研究性學習一例-—北京市空氣中二氧化硫含量的測定

研究性學習一例-—北京市空氣中二氧化硫含量的測定

    摘要：使中學生能靈活運用所學的知識1直就是教育工作者所關注的問題。本文是引導學生利用所學的知識解決生活中問題的1個嘗試。在高1學習了SO₂的性質以后,引導學生對北京市空氣中SO₂含量進行測定并對影響其含量大小的因素做了調查分析。希望以此激發學生對學習的興趣并使他們從小就關注人類自己的居住環境。 1、課題的提出 隨著社會的發展和進步,人類的居住環境受到廣泛的關注,環境污染的治理也就成了人們改善生活質量、實施可持續發展策略的重要課題。而如何讓中學生利用自己所學的知識解決和發現生活中的問題,倡導“學而知之、知而能用”的素質教育應該是中學教師的1個基本任務[1]。 在高1學習了SO₂的性質以后,結合平時了解的空氣質量日報,很多同學對SO₂的污染問題產生了濃厚的興趣。為了鼓勵學生關注、了解、參與環境保護,我們成立了1個研究小組,利用大家非常熟悉的SO₂的1種性質———漂白性[2],對北京市空氣中SO₂含量進行測定并對影響含量大小的因素做了分析。 我們將這次研究定位為半定量實驗,從而使我們避開了利用精密儀器進行研究,讓這次研究更適合中學生進行。 2、設計實驗方案 目的:了解北京市空氣質量狀況,調查SO₂污染的源頭,分析影響空氣中SO₂含量的因素,為減輕空氣中SO₂含量提出自己的建議與設想。 儀器:1次性注射器 藥品:1定濃度的品紅 原理:SO₂的漂白性人員安排:高1學生,1共20人,分成5組,每小組選組長1名,主要負責成員間的聯系,外出的安全工作,組織實驗的進行以及組內工作的分配等等。 地點安排: 第1組:公園 第2組:居民生活區 第3組:工廠生產區 第4組:商業區 第5組:交通樞紐地段 2.1　實驗過程 (1)相關文獻調研 了解空氣中主要污染物是什么,其中SO₂對人體有哪些危害。調查環保局提供的北京市日平均數據,以利于和我們的結果進行比較。 (2)實驗具體實施 品紅溶液的配制:稱取品紅固體0.5g,加入蒸餾水1000mL,配成品紅溶液。 溶液的保存:洗凈1些醫用針劑瓶,將配制好的品紅溶液裝入瓶中,密封保存 SO₂濃度的測定:實驗人員到達實驗地點后,用1次性醫用注射器取出品紅溶液0.5mL,將活塞拉至針管的3mL處,然后將活塞緩緩推至針管頂部(建議保持頻率:30次/min) 記錄:品紅褪色的時間;推動活塞的頻率;當天氣溫、風速、天氣狀況、氣壓;空氣質量日報中SO₂的API值。 (3)可能影響因素分析 決定空氣中SO₂含量因素的分析 調查實驗地點周邊地區產生SO₂的具體情況 調查北京市各區SO₂的源頭 影響空氣中SO₂含量因素的分析 風速的影響 雨的影響 地點的影響 2.2　數據預測及相應建議 (1)繪制空氣中SO₂含量變化曲線(實驗結果)及空氣中SO₂含量變化曲線(空氣質量日報提供的SO₂API值)將2條曲線進行對比,分析實驗結果,提出實驗改進方案。 (2)設計2組對比實驗,分析天氣(主要是風速及雨)對空氣中SO₂含量的影響。 (3)對北京市空氣中SO₂污染提出治理方案。 3、實施結果與分析 文中所有結果均用使品紅溶液褪色時針筒活塞推拉的次數來表達。次數越多,SO₂含量越低。為了便于和環保局提供的SO₂API值比較,我們對活塞推拉次數求取倒數。從而使得我們的數據和環保局的數據趨勢上可比(由于是半定量實驗,所以只能對結果的趨勢進行對比,具體的數值不具可比性)。 3.1　結果展示 (1)同學們把不同區域所測的SO₂含量平均結果進行了對比,結果見圖1。 (2)同學們還把所測的日平均結果和環保局的結果進行了對比,結果見圖2~圖4 圖3　環保局數據和我們所測的公園居民區日平均數據的比較 (3)同學們還考慮天氣的影響,做了2組對比實驗,結果見表1~表2 3.2　分析討論 從圖1可以看出,工廠、交通樞紐組SO₂含量最大,原因主要是燃煤、燃油、汽車尾氣所致。公園、居民區組SO₂含量最小,原因主要是綠化很好,樓房隔離了道路和廠區。商業區組SO₂含量中等,原因主要是小型燃煤、燃油、汽車尾氣所致。 從圖2~圖4可以看出,公園居民區和商業區的曲線趨勢和環保局提供數據的趨勢最為接近。工廠、交通樞紐的數據也基本吻合,但局部趨勢出現異常。造成原因很多,比如人為誤差,環境極端的好壞等等。而公園居民區和商業區符合較好的原因是環保局數據采用了當日全市平均值,而這些地區更符合全市平均水平。 同學們對各類工業源SO₂排放量分布做了調查,結果如下:(1)民用灶具12%;(2)工業窯爐11%;(3)工業鍋爐34%;(4)電站鍋爐35%;(5)其他8%。 從表1、表2的對比實驗結果,同學們發現天氣對SO₂含量有較大影響。表1可以看出雨前SO₂濃度大,雨后SO₂濃度小。原因可能是雨前氣壓低,雨后空氣清新,并且水可以和SO₂反應。表2可以看出風速越快,濃度越小。原因可能是風速大,有利于空氣流通,污染物擴散,所以SO₂濃度低。 3.3建議 同學們通過調查過去幾年北京市的SO₂年平均含量數據發現:從1998年到2002年SO₂含量從0.120mg/m3降到0.067mg/m3,減少了44.2%。說明這幾年的治理成績還是可喜的。 為了有效防治SO₂等的污染,改善大氣環境質量。同學們認為1要改變燃料構成,推廣使用天然氣及優質煤;2要繼續發展集中供熱;3要大力推廣節能、脫硫及高效除塵措施。大家還利用所學的知識提出了2個SO₂污染處理的方案。 方案1: SO₂+2NH₃+H₂O (NH₄)₂SO₃ (NH₄)₂SO₃+SO₂+H₂O 2NH₄HSO₃ 方案2:鈣基固硫 SO₂+CaO CaSO₃2CaSO₃+O₂2CaSO₄ 4、尾聲 實驗的結果還是令人滿意的。研究課題結束以后,同學們和我們的心情就像1個學生描述的那樣“學以致用的感覺真的是非常好”。我們把這次研究過程整理出來,只是想起1種拋磚引玉的作用。素質教育已經提出了很多年,研究性學習也提出了很多年,但是它們仍就是1個值得討論研究的問題,需要我們教育工作者不斷思考……。 參考文獻： [1]　劉知新主編.化學教學論.第2版,北京:高等教育出版社,1997 [2]　李巧利.中學化學教學參考,2004,(1-2):74-75 附:背景知識　摘自:http://www.bjepb.gov.cn API(Air Pollution Index的英文縮寫)是空氣污染指數,我國城市空氣質量日報API分級標準見表3、表4。

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