可以体验的“马路化学”

龚 源

（江苏省运河中学东校区 江苏 徐州 221300）

马路给交通运输和人们出行带来了便捷，每天行色匆匆的人流和浩浩荡荡的车流构成了一幅蔚为壮观的图景。不过，在这个庞大的队伍里究竟有多少人能感知身边悄然发生着的如呼吸般真实的化学变化？ 又有多少人会思考这些关乎人们切身利益的化学问题呢？毋庸置疑的是，这些无时不刻发生着的马路化学问题与我们的生活质量和身体健康是如此息息相关，关注、思考和探究这些问题，显得十分重要和紧迫。

一、直击PM2．5

前不久，新修订的《环境空气质量标准》由环保部发布，引人瞩目的是这个标准中增加了PM2．5 和臭氧（O3）浓度等衡量空气质量的新参数，并对不同级别地区实施的时间节点做了明确规定。尽管这些名词通过媒体宣传报导早已为公众所熟知，但是公众对PM2．5的肤浅认识和PM2．5 的严重危害之间依然存在着巨大反差。

［案例1］相关资料：①PM2．5 又称为可入肺颗粒物，其直径小于或等于2．5 微米。人体的生理结构决定了对PM2．5 没有任何过滤、阻拦能力，通过呼吸系统直接进入血液，其表面所吸附的强致癌物如稠环芳烃以及有害金属元素铅、镉、钒等，与肺癌、哮喘等疾病的发生密切相关。②PM2．5 主要来源于化石燃料（石油、煤炭等）的燃烧、生物质（植物秸秆等）的燃烧以及垃圾焚烧等。

3月中旬，笔者带领课外兴趣小组与环保局的技术人员一起进行了一次环保体验活动。

时间：2013年3月10日；天气：晴间多云；温度：15℃～22℃； 风力： 偏北风3～4 级； 主要仪器： 小型PM2．5 监测仪。监测数据见表1。

表1 不同时间、地点监测的PM2．5 数值

对上述监测数据分析，我们不难看出，同城不同地点的PM2．5 数值差异较为明显。扫地对室内PM2．5数值的影响不明显；公交柴油车的PM2．5 数值比电动车的高，原因就是柴油车的尾气中含有大量燃烧不充分的细微固体颗粒物；绿地面积较大的地方和工业园区附近相比，二者的PM2．5 数值存在显著差异。由此可见，PM2．5 数值与汽车尾气、工业废气的排放量存在正相关。

一位参与活动的同学在反思日记中写道：“今天我们和PM2．5 进行了一次全方位的‘对话’，一‘睹’PM2．5 的‘真面目’，它在悄无声息地伤害着我们的身体，确实触目惊心。人人是都是大气污染的受害者，我们每个人都要身体力行，唤起全民的环保意识、责任意识和危机意识，形成人人关注PM2．5，人人参与治理大气污染的良好社会氛围，让我们的生活处处充满阳光和洁净空气。”

二、模拟光化学烟雾实验

光化学烟雾是由汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物（CxHy）和氮氧化物（NOx）等一次污染物，在阳光的作用下发生化学反应，生成臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等二次污染物，参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。

光化学烟雾十分有害，尤其会导致人和动物的眼睛和呼吸道粘膜受刺激，出现呼吸障碍、慢性呼吸道疾病恶化、儿童肺功能异常等。

［案例2］为了深化对光化学烟雾的认识，我们研究性学习小组查阅了相关资料并在同城高校科研人员协助下做了一次模拟光化学烟雾实验。起始时在实验箱中投入丙烯（RH）、NO 及空气，用紫外线长时间照射气体，发生了一系列变化，用物质感应器、数据采集器测得烟雾的主要成分为丙烯（RH）、NO、NO2、O3、PAN（CH3COOONO2）。通过计算机得出如图1 所示的变化曲线。

图1 各组分浓度随时间变化曲线

利用图1 中数据，合作学习小组统摄出了如下结论：①NO 的消失速率比RH 快；②NO 转化为NO2；③RH 和NO2反应转化为PAN 和O3。

以上模拟实验结论与科学家对光化学烟雾的成因解释完全吻合。这种“看得见，摸得着”，甚至“触手可及” 的体验式学习大大激发了学生的学习热情和探究欲望，也增强了保护环境的主人翁意识和责任感。有一位同学在活动反思中写道：“以前总觉得这些环境问题与我们遥不可及，但参加了小组探究活动后，我的感受是如此强烈，其实危机就在你、我、他的身边，我们谁都无法逃避，今后再也不能漠然视之了。”

三、功不可没的催化转化器

催化转化器的开发使用，无疑对治理汽车尾气、降低环境灾难的发生率发挥着积极的作用。催化转化器属于汽车的排气系统，能有效地将废气中的有害物质（如NOx、CO、CxHy等）转化为可参与大气循环的无害物质（如N2、CO2、H2O 等）。

催化转化器的内部是衬有催化剂的呈蜂窝状排列的孔道或小陶瓷珠，它们能通过化学反应降低污染物的浓度。比如催化转化器中的催化剂包括：①氧化型催化剂：微量的钯（Pd）和铂（Pt）等金属将未燃烧汽油中的碳氢化合物和一氧化碳转化为二氧化碳和水。②还原型催化剂：微量的钯（Pd）和铑（Rh）等金属将氮氧化合物转化为氮和氧。

［案例3］研究性学习小组在高校研究人员指导下，在某温度时，按下列流程探究某种催化剂作用下的汽车尾气转化的反应速率及氮氧化物的转化率，用气体传感器测得不同时间的NO 和CO 浓度如表2 所示。

表2 不同时间内各组分浓度的变化

活动结束后，一位同学感慨地说：“催化转化器的安装使用对于降低汽车尾气中氮氧化物的含量，确实起到了不可低估的作用。科技的力量真是奥妙神奇，让人震撼，期待将来我们能研制出更加先进的催化转化器，做到零排放，构建一条条生态马路。”

四、期待生态马路

治理汽车尾气刻不容缓，老百姓也在呼唤生态马路。一些发达国家已经铺设了真正意义上的能“吃”废气的生态马路。所谓生态马路，就是在铺设时加入一定量的TiO2，TiO2受太阳光照射后，产生的电子被空气或水中的氧获得，生成H2O2，从而对马路上方的空气有效地净化，其过程大致如下：

不过，目前更多的马路材料仍是沥青（柏油）。沥青主要分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种。①煤焦沥青： 煤焦沥青是炼焦的副产品，主要含有蒽、菲、芘等有害物质。由于这些成分的含量不同，煤焦沥青的性质也有所不同。温度的变化对煤焦沥青的影响很大，冬季容易脆裂，夏季容易软化。②石油沥青：石油沥青是原油蒸馏后的残渣。根据提炼程度的不同，在常温下呈液体、半固体或固体。石油沥青色黑而有光泽，具有较高的感温性。由于它在生产过程中曾经蒸馏至400℃以上，因而所含挥发成分甚少，但这些物质或多或少对人体健康仍是有害的。③天然沥青：天然沥青储藏在地下，有的形成矿层或在地壳表面堆积。

［案例4］相关背景和材料：①每年的夏收秋收时节，许多住在柏油马路附近的村民喜欢在路上晾晒粮食。②沥青中含有一种强致癌挥发性物质——稠环芳烃会被粮食吸附而造成污染，一旦进入人体，极易被脂肪、肝脏和脑部吸收并贮存起来，很难排出体外，还可引起人体细胞的变异，破坏细胞的遗传基因。

农忙时节又要到了，我们的研究性学习小组，分别走进交通管理部门和村组社区，把《公路法》和《道路交通管理条例》的相关条款以及马路晒粮对身体健康的损害知识印制成宣传册，进行法律常识和科普宣传，受到老百姓和有关部门的交口称赞。

这项实践活动找到了学校与社区合作的最佳契合点，作为综合实践活动课程的一部分，活动大大地提升了学生的社会适应能力和社会实践能力，强化了学生的社会参与意识以及社会责任感。

一位同学在活动反思中写道：“这次体验活动，让我学会了现代社会人际交往与合作的本领，提高了人际沟通能力、适应现社会生活能力；枯燥的书本知识融入了真实的社会情境，真正做到了学以致用，服务社会，将来如有机会，我会更加积极主动地投身其中的。”

五、慎用马路融雪剂

每到冬季，融雪剂都会被大量用来快速消除道路冰雪，保障交通顺畅。融雪剂有两类：有机融雪剂和无机融雪剂。有机融雪剂的融雪效果好，但价格太高，一般只适用于机场等地。无机融雪剂是氯盐类融雪剂，如氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等，通常称作“化冰盐”，其原理主要是能降低水的凝固点。但是该类氯化物对工程都有腐蚀性，最主要的破坏作用是对钢筋的腐蚀。当氯离子到达钢筋表面并超过一定量（临界值）时，原处于钝化状态的钢筋，就会被活化、腐蚀，锈蚀产物的发展与体积膨胀（2－6 倍），使混凝土保护层发生顺钢筋开裂、脱落，导致危险状态的出现。

另外，融化后的雪水一旦渗入到土壤中，将会把大量可溶性离子带到植物根系周围，从而导致植物浅层的根系死亡，同时融雪剂会使土壤“盐渍化”，也就是人们通常说的“板结”。更重要的是，含有融雪剂的雪水渗入地下会污染地下水，这种损失是无法弥补的。

［案例5］相关材料：2008年我国南方遭受了严重冰冻灾害后，京珠高速沿线一些村庄的村民反映，他们的饮用水变苦变咸了。当地居民饮用后出现发烧、呕吐、喉咙痛的症状，当地环保部门前往调查后发现，村民们饮用水中的氯离子含量已经接近饮用水上限标准了，这与当时破坏冰雪、洒下数千吨融雪剂很有关系。

对此，我们曾组织了一次专题讨论，通过查阅资料，上网搜索相关素材和案例，走访专家、观看视频、分组讨论，同学们的心灵受到很大触动。一位同学发言说：“世界上的万事万物都是相互依存，相互联系的，今天我终于理解了一个项目的实施为何要环评和可行性论证，涉及到的因素真是方方面面的，如果盲目决策，就很可能给社会、自然、生活带来难以挽回的灾难”。随后，他们还给本地的交通部门和环保部门提出了“冬季消除道路结冰”的很有价值的方案和建议，受到有关部门的赞赏。

马路上的化学问题真的是数不胜数，乙醇汽油的成分性能、酒驾检测原理、汽车燃料电池原理、电动自行车电瓶原理、斑马线的成分等等，可谓“留心处处皆学问”，尽管有些问题我们还无力改变，但作为一个负责的公民都应该具有最起码的 “位卑未敢忘忧国”的责任感和危机意识。同时，我们作为教育者，引领学生去感知社会，关注生活，学会学习，更加责无旁贷。

新课程彰显知识与社会生活、科学探究的有机融合等价值取向。教学实践中，教师作为“平等中的首席”，要充分运用教育教学智慧，把化学知识镶嵌渗透于生活与社会之中，摒弃封闭、陈旧和一律，追求开放、鲜活与特性，既要牢牢根植于基点，又要适时适度地把思维触须向“窗外”延伸，挖掘拓展更为广泛的课程资源，获得“知、情、意、行”的高端和谐生长，实现真正意义的创造性教学。这种学习方式的新变革所带来的效果必然是 “书本化学”、“黑板实验”等传统行为所远不能及的，也必然会使学生会学乐学善学，成为知识生成和构建的自由主体，有效达成 “从生活走近化学”，再 “从化学走向社会”，进而升华为“感悟知识所隐蕴的生命意义”的学习历程和目标。

［1］ 钟启泉等．普通高中新课程方案导读［M］．上海：华东师范大学出版社，2003