酸雨测定及危害的实验研究.doc

酸雨测定及危害的实验研究郭乐见 邓越 郑芃 江嘉韫指导教师 郑云一、 问题的提出酸雨这个词语人们并不感到陌生，我们从书中得知空气中硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就成为酸雨。酸雨有什么危害呢？该如何测定酸雨呢？书本没有得到进一步的解释。因此，带着这些问题，我们开展了这次研究性学习。想通过实验来测定雨水PH值及验证酸雨的危害，且提出了一些关于酸雨治理问题的建议。二、 研究目的使大家进一步了解酸雨的有关情况，增强同学们的环保意识。掌握相关的实验方法，培养同学之间互帮互助的团队精神。通过社会实践活动，锻炼自己的社交能力，能运用科学知识解决问题。使同学们的综合素质能力有所提高，为培养科学严谨的治学态度打下坚实基础。三、 调查实验步骤（1） 在老师的指导下搜索和确定研究课题，且书面表述课题实施方案的具体内容。（2） 查阅大量的科技文献资料，采用文献研究法。通过老师介绍的几个相关网站进行资料的查找。（3） 进行实地考察，确立分工工作。（4） 采用了实验研究法中的比较研究法，对雨水pH值的测定和做酸雨危害的有关实验。（5） 走访环监站，了解有关酸雨情况。（6） 进行归纳总结。四、 调查实验过程我们通过因特网查阅了大量的相关资料，进一步了解了韶关酸雨的形成和危害。酸雨，是指pH值小于5.6的雨水。形成酸雨的主要物质就是二氧化硫。韶关是“全国有色金属之乡”，广东省的重工业基地。尽管近几年来重工业衰退，但是韶钢，韶冶的二氧化硫排放量还很大。去年韶关市区的二氧化硫排放量比2002年增加103%，略超过国家环境空气质量二级标准。工厂中煤、石油燃烧和金属冶炼中释放到大气里的SO2，通过气相或液相反应而生成硫酸。气相反应：2SO2+O2=2SO3 SO3+H2O=H2SO4液相反应：SO2+H2O=H2SO3 2H2SO3+O2=2H2SO4 2H2S+3O2=2SO2+2H2O H2S+O3=SO2+H2O在这些气相反应中是很缓慢的，但在空气中的颗粒物质表面，这一反应能很快进行，由于H2S，O2，O3均能部分溶于水，故在去雾雨滴中这些反应速度很快。所以，酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。硝酸和硫酸都具有强腐蚀性，因此，酸雨的危害非常大。酸雨的危害1、 使河流、湖泊等地表水酸化，污染饮用水源危害渔业生产（pH小于4.8时鱼类就消失）。2、 使土壤酸化，使土质日趋酸化，贫瘠化。3、 腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹（建筑材料中含CaCO3）腐蚀油漆、皮革、金属、纺织品。4、 影响人类健康，硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比SO2要高10倍，其微粒可侵入人体的深部组织，引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。5、 影响地球气候：酸雨增强了地下水和地表水对石灰岩的溶蚀，间接地使大气中的二氧化硫浓度增大，因此，为了进一步了解韶关地区雨水pH值与实地环境的关系，以及酸雨危害情况，我们做了如下的实验。实验一：雨水pH值的测试（以北江中学为主要测定区域，市一中、韶钢为对比区域）1、 调查实验日期：2004年5月7日至5月16日2、 实验原理：pH试纸能测定雨水的pH值3、 实验工具：雨水收集器（自制）、pH试纸4、 实验方法： 在下雨前，将干净的雨水收集器（仿照书本上用空饮料瓶改制）放置在天台上或高处（避免其它非雨水物质进入），让雨水自然积累在雨水收集器内。 停雨后，及时收回雨水收集器，用pH试纸测定瓶内雨水的pH值，做好记录。记录还包括这次降雨离上次降雨有多长时间，如果连续几天降雨，则每天固定一个时间测定pH值，测完后倒净瓶中雨水，洗干净后再放上天台连续收集降雨，看看连续数天的降水的pH值有没有变化，有变化时，应取数据的平均值为准。5、 观察记录表：次数收集地点降雨时间PH值北江中学学生宿舍5月7日12:356.0北江中学学生宿舍5月7日14:406.0市一中学生宿舍5月7日14:006.0北江中学教学区5月16日14:306.0韶钢厂区附近5月16日14:306.0韶关市一中校园内5月16日14:306.06、 根据测得不同区域雨水的pH值和实地环境考察，分析讨论得出：（1） 区域不同，其雨水pH值也应不同。从表中得知，我们所测的雨水PH值与实际相差较大。众所周知，韶钢是酸雨现象比较严重的地区，其厂区附近的雨水的PH值应明显呈酸性。但由于当时韶钢并没有进行正常生产，且由于我们手头上的测量工具较为简陋，加之一些客观因素的影响，如：所测酸雨的点的范围有限；采集雨水样本的个数不足；当时的风向、当日的温度、湿度和周边环境建设的优劣等，也是引起PH值偏差较大的原因。（2） 我们走访市环境监测站，查阅了有关资料和数据，发现韶关市酸雨的降落，具有范围广，季节性显著的特征。另外观看了市环监站较先进的雨水测量工具。实验二：酸雨对不同物质的影响1、 调查实验日期：2004年7月11日至8月30日2、 实验原理：酸雨对植物的芽、叶的生长有害，影响其正常发育，它还会腐蚀各种建筑材料、金属材料。3、 实验工具：采样瓶（自制）、胶头滴管4、 实验方法； 将干净的采样瓶（即饮料瓶，需透明）装入用浓硫酸调配好的自制“酸雨”（PH=3-4），把所需的植物（小草）、铁丝、石灰石准备好。 每天准时往植物滴入10滴“酸雨”，铁丝、石灰石分别用“酸雨”浸泡。 本实验分3组，每组都有一个相应的参照物。 在1个多月内，看有没有异状发生，即可知道“酸雨”对不同物质的影响。 每天仔细观察并记录好每一时期（可10天为一周期）各物质的现象，在后期可进行归纳总结。观察记录表：实验 研究对象现象实验时间植物（小草）方式：滴加雨水铁丝方式：浸泡石灰石方式：浸泡7月11日7月21日无明显现象无明显现象无明显现象7月22日8月1日无明显现象无明显现象无明显现象8月2日8月12日叶片出现微黄浸泡的雨水出现浅黄色雨水出现浑浊现象8月12日8月21日叶片黄斑明显、有委缩迹象浑浊现象较明显浑浊现象较明显8月22日8月20日叶片有卷曲现象、枯萎铁丝出现淡褐色且雨水更浑浊雨水变浑浊，且石灰石表面出现略微的凹凸现象。5、 实验分析与结论： 从表中得知,酸雨对于植物、铁丝、石灰石，即有关农作物叶、芽，金属材料，建筑物有一定的危害。虽然我们所做的“酸雨”危害的模拟实验现象不是十分明显，但如果长期遭受酸雨的淋冲，必将造成更加严重的危害，所以酸雨的危害不容忽视。 酸雨的主要成分是硫酸，因此我们用浓硫酸配制的“酸雨”所做的实验具有一定的代表性。五、 建议基于酸雨的严重危害，我们课题小组三人通过多种途径查找资料，总结了如下几点建议，是以严格控制二氧化硫的排放为主。1、 制定严格的大气环境质量标准，限制固定污染源的排放量，加强控制酸雨排放地。这无疑对控制酸雨是有利的，此外，还可以在汽车安装尾气净化器。2、 积极开发利用煤炭的新技术，推广煤炭的净化技术、转化技术，改进燃煤技术，改进污染物控制技术，采取烟气脱硫、脱氮技术等重大措施。3、 调整工业布局，改造污染严重的企业，改进生产技术，提高能源利用率，减少污染排放量。酸化的湖泊中主要是硫酸，可以用碱来中和，如石灰。但是只是治标不治本。另外，可以栽种抗酸雨的树木和经济作物，做好绿化工作。例如多种刺槐、女贞、小叶冬青、油松、大叶黄杨、侧柏。六、 收获与体会经过一个学期的化学研究性学习，终于有了一个较为圆满的结局。在这几个月中，我们学到了什么是团结合作的精神，什么叫做锲而不舍，什么叫做坚持就是胜利这些都是书本所不能给我们的真实体会。在这期间，我们曾经彷徨过，曾经无助过，但老师和同学都给予了我们莫大的支持和帮助，使研究性学习得以顺利地完成。我们懂得了对相关数据、资料的整理与总结；学会了分工合作、各尽其才；学会了科学严谨的治学态度的重要性和必要性；学会了如何去参加社会实践活动真可以说是受益匪浅！因此，我们更加注重过程，当然，我们衷心地希望这是篇成功的研究性学习！我们付出了，我们不后悔！参考文献广东省教学教材研究室.研究性学习方法指导（案例）.广东教育出版社,2002.8.第一版.田霜月、邹琳.南方都市报.2009.9.27.彭令辉.韶关日报第二版.2008.6.5.指导教师评析本文的可贵之处在于从书本上学习到的知识去实践、去体验。通过对酸雨测定方法和酸雨危害的实验研究，尽管测定或研究的结果不是十分准确，但勇于实践，不断摸索科学研究的方法，从而学到了书本上学不到的知识，提高了动手能力和分析、解决问题的能力，增强了团队精神。这对一个未来的生力军是十分有益的。探究酸雨的危害的实验郑芃探究酸雨对绿藻生活的影响 目的：通过探究“酸雨”对绿藻生活的影响，认识酸雨的危害。 材料器具：烧杯，池塘水，pH试纸，以硫酸为材料配制的不同pH的酸雨等。 方法步骤： （1）分小组讨论，如何利用教师提供的模拟“酸雨”设计探究酸雨对绿藻生活影响的实验，包括设计对照实验。 （2）将相对浓度一样的绿藻培养在不同的“酸雨”中，观察一周内绿藻的生活状况，如绿藻细胞的颜色变化、相对浓度变化等。 （3）分析、比较实验结果，归纳实验数据和证据。讨论酸雨对绿藻生活有何影响。 评析：本活动材料易得，操作容易，实验现象明显。 什么是酸雨? 江嘉韫简单地说，酸雨就是酸性的雨。什么是酸? 纯水是中性的，没有味道；柠檬水，橙汁有酸味，醋的酸味较大，它们都是弱酸；小苏打水有略涩的碱性，而苛性钠水就涩涩的，碱味较大，它们是碱。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关；而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关；然后建立了一个指标：氢离子浓度对数的负值,叫pH值。于是，纯水的pH值为7；酸性越大，pH值越低；碱性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的，pH值近于7；当它为大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性，pH值为5.65。被大气中存在的酸性气体污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨；pH值小于5.65的雪叫酸雪；在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。什麽是酸雨区?某地收集到酸雨样品, 还不能算是酸雨区, 因为一年可有数十场雨, 某场雨可能是酸雨, 某场雨可能不是酸雨, 所以要看年均值。目前我国定义酸雨区的科学标准尚在讨论之中, 但一般认为: 年均降水pH值高于5.65, 酸雨率是0-20% , 为非酸雨区; pH值在5.30-5.60之间, 酸雨率是10-40% , 为轻酸雨区; pH值在5.00-5.30之间, 酸雨率是30-60%, 为中度酸雨区; pH值在4.70-5.00之间, 酸雨率是50-80%, 为较重酸雨区; pH值小于4.70, 酸雨率是70-100%, 为重酸雨区。这就是所谓的五级标准。其实, 北京, 西宁, 兰州, 乌鲁木齐等市也收集到几场酸雨, 但年均pH值和酸雨率都在非酸雨区标准内, 故为非酸雨区。酸湖 资料整理 邓越干湿酸沉降可直接降入湖水内；也可降入河内再流入湖内；也可落到植被上，雨水冲刷形成径流，注入河湖；也可渗入土壤，进入地下水，流入湖内；最终导致湖泊酸化。有人估计，在中国南方酸雨地区有近一半湖泊，受到不同程度的酸化污染。当然，不同湖泊酸化的敏感性还有所不同，它取决于影响降水的气象条件，湖泊水文，流域特征和湖区土壤和基岩状况。重庆南山和缙云山各发现一个水塘, 其水体pH值为4.7 , 属于已酸化了的小水体, 这是一个警告。幸运地是, 到目前为止我国尚未发现大面积水域酸化现象。何谓湖泊酸化?天然水体中含有碳酸氢根离子; 有的水质发浑, 含有某些有机碱; 因此它们有中和酸的能力。碱度就是酸中和能力。碳酸氢盐水体中的碱性主要来自于含钙和镁的矿物质的风化。因此水体碱度为碳酸氢根离子浓度, 加上两倍的碳酸根离子的浓度(因为每个碳酸根离子可中和两个氢离子) , 再加上氢氧根离子浓度, 即:碱度 = HCO3 + 2CO3 + OH - H。当酸性物质进入碳酸氢盐水体, 首先中和氢氧根离子, 然后中和碳酸根离子形成碳酸根离子, 最后中和碳酸氢根离子形成碳酸,再增加氢离子, 水体将明显酸性提高。因此, 水体碱度大, 酸中和能力大, 其对酸性的缓冲能力大, 可容纳更多额外增加的酸。据碱度定义, 湖泊完全失去碱性叫酸化。当某水体接受氢离子量超过其本身中和离子量 (通常是碳酸氢盐) , 便发生了酸化。酸湖是怎样形成的呢? 湖底基岩一般为碳酸盐, 不断以碳酸氢盐形态慢慢溶入湖水中, 故一般湖水为弱碱性或中性。酸雨引入湖中的氢离子, 首先中和碳酸氢根离子形成弱酸性的碳酸, 这时湖水的pH值下降很慢, 有时需要数年时间; 一但该过程中和完毕, 碳酸氢根被耗尽时, 再引入新的氢离子, pH值就下降很快了, 可能一年之内便可酸化。 水体酸化敏感性指标 虽然目前我国水体, 包括湖泊酸化并不严重, 例如我国重酸雨地区四川和贵州省水体大致pH值在6.5-8.5 之间, 没有发现大面积已酸化水体, 且近期也不会被酸化。要防患于未然。因此首先要着眼于找出那些对酸化敏感的水体, 先行防范。要评价某水体对酸化的敏感性, 就要订出一项水体酸化敏感性指标。参照国外和前人经验, 我国学者提出一种 抗酸化容量 指标来评价天然水体的酸化敏感性。经过他们的研究, 我国天然水体的pH值一般在6.5-8.5 之间。此时, 水体中碳酸氢根占碳酸溶解量的60-95% ,成为水体中的主要缓冲因素。首先, 假定水体酸化临界值为pH=6.5, 测出水体实际pH值后, 可得pH增加值pH, 即pH= pH - 6.5;既而, 测得水体的碱度 Alk;最后, 由水体碳酸平衡公式, 算出水体可承受的总酸量A。据此指标, A 1.0 毫克当量/升 , 为不敏感水体。 西南酸雨地区水体酸化敏感性评价 对于重酸雨区四川和贵州两省, 评价天然水体敏感性结果是: 敏感的占26.4 %, 中度敏感的占53.0% ,