蘇教版高中化學(xué)空氣質(zhì)量的改善教案
專題1 潔凈安全的生存環(huán)境
本專題以創(chuàng)造人類生存所需的潔凈安全的環(huán)境為主線，介紹了空氣質(zhì)量的改善、水資源的合理利用、生活垃圾的分類處理、化學(xué)品的安全使用等與生活關(guān)系密切的內(nèi)容。通過本單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以掌握一些基本的化學(xué)原理，理解科學(xué)方法，發(fā)展各種能力，還可以加深對(duì)人類所面臨的環(huán)境問題的認(rèn)識(shí)，樹立保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。
本專題主要以生活為線索安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時(shí)注意滲透一些基本的化學(xué)原理，如明礬凈水、硬水的軟化、洗衣粉的去污原理、消毒劑的作用原理、平衡移動(dòng)原理等。這些內(nèi)容充分體現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)在解決生活問題中的重要作用，可以促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)化學(xué)的重要意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。
由于有關(guān)環(huán)境保護(hù)的內(nèi)容充分體現(xiàn)了科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系，因此一直是各類教材、參考書、報(bào)刊雜志的重點(diǎn)內(nèi)容，可以說，學(xué)生在這方面已經(jīng)有了比較豐富的知識(shí)。為了發(fā)揮學(xué)生已有知識(shí)的作用，本單元在多處設(shè)置了“你知道嗎”、“交流與討論”等欄目，通過精心設(shè)計(jì)的問題，引導(dǎo)學(xué)生回顧已有知識(shí)，并應(yīng)用知識(shí)分析和解決問題。
由于關(guān)于環(huán)境保護(hù)的內(nèi)容十分廣泛，在本單元中無法一一加以說明，因此，編者除了精選與生活關(guān)系特別密切的內(nèi)容加以介紹之外，在多處設(shè)置了“調(diào)查研究”欄目，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料、走訪環(huán)保部門、瀏覽網(wǎng)站等多種方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，在拓寬學(xué)生的知識(shí)面的同時(shí)，促使學(xué)生在活動(dòng)中發(fā)展多種能力。
為了促使學(xué)生關(guān)注身邊的環(huán)境問題，培養(yǎng)解決問題的能力，本專題還特地設(shè)置了“各抒己見”、“請(qǐng)你決策”等欄目。在這些欄目中提供了一些相對(duì)比較開放的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，積極發(fā)表自己的觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。
此外，為了充分體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的特點(diǎn)，發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、發(fā)展學(xué)生探究能力方面的作用，本單元多處設(shè)置了“活動(dòng)與探究”欄目，讓學(xué)生通過一些基本的活動(dòng)，如測定水體的pH、廢塑料的裂解、過氧乙酸與乙酸的性質(zhì)比較等，親身體驗(yàn)解決環(huán)境問題的方法。
第一單元空氣質(zhì)量的改善．
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
1．知道空氣污染指數(shù)是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，了解空氣污染指數(shù)的確定方法，知道大氣污染物的主要種類。
2．了解溫室效應(yīng)原理和主要的溫室氣體，知道地球表面氣溫上升的主要原因，知道遏制溫室效應(yīng)加劇的主要措施。
3．掌握燃煤脫硫的化學(xué)原理，了解汽車尾氣的凈化方法和靜電除塵原理，通過查閱資料，知道居室內(nèi)主要的空氣污染物，了解居室內(nèi)空氣污染的防治措施。
4．通過有關(guān)大氣污染知識(shí)的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。
二、課時(shí)建議
空氣質(zhì)量報(bào)告 1課時(shí)
溫室效應(yīng) 1課時(shí)
治理大氣污染 1
課時(shí)讓居室空氣更清新 1課時(shí)
三、內(nèi)容分析本單元知識(shí)結(jié)構(gòu)如下：
空氣質(zhì)量的好壞與人們的生活息息相關(guān)，因此，了解大氣污染的相關(guān)知識(shí)是對(duì)高中學(xué)生的基本要求。本單元不僅要使學(xué)生了解空氣污染指數(shù)、空氣污染物及其控制、溫室效應(yīng)和居室空氣污染等知識(shí)，還要促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到保護(hù)環(huán)境對(duì)人類生存和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的重要性。
隨著全國部分省市媒體定時(shí)報(bào)道各地區(qū)的空氣質(zhì)量情況，學(xué)生對(duì)空氣質(zhì)量報(bào)告包含的主要內(nèi)容并不陌生，但大部分學(xué)生對(duì)空氣質(zhì)量報(bào)告中的首要污染物、空氣污染指數(shù)如何確定、空氣質(zhì)量的不同等級(jí)對(duì)人體健康的影響等內(nèi)容缺乏了解。因此，教材在“空氣質(zhì)量報(bào)告”部分以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)空氣質(zhì)量報(bào)告中的相關(guān)內(nèi)容和核心概念為主，首先以列表的形式向?qū)W生介紹“空氣質(zhì)量報(bào)告”中空氣污染指數(shù)和空氣質(zhì)量等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上引出了空氣污染指數(shù)和首要污染物的確定方法，并通過“交流與討論”欄目組織學(xué)生針對(duì)各主要大氣污染物對(duì)空氣質(zhì)量的影響進(jìn)行討論，以加深學(xué)生對(duì)空氣質(zhì)量報(bào)告的認(rèn)識(shí)。
酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧層空洞、溫室效應(yīng)都是當(dāng)前不可忽視的環(huán)境問題。教材選取溫室效應(yīng)作為教學(xué)內(nèi)容，通過介紹溫室效應(yīng)原理和說明溫室效應(yīng)對(duì)地球上生物生存的積極意義，以幫助學(xué)生辯證地認(rèn)識(shí)溫室效應(yīng)對(duì)人類生存和環(huán)境發(fā)展的作用。教材中的溫室效應(yīng)簡易實(shí)驗(yàn)為演示實(shí)驗(yàn)，在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察和討論的同時(shí)，可以使學(xué)生對(duì)溫室效應(yīng)產(chǎn)生直觀印象，發(fā)現(xiàn)溫室氣體和溫室效應(yīng)的關(guān)系。
“治理大氣污染”部分針對(duì)空氣質(zhì)量報(bào)告中所提及的三大污染物——二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物，介紹了減少大氣污染物排放的主要措施：燃煤脫硫、汽車尾氣催化凈化和靜電除塵。教材采用圖文結(jié)合的形式，詳細(xì)介紹了各種方法的工作原理，并設(shè)計(jì)了豐富的欄目活動(dòng)，讓學(xué)生在各種問題情景中思考治理大氣污染的方法，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和社會(huì)責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的興趣。
居室空氣污染已成為影響人們身體健康的主要環(huán)境問題之一。為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到居室空氣污染的危害性，教材首先設(shè)置“調(diào)查研究”欄目，讓學(xué)生通過調(diào)查活動(dòng)了解居室空氣污染物的來源及其危害；并以裝修材料污染和廚房污染為主要內(nèi)容，重點(diǎn)介紹了居室中揮發(fā)性有機(jī)物甲醛的性質(zhì)和危害，并通過組織學(xué)生進(jìn)行居室中甲醛含量的測定，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)甲醛性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，通過實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生可以真切感受到居室中甲醛等有毒氣體的存在，提高環(huán)境保護(hù)意識(shí)。最后通過正文和“生活向?qū)А睓谀肯驅(qū)W生介紹各種保持居室空氣清新的方法，以幫助學(xué)生學(xué)以致用，用化學(xué)知識(shí)指導(dǎo)日常生活。
四、教學(xué)設(shè)計(jì)建議
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》對(duì)本單元提出了如下要求與建議：
(1)知道主要大氣污染物，能說出減少大氣污染物的原理與方法。
(2)知道主要的居室空氣污染物，了解其對(duì)人體的危害。
由此可見，本單元的認(rèn)知性學(xué)習(xí)目標(biāo)大部分在“了解”和“知道”的層次上。在進(jìn)行本單元的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)大力關(guān)注體驗(yàn)性教學(xué)目標(biāo)，即要求學(xué)生在掌握一定的大氣污染和居室內(nèi)空氣污染的知識(shí)的同時(shí)，形成環(huán)境保護(hù)意識(shí)和環(huán)境衛(wèi)生意識(shí)，使他們在日常生活和未來的職業(yè)生涯中自覺履行在課堂上學(xué)到的環(huán)境保護(hù)和環(huán)境衛(wèi)生規(guī)則。
1．教學(xué)設(shè)計(jì)思路
在進(jìn)行本單元的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不能將重點(diǎn)只停留在對(duì)教材中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的挖掘上，僅僅強(qiáng)調(diào)幾種大氣污染物的化學(xué)性質(zhì)的掌握，而忽視了對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)境教育，這是有違教材初衷的；只將本單元設(shè)計(jì)成科學(xué)普及課，泛泛而談大氣污染和居室內(nèi)空氣污染，不分輕重，也是不可取的。《化學(xué)與生活》課程的特點(diǎn)之一就是在生活的場景中講化學(xué)，這就決定了本單元教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)�？偟膩碇v，在本單元教學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)使學(xué)生在知曉大氣污染和居室內(nèi)空氣污染事實(shí)的前提下，在適當(dāng)?shù)膯栴}情景中呈現(xiàn)相關(guān)的化學(xué)知識(shí)。
(1)合理的問題情景可激發(fā)學(xué)生的好奇心，引發(fā)學(xué)生的求知欲。教師應(yīng)充分利用已有的教學(xué)資源，靈活地運(yùn)用各種教學(xué)媒體，將問題生動(dòng)形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。在進(jìn)行“空氣質(zhì)量報(bào)告”的教學(xué)時(shí)，可通過“創(chuàng)設(shè)問題情景——學(xué)生自主學(xué)習(xí)——教師總結(jié)”的程序來組織。首先給學(xué)生展示一段從媒體節(jié)目中剪輯而來的空氣質(zhì)量報(bào)告的錄音或錄像資料，然后提出以下問題：大家經(jīng)常在天氣預(yù)報(bào)中聽到“空氣污染指數(shù)”、“空氣質(zhì)量等級(jí)”和“首要污染物”等術(shù)語，你知道它們的含義嗎?你知道大氣的主要污染物是哪些物質(zhì)嗎?接著指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中的相關(guān)內(nèi)容，最后教師進(jìn)行必要的講解、總結(jié)和歸納。
(2)在進(jìn)行溫室效應(yīng)的教學(xué)時(shí)，應(yīng)充分利用教材中簡易的溫室效應(yīng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解CO2作為溫室氣體對(duì)全球氣候產(chǎn)生的影響。同時(shí)注意引導(dǎo)學(xué)生辯證地思考問題：地球上生物的生存離不開溫室效應(yīng)，但溫室效應(yīng)的加劇使地球表面氣溫升高，從而導(dǎo)致一系列威脅人類生存的環(huán)境問題的出現(xiàn)，從而培養(yǎng)學(xué)生辯證、客觀地看問題的科學(xué)態(tài)度。然后通過交流和討論得出遏制溫室效應(yīng)加劇的方法，最后讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)及其他途徑了解有關(guān)CO2氣體排放量增加和地球上森林總面積減少的有關(guān)資料。
(3)由于學(xué)生學(xué)習(xí)大氣污染的防治需要以幾種大氣污染物的物理、化學(xué)性質(zhì)等化學(xué)知識(shí)作鋪墊，因此，在進(jìn)行這部分知識(shí)的教學(xué)前，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生回憶必修課程《化學(xué)2》中已學(xué)的有關(guān)SOz和N02的化學(xué)性質(zhì)，為學(xué)習(xí)酸雨的形成和治理提供知識(shí)準(zhǔn)備。同時(shí)，在課堂教學(xué)中應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，可讓他們利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等課程資源查找有關(guān)燃煤脫硫、汽車尾氣的凈化和靜電除塵的資料，然后教師再結(jié)合教材內(nèi)容作適當(dāng)?shù)恼怼w納。
(4)居室空氣污染問題已經(jīng)越來越受到人們的廣泛關(guān)注，這部分內(nèi)容在報(bào)紙、廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)等媒體中出現(xiàn)得較頻繁，學(xué)生接觸得也較多。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)要充分利用學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容較深的感性認(rèn)識(shí)。例如，知識(shí)內(nèi)容的引入可采取“調(diào)查研究”活動(dòng)的方式：讓學(xué)生查閱資料，了解居室內(nèi)主要的空氣污染物及其來源。教材中以最常見的甲醛為例對(duì)居室中的空氣污染物進(jìn)行介紹，需要注意的是，在介紹有關(guān)甲醛的知識(shí)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)是其毒性和在合成材料中的廣泛應(yīng)用，不宜發(fā)散。
2．教學(xué)設(shè)計(jì)片斷
片斷1 空氣質(zhì)量報(bào)告
【教師活動(dòng)】課前展示一份近期的全國城市空氣質(zhì)量報(bào)告，并布置如下預(yù)習(xí)題：
1．公布空氣質(zhì)量報(bào)告有什么意義?
2．空氣質(zhì)量報(bào)告由哪幾部分組成?相互之間關(guān)系如何?
3．影響我國空氣質(zhì)量的主要污染物有哪些?它們對(duì)空氣質(zhì)量分別有什么影響?
【學(xué)生活動(dòng)】分析空氣質(zhì)量報(bào)告，查閱資料，完成預(yù)習(xí)題。
【教師活動(dòng)】引入新課：國家每日均公布各地的空氣質(zhì)量報(bào)告，大家知道其中的原因嗎?
【學(xué)生活動(dòng)】討論、總結(jié)：目前我國的空氣污染越來越嚴(yán)重，定期公布各地的空氣質(zhì)量報(bào)告，不僅可以提高公眾對(duì)空氣質(zhì)量乃至環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注程度，還可以促使各地環(huán)保部門及時(shí)掌握當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量狀況，以便及時(shí)采取相應(yīng)的措施。
【教師活動(dòng)】提問：空氣質(zhì)量報(bào)告由哪幾部分組成?相互關(guān)系如何?
【學(xué)生活動(dòng)】總結(jié)：空氣質(zhì)量報(bào)告由空氣污染指數(shù)、空氣質(zhì)量等級(jí)、首要污染物等內(nèi)容組成，其中空氣污染指數(shù)和空氣質(zhì)量等級(jí)存在如下關(guān)系：
空氣污染指數(shù) O～50 51～100 101～150
空氣質(zhì)量等級(jí) 優(yōu) 良 輕微污染
【教師活動(dòng)】轉(zhuǎn)引：請(qǐng)大家閱讀教材第3頁“檢索咨詢”，理解空氣污染指數(shù)的確定方法。
【學(xué)生活動(dòng)】閱讀、總結(jié)空氣污染指數(shù)的確定方法：
先確定各種污染物的污染指數(shù)，然后選取空氣污染指數(shù)最大的污染物為首要污染物，首要污染物的污染指數(shù)即為空氣污染指數(shù)。
【教師活動(dòng)】提問：根據(jù)對(duì)空氣質(zhì)量報(bào)告的分析，大家認(rèn)為我國的.整體空氣質(zhì)量處于一個(gè)什么樣的狀況?主要污染物有哪些?
【學(xué)生活動(dòng)】總結(jié)：我國大部分地區(qū)的空氣質(zhì)量為良，部分地區(qū)的空氣質(zhì)量為優(yōu)，只有極少數(shù)地區(qū)為輕微污染，從整體上來說，我國空氣受到的污染不太嚴(yán)重。從首要污染物來看，影響我國空氣質(zhì)量的主要污染物為可吸入顆粒物及二氧化硫，只有少部分地區(qū)的主要污染物為二氧化氮。
【教師活動(dòng)】提問：那么這些污染物對(duì)空氣質(zhì)量分別會(huì)造成什么樣的影響呢?
【學(xué)生活動(dòng)】討論、小結(jié)：
1．二氧化硫?qū)Υ髿赓|(zhì)量的影響 、
二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴局饕谟谛纬伤嵊�。酸雨的危害很大，它�?huì)腐蝕建筑物及金屬設(shè)備；會(huì)破壞農(nóng)作物及樹木的生長；進(jìn)入水體后會(huì)影響水生生物的生長，導(dǎo)致魚類死亡；還會(huì)引起土壤酸化，導(dǎo)致養(yǎng)分流失；也會(huì)危害人體的健康。
2．二氧化氮對(duì)大氣質(zhì)量的影響
二氧化氮除了形成酸雨外，還是引起光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)，另外，二氧化氮還會(huì)破壞臭氧層，導(dǎo)致臭氧層吸收紫外線的能力下降。
3．可吸入顆粒物對(duì)大氣質(zhì)量的影響
可吸入顆粒物中含有一些重金屬離子，人體吸入后可能導(dǎo)致中毒，而這些離子進(jìn)入自然界后，經(jīng)過逐級(jí)富集，也會(huì)進(jìn)入人體，對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。
【教師活動(dòng)】總結(jié)：正由于這三種物質(zhì)會(huì)造成大氣污染，所以我們必須努力減少這些物質(zhì)的排放，并對(duì)已排放的污染物進(jìn)行治理，下一節(jié)課我們將重點(diǎn)討論這個(gè)問題。
片斷2 治理大氣污染
活 動(dòng) 內(nèi) 容
教師活動(dòng) 展示圖片：某著名大理石雕像腐蝕前與腐蝕后的照片。
提出問題：該雕像在近幾十年間的腐蝕程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前幾百年，你知道其中的原因嗎?
學(xué)生活動(dòng) 總結(jié)：這是由于大氣受到了S02、N02等酸性氣體的污染，致使雨水的酸度增加，與大理石發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致大理石被腐蝕。
教師活動(dòng) 講解：酸雨可分為硫酸型酸雨及硝酸型酸雨，我國的酸雨主要是硫酸型酸雨。請(qǐng)大家完成教材第5頁的“問題解決”，以加深對(duì)酸雨形成過程的認(rèn)識(shí)。
學(xué)生活動(dòng) 分析酸雨的形成過程，書寫相關(guān)化學(xué)方程式：
1．硫酸型酸雨的形成
(1)2SO2+O2=2S03 S03+H20=H2S04
(2)S02+H20=H2S03 2H2S03+02=2H2SO4
2．硝酸型酸雨的形成
2NO+O2=2NO2 3N02+H20=2HNO3+NO
教師活動(dòng) 講解：要肪止酸雨的產(chǎn)生，最直接的方法是阻止SO2及氮氧化物排放到空氣中。以下提供幾種治理方法，請(qǐng)大家根據(jù)原理寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。
1．回收SO2的方法較多，常見的有石灰石法及氨水法等。
活 動(dòng) 內(nèi) 容
教師活動(dòng)
石灰石脫硫的原理如下：石灰石在高溫下發(fā)生分解，生成的氧化鈣和二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣和氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣，硫酸鈣可用來生產(chǎn)副產(chǎn)品石膏。
氨水法脫硫的原理如下：氨水和二氧化硫發(fā)生反應(yīng)，生成亞硫酸銨，亞硫酸銨和氧氣反應(yīng)生成硫酸銨，硫酸銨可用作氮肥。
2．汽車尾氣中含有NO及CO，若直接排放會(huì)嚴(yán)重污染空氣，因此，在許多汽車的尾部常裝有尾氣凈化裝置，通過使用催化劑，促使NO和CO反應(yīng)生成無害的N2和CO2。
學(xué)生活動(dòng) 書寫上述反應(yīng)的化學(xué)方程式。
1．石灰石脫硫：
CaCO3 CaO+C02↑ CaO+S02=CaS03 2CaS03+02=2CaS04
氨水脫硫：2NH3+S02+H20=(NH4)2S03 2(NH4)2S03+02=2(NH4)2SO4
2．汽車尾氣凈化： 2NO+2CO N2+2C02
教師活動(dòng) 提出問題：在我們進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須要考慮到環(huán)境保護(hù)。請(qǐng)大家思考：若在實(shí)驗(yàn)中有S02氣體排出，我們可以采用什么方法加以處理?
學(xué)生活動(dòng) 討論、小結(jié)：根據(jù)SO2的性質(zhì)，可以用不同的方法加以處理。
(1)SO2作為一種酸性氧化物，能與堿液發(fā)生反應(yīng)，因此可用堿液(如NaOH溶液)吸收；
(2)S02具有較強(qiáng)的還原性，可用氧化劑(如酸性KMnO4溶液)將S02氧化。
教師活動(dòng) 轉(zhuǎn)引：在我國，可吸入顆粒物也是一種主要的大氣污染物，而可吸入顆粒物包括自然界的沙塵以及工廠排出的煙塵。請(qǐng)大家思考：應(yīng)分別采取什么措施加以處理?
學(xué)生活動(dòng) 對(duì)于沙塵，解決的關(guān)鍵是防止土壤的沙漠化，主要應(yīng)采取植樹造林的方法；而對(duì)于工廠的煙塵，必須采取相應(yīng)措施以減少排放。
教師活動(dòng) 總結(jié)：目前主要采用靜電除塵法除去懸浮顆粒物(煙塵)。靜電除塵的原理如教材圖l一6所示。由于懸浮顆粒物帶電荷，因此，在電場作用下會(huì)發(fā)生定向移動(dòng)，最終會(huì)吸附在器壁上。經(jīng)過集中處理后，其中的有效成分可進(jìn)一步投入使用。
教師活動(dòng) 除了目前已列入空氣質(zhì)量報(bào)告的三種物質(zhì)之外，氟氯烴也是一種常見的大氣污染物，是造成臭氧層空洞的主要物質(zhì)。請(qǐng)大家課后查閱資料，總結(jié)氟氯烴破壞臭氧層的原理以及應(yīng)采取的相應(yīng)措施。
五、疑難問題討論
1．空氣污染指數(shù)是如何確定的?
空氣污染指數(shù)是一種表示空氣質(zhì)量的重要方法，在我國重點(diǎn)城市的空氣質(zhì)量播報(bào)中都有空氣污染指數(shù)這一項(xiàng)。在我國，計(jì)入空氣污染指數(shù)的污染物有SO2、N0x和PM10(可吸入顆粒物)�？諝馕廴局笖�(shù)在O～500之間，其計(jì)算方法如下：
(1)空氣污染物的分指數(shù)計(jì)算
采用某種污染物(i)濃度的實(shí)測值Ci和其分指數(shù)Ii構(gòu)成的分段線性方程計(jì)算。假設(shè)某污染物在其轉(zhuǎn)折點(diǎn)J處的分指數(shù)為Ii，轉(zhuǎn)折點(diǎn)和其相應(yīng)的污染物濃度值見下表。
空氣污染指數(shù)分級(jí)濃度最大值
空氣污染指數(shù) 污染物濃度最大值(mgm—3)
API PM10 S02 NOx
500 1.000 2.620 O．940
400 O．875 2.100 0.750
300 O．625 1.600 O．565
200 O．500 O．250 O．150
i00 O．300 O．150 0．100
50 O．120 O．050 0.050
如果i類污染物的濃度Ci滿足：Cij≤Ci≤Cij+1，其相應(yīng)的分指數(shù)Ii可用下式求出：
式中，Ci為實(shí)測污染物濃度，Cij、Cij+1和Iij、Iij+1，分別為規(guī)定的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處污染物濃度和污染分指數(shù)值，可查上表得出。
(2)空氣污染指數(shù)的確定
分指數(shù)中最大的即為空氣污染指數(shù)，對(duì)應(yīng)的污染物為首要污染物。
(3)計(jì)算實(shí)例
某城市的NO2、S02和PM10的實(shí)測濃度都是0．35 mgm-3，求該城市的空氣污染指數(shù)并判斷首要污染物。
解：N02的實(shí)測濃度Ci為0．35 mgm一3，介于O．15～O．565 mgm一3之間，其分指數(shù)為 I23=200，I34=300。由公式可得到：
因此N0 2的污染指數(shù)為248；同理，可求出S0 2和PM 10的分指數(shù)值分別為207和125。 N02的污染指數(shù)為248，最大，因此空氣污染指數(shù)API=248，N02為首要污染物。
2．產(chǎn)生溫室效應(yīng)的溫室氣體有哪些?它們是如何產(chǎn)生的?
工業(yè)革命以后，特別是20世紀(jì)50年代后，由于化石燃料、化學(xué)氮肥和氫氟氯烴等鹵代烷的大量使用，人為產(chǎn)生的溫室氣體的排放量不斷增加，打破了天然溫室氣體的平衡，加劇了溫室效應(yīng)。下面介紹幾種主要的溫室氣體及其變化情況：
(1)二氧化碳(C02)
在工業(yè)革命前的幾千年時(shí)間里，大氣中C02的體積分?jǐn)?shù)的平均值約為2．80×10一6但工業(yè)革命后，由于煤炭、石油等化石燃料的用量劇增以及地球上森林遭到大規(guī)模的破壞，地球生態(tài)圈中碳循環(huán)的平衡被破壞，大氣中C02的平均濃度不斷升高。如果按照目前C02排放量的增長速度，到2040年大氣中C0 2的體積分?jǐn)?shù)將達(dá)到550×10一6。
(2)甲烷(CH4)
CH。是大氣中含量豐富的一種有機(jī)氣體，它的來源主要有兩種：自然源和人為源。前者主要包括天然沼澤、濕地、河流、湖泊、海洋、熱帶森林等；后者主要包括天然氣泄漏、石油與煤的開采、熱帶生物質(zhì)燃燒、城市垃圾處理等。目前，全球每年CH4氣體的排放量為5．35×108 t，其中自然源為1．60×108t，人為源為3．75×108t。
(3)N2O
工業(yè)革命前，大氣中N20的體積分?jǐn)?shù)約為0．275×10一6，而目前約為O．312×10一6。人為產(chǎn)生N2O的來源主要是生物質(zhì)與化石燃料的燃燒、己二酸與硝酸的生產(chǎn)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。
(4)HFCs和PFCs
HFCs(氫氟氯烴)是代替CFCs(氟利昂)作制冷劑、發(fā)泡劑等使用的一種鹵代烴，能產(chǎn)生很強(qiáng)的溫室效應(yīng)，主要來自工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域；PFCs主要指CF4、C2F6和C4F10。等三種全氟代烷，其主要來源是鋁的冶煉過程。
3．常見污染物對(duì)空氣質(zhì)量的影響
(1)二氧化硫?qū)諝赓|(zhì)量的影響
二氧化硫是危害空氣質(zhì)量的主要物質(zhì)之一，排放的二氧化硫在大氣中與水、氧氣反應(yīng)形成各種酸性化合物，這些物質(zhì)以兩種方法沉降到地面：濕式(例如雨、雹和霧)或者干式(例如氣體和粒子)。
這些酸性化合物到達(dá)地面后，會(huì)導(dǎo)致地表水體酸化。很多河流由于酸度的上升，使水生生物尤其是魚類受到影響，當(dāng)水體的pH小于5時(shí)，大部分水生生物就會(huì)絕跡。
這些酸性化合物除了會(huì)直接毀壞樹木和莊稼之外，還會(huì)破壞樹木和莊稼賴以生長的根基——土壤。當(dāng)它們進(jìn)入土壤后，會(huì)使土壤酸化，當(dāng)土壤的pH小于適宜植物生長的pH范圍時(shí)，會(huì)導(dǎo)致樹木和莊稼的死亡。
酸性化合物還會(huì)腐蝕地面的物體。例如，它們可以和建筑物中的某些結(jié)構(gòu)(如金屬、大理石等)發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致建筑物毀壞。酸性化合物的沉降還會(huì)對(duì)汽車等金屬構(gòu)造物進(jìn)行腐蝕，造成了這些物體的社會(huì)價(jià)值嚴(yán)重降低，并導(dǎo)致維修費(fèi)用大大增加。
二氧化硫與懸浮顆粒物作用還會(huì)形成硫酸鹽氣溶膠，可以在大氣中傳播很遠(yuǎn)的距離。硫酸鹽氣溶膠一旦被人體吸入，就會(huì)對(duì)人類的健康造成危害，導(dǎo)致哮喘和支氣管炎等的發(fā)病率上升。
(2)氮氧化物對(duì)空氣質(zhì)量的影響
氮氧化物包括一氧化氮、二氧化氮等。氮氧化物對(duì)空氣質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)為直接危害人體健康、形成酸雨、破壞臭氧層以及形成光化學(xué)煙霧等。
氮氧化物對(duì)呼吸器官有刺激作用。由于氮氧化物較難溶于水，因而能侵入呼吸道深部細(xì)支氣管及肺泡，并緩慢地溶于肺泡表面的水分中，形成亞硝酸、硝酸，對(duì)肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激及腐蝕作用，引起肺水腫。亞硝酸鹽進(jìn)入血液后，與血紅蛋白結(jié)合生成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。在一般情況下，當(dāng)污染物以二氧化氮為主時(shí)，對(duì)肺的損害比較明顯，二氧化氮與支氣管哮喘的發(fā)病也有一定的關(guān)系．；當(dāng)污染物以一氧化氮為主時(shí)，高鐵血紅蛋白癥和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害比較明顯。
當(dāng)?shù)趸镞M(jìn)入大氣，經(jīng)強(qiáng)烈的太陽紫外線照射后，會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生一系列的光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧及其他多種復(fù)雜的化合物，形成一種毒性很大的淺藍(lán)色煙霧，即光化學(xué)煙霧。光化學(xué)煙霧有強(qiáng)烈的刺激作用，能使人眼睛紅腫，喉嚨疼痛，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)呼吸困難、視力衰退、頭暈?zāi)垦！⑹肿愠榇さ劝Y狀。
(3)可吸入顆粒物對(duì)空氣質(zhì)量的影響
可吸入顆粒物對(duì)人體健康有嚴(yán)重危害，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是將細(xì)小的顆粒物吸入肺內(nèi)可產(chǎn)生刺激作用，出現(xiàn)黏液，從而引起肺部疾患。當(dāng)有些心臟病患者呼吸困難時(shí)，可導(dǎo)致心臟損害，嚴(yán)重者還有生命危險(xiǎn)。二是微粒上附著的許多有害物質(zhì)(如重金屬鹽、多環(huán)芳烴等)，吸入肺內(nèi)會(huì)影響身體健康。微粒越小，所含的多環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物越多，危害也就越大，甚至可導(dǎo)致肺癌等疾患。最易受懸浮顆粒物影響的人群包括慢性肺病及心臟病、感冒或哮喘病患者，老年人及兒童。
4．常見居室污染物的來源及危害
室內(nèi)空氣污染物從來源來看，可分為化學(xué)性污染物、生物性污染物及放射性污染物。常見的污染物有甲醛、苯系物等有機(jī)物，氡等放射性污染物，碳氧化物，氮氧化物，可吸入顆粒物等。
(1)甲醛
甲醛主要來源于人造木板、裝修材料、用甲醛作防腐劑的涂料、化纖地毯、化妝品等，在室內(nèi)吸煙也會(huì)產(chǎn)生甲醛。
甲醛對(duì)人體健康的影響主要表現(xiàn)在導(dǎo)致嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常和免疫功能異常等方面。在空氣中其濃度達(dá)到0．06～0．07 mgm一3時(shí)，兒童就會(huì)發(fā)生輕微氣喘；達(dá)到0．1 mgm一3時(shí)，就有異味和不適感；達(dá)到O．5 mgm一3時(shí)，可刺激眼睛，引起流淚；達(dá)到O．6 mgm一3時(shí)，可引起咽喉不適或疼痛；濃度更高時(shí)，可引起惡心嘔吐、咳嗽胸悶、氣喘甚至肺水腫；達(dá)到30 mgm一3時(shí)，會(huì)立即致人死亡。
長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病，引起鼻咽癌、結(jié)腸癌、腦瘤、細(xì)胞核基因突變、白血病等疾病。
(2)苯系物
室內(nèi)環(huán)境中苯系物(苯、甲苯、二甲苯等)的來源主要是燃燒煙草的煙霧、溶劑、油漆、染色劑、圖文傳真機(jī)、電腦終端機(jī)和打印機(jī)、黏合劑、墻紙、地毯、合成纖維和清潔劑等。
當(dāng)苯進(jìn)入人體后，可以在肝臟和骨髓中進(jìn)行代謝，在造血組織中形成具有血液毒性的代謝產(chǎn)物。長期接觸苯可引起骨髓與遺傳損害，血象檢查可發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞、血小板減少，全血細(xì)胞減少與再生障礙性貧血，甚至發(fā)生白血病。
(3)氡
氡是一種無色、無味的氣體，人體無法察覺，它是放射性核素衰變的產(chǎn)物之一。在室內(nèi)的氡氣極易被人吸入。氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，尤其是支氣管及上皮組織內(nèi)，并大量放出射線，導(dǎo)致人體細(xì)胞損壞，甚至患上癌癥。有資料報(bào)道，氡是造成肺癌的第二原因，僅次于吸煙。室內(nèi)氡污染主要來源于建筑裝飾材料，如天然花崗巖等石材、地磚、礦渣、水泥等。
(4)一氧化碳
一氧化碳主要來自廚房油煙和香煙煙霧。由于一氧化碳與血紅蛋白結(jié)合的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于氧氣，因此，當(dāng)人體吸入過多的一氧化碳后，就會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)缺氧，出現(xiàn)四肢無力、失去控制等癥狀．嚴(yán)葷時(shí)會(huì)導(dǎo)致竄息。
(5)丙烯醛
烹飪時(shí)油溫過高會(huì)產(chǎn)生丙烯醛，另外，某些裝修材料也會(huì)釋放出丙烯醛。丙烯醛是一種無色或淡黃色液體，有惡臭和強(qiáng)烈刺激性。吸入丙烯醛蒸氣會(huì)損害呼吸道，導(dǎo)致咽喉炎、胸部壓迫感、支氣管炎；大量吸入可導(dǎo)致肺炎、肺水腫，甚至出現(xiàn)休克、腎炎及心力衰竭。
5．如何減少廚房油煙污染
烹飪過程產(chǎn)生的油煙中，除一氧化碳、二氧化碳和顆粒物外，還會(huì)有丙烯醛、環(huán)芳烴等有機(jī)物質(zhì)，若油溫過高，還會(huì)產(chǎn)生毒性很強(qiáng)的苯并芘。丙烯醛會(huì)引發(fā)咽喉疼痛、眼睛干澀、乏力等癥狀；過量的環(huán)芳烴會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞突變，誘發(fā)癌癥。
要減少油煙污染，首先要加強(qiáng)廚房的排換氣系統(tǒng)。例如，在灶臺(tái)與油煙機(jī)間附加一個(gè)半開放式的隔層，這樣能有效聚斂烹飪過程中產(chǎn)生的油煙；其次要盡量改變烹調(diào)方式，少煎炸，多使用微波爐、電飯鍋，減少廚房明火的產(chǎn)生。
六、教材習(xí)題參考答案
1．二氧化碳、氟氯烴二氧化碳大氣中二氧化硫、二氧化氮氟氯烴
2．B
3．C
4．(1)203=302
(2)催化劑。氟氯烴分解出來的氯原子是臭氧分解反應(yīng)的催化劑，因此少量的氟氯烴就對(duì)臭氧層有較強(qiáng)的破壞作用。
5．31 kg，42 kg
七、教學(xué)參考資料
1．我國城市空氣質(zhì)量的總體狀況
國家環(huán)境保護(hù)總局在2003年發(fā)布的報(bào)告顯示，在其所監(jiān)測的340個(gè)城市中，達(dá)到國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市有142個(gè)，空氣質(zhì)量為三級(jí)的城市有108個(gè)，低于三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的城市有90個(gè)。與2002年相比，全國城市空氣質(zhì)量總體上有所好轉(zhuǎn)。
報(bào)告顯示，影響我國城市空氣質(zhì)量的主要污染物仍是可吸入顆粒物，54．4％的城市空氣中可吸入顆粒物濃度達(dá)不到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。二氧化硫(S0。)污染較嚴(yán)重的城市主要分布在山西、河北、河南、湖南、內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、貴卅、重慶和四川等地區(qū)。
在113個(gè)大氣污染防治重點(diǎn)城市中，有37個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有41個(gè)城市空氣質(zhì)量為三級(jí)，有35個(gè)城市空氣質(zhì)量低于三級(jí)。在47個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市中，有24個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有16個(gè)城市空氣質(zhì)量為三級(jí)，有7個(gè)城市空氣質(zhì)量低于三級(jí)。所統(tǒng)計(jì)的340個(gè)城市中，有64個(gè)城市位于二氧化硫污染控制區(qū)，有116個(gè)城市位于酸雨控制區(qū)。
2．溫室效應(yīng)加劇產(chǎn)生的環(huán)境問題和對(duì)人類生活的影響
溫室效應(yīng)加劇引起的地球表面氣溫升高帶來了一系列環(huán)境問題，對(duì)人類生活也產(chǎn)生了不小的影響。由于全球變暖，海水受熱膨脹和部分冰川融化，海平面升高。據(jù)估計(jì)，近百年來，海平面上升了10～20 cm。
由于全球有超過一半的人口居住在離海岸線100 km的范圍內(nèi)，因此，海平面的顯著上升對(duì)沿岸低洼地區(qū)會(huì)造成嚴(yán)重豹經(jīng)濟(jì)損害。例如，海水沖蝕海邊沙灘的速度加快，將地下淡水推向更遠(yuǎn)的內(nèi)陸。
對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，雖然CO2濃度較高有利于植物的生長，但是，全球變暖也會(huì)影響全球的雨量分布。
對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)而言，由于海水的上升，淡水中鹽分增大，必然會(huì)減少淡水魚的種類和數(shù)量。同時(shí)，該水域的海洋魚類的種類和數(shù)量也可能相對(duì)增多。
3．替代化石燃料的新能源
大氣污染和溫室效應(yīng)加劇在很大程度上是由于煤、石油等化石燃料的大量使用造威的。開發(fā)替代化石燃料的新能源，不僅可以緩解化石燃料日趨枯竭的危機(jī)，而且可以大大降低二氧化硫、二氧化氮等空氣污染物和二氧化碳等溫室氣體的排放。替代化石燃料的新能瀝有核能、風(fēng)能、潮汐能、太陽能、氫能等多種。其中核能已經(jīng)被廣泛使用，風(fēng)能、潮汐能的使用歷史雖然較長，但其自身特點(diǎn)限制了它的廣泛應(yīng)用。目前，最具有開發(fā)潛力的替代能源主要有太陽能、氫能等。
(1)太陽能
太陽能的利用主要有兩個(gè)途徑：太陽能熱利用和太陽能光伏發(fā)電。太陽能熱利用中最廣泛的一種形式是我們所熟知的太陽能熱水器。太陽能光伏發(fā)電就是利用電池組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｔ跓o電網(wǎng)地區(qū)，此方法可以方便地為用戶提供生活用電；在有電網(wǎng)地區(qū)，如果技術(shù)允許，太陽能轉(zhuǎn)變的電能還可并入?yún)^(qū)域電網(wǎng)。
(2)氫能
氫不僅是一種清潔的能源，而且是一種優(yōu)良的能源載體，具有可儲(chǔ)的特性。例如，太陽能、風(fēng)能發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生的暫時(shí)不用的電能，電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)大量的電能都可以轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存，如果需要即可使用。這種儲(chǔ)能方式分散、靈活，同時(shí)氫能也具有可運(yùn)輸?shù)奶匦�。利用太陽能分解水制氫和生物質(zhì)制氫是兩項(xiàng)具有巨大開發(fā)潛力的氫制取技術(shù)�？茖W(xué)家認(rèn)為，氫能將在21世紀(jì)的能源舞臺(tái)上扮演一個(gè)舉足輕重的角色。
4．《京都議定書》
為了使人類免受氣候變暖的威脅，1997年12月，在日本京都召開的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》締約方第三次會(huì)議通過了旨在限制發(fā)達(dá)國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》。
《京都議定書》規(guī)定，到2010年，所有發(fā)達(dá)國家二氧化碳等6種溫室氣體的排放量要比1990年減少5．2％。具體說，各發(fā)達(dá)國家從2008年到2012年必須完成的削減目標(biāo)是：與1990年相比，歐盟削減8％，美國削減7 %，日本削減6％，加拿大削減6 %，東歐各國削減5％至8％。新西蘭、俄羅斯和烏克蘭可將排放量穩(wěn)定在1990年的水平上。議定書同時(shí)允許愛爾蘭、澳大利亞和挪威的排放量比1990年分別增加10％、8％和1％。
《京都議定書》需要在占全球溫室氣體排放量55％以上的至少55個(gè)國家批準(zhǔn)，才能成為具有法律約束力的國際公約。中國于1998年5月簽署并于2002年8月核準(zhǔn)了該議定書。歐盟及其成員國于2002年5月31日正式批準(zhǔn)了《京都議定書》。2004年11月5日，俄羅斯總統(tǒng)普京在《京都議定書》上簽字，使其正式成為俄羅斯的法律文本。目前全球已有141個(gè)國家和地區(qū)簽署該議定書，其中包括30個(gè)工業(yè)化國家。
美國人口僅占全球人口的3％至4％，而排放的=氧化碳卻占全球排放量的25％以上，為全球溫室氣體排放量最大的國家。美國曾于1998年簽署了《京都議定書》，但2001年3月，布什政府以“減少溫室氣體排放將會(huì)影響美國經(jīng)濟(jì)發(fā)展”和“發(fā)展中國家也應(yīng)該承擔(dān)減排和限排溫室氣體的義務(wù)”為借口，宣布拒絕批準(zhǔn)《京都議定書》。
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