬季，融雪劑都會被大量用來快速消除道路冰雪，保障交通順暢。融雪劑有兩類：有機融雪劑和無機融雪劑。有機融雪劑的融雪效果好，但價格太高，一般只適用于機場等地。無機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。但是該類氯化物對工程都有腐蝕性，最主要的破壞作用是對鋼筋的腐蝕。當氯離子到達鋼筋表面并超過一定量（臨界值）時，原處于鈍化狀態的鋼筋，就會被活化、腐蝕，銹蝕產物的發展與體積膨脹（2－6 倍），使混凝土保護層發生順鋼筋開裂、脫落，導致危險狀態的出現。

另外，融化后的雪水一旦滲入到土壤中，將會把大量可溶性離子帶到植物根系周圍，從而導致植物淺層的根系死亡，同時融雪劑會使土壤“鹽漬化”，也就是人們通常說的“板結”。更重要的是，含有融雪劑的雪水滲入地下會污染地下水，這種損失是無法彌補的。

［案例5］相關材料：2008年我國南方遭受了嚴重冰凍災害后，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。當地居民飲用后出現發燒、嘔吐、喉嚨痛的癥狀，當地環保部門前往調查后發現，村民們飲用水中的氯離子含量已經接近飲用水上限標準了，這與當時破壞冰雪、灑下數千噸融雪劑很有關系。

對此，我們曾組織了一次專題討論，通過查閱資料，上網搜索相關素材和案例，走訪專家、觀看視頻、分組討論，同學們的心靈受到很大觸動。一位同學發言說：“世界上的萬事萬物都是相互依存，相互聯系的，今天我終于理解了一個項目的實施為何要環評和可行性論證，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、自然、生活帶來難以挽回的災難”。隨后，他們還給本地的交通部門和環保部門提出了“冬季消除道路結冰”的很有價值的方案和建議，受到有關部門的贊賞。

馬路上的化學問題真的是數不勝數，乙醇汽油的成分性能、酒駕檢測原理、汽車燃料電池原理、電動自行車電瓶原理、斑馬線的成分等等，可謂“留心處處皆學問”，盡管有些問題我們還無力改變，但作為一個負責的公民都應該具有最起碼的 “位卑未敢忘憂國”的責任感和危機意識。同時，我們作為教育者，引領學生去感知社會，關注生活，學會學習，更加責無旁貸。

新課程彰顯知識與社會生活、科學探究的有機融合等價值取向。教學實踐中，教師作為“平等中的首席”，要充分運用教育教學智慧，把化學知識鑲嵌滲透于生活與社會之中，摒棄封閉、陳舊和一律，追求開放、鮮活與特性，既要牢牢根植于基點，又要適時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，實現真正意義的創造性教學。這種學習方式的新變革所帶來的效果必然是 “書本化學”、“黑板實驗”等傳統行為所遠不能及的，也必然會使學生會學樂學善學，成為知識生成和構建的自由主體，有效達成 “從生活走近化學”，再 “從化學走向社會”，進而升華為“感悟知識所隱蘊的生命意義”的學習歷程和目標。

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