摘要 在实验室条件下检验燃放烟花爆竹时产生二氧化硫气体，教育学生树立环保意识。并由此实验引发对环境保护的思考。
关键词 检验 烟花爆竹 火药 二氧化硫 环保思考
1 产生研究性课题的背景
高中化学选修模块“化学与生活”的内容标准要求学生知道大气主要污染物，其中二氧化硫是大气主要污染物之一。大气中二氧化硫的来源有多种形式，燃放烟花爆竹是其中之一。据考证，我国燃放烟花爆竹的历史已有一千多年。“爆竹声中一岁除”是有着悠久历史的传统习俗，是中华民族文化的重要组成部分。每逢喜庆日子，特别是春节期间，人们为了增加节日的欢乐气氛，从初一到十五，更是大量的燃放烟花爆竹，然而随之而来的是严重的空气污染。因为燃放烟花爆竹会产生二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体，这些有害气体是无形的“杀手”。二氧化硫进入大气层后，氧化为硫酸（H2SO4），在云中形成酸雨（酸雨被称为“空中死神”），能强烈腐蚀建筑物和工业设备；酸雨可导致树木、森林死亡，湖泊中鱼虾绝迹，土壤营养遭到破坏，使农作物减产或死亡［1］。据国家环境检测部门公布的信息，春节期间全国各地大气污染综合指数也多呈上升趋势，一些城市的大气质量连续数日为重度污染、中度污染。根据历史资料统计，采暖期间二氧化硫为主要污染物的天数为16.7%，在春节三十至初七的8天中，其中有4天二氧化硫为主要污染物，说明燃放烟花爆竹造成二氧化硫浓度升高现象较为突出［2］。环保专家们分析，导致污染的“罪魁祸首”便是大面积、集中地燃放烟花爆竹过后生成的二氧化硫气体。
已知燃放烟花爆竹能产生二氧化硫等气体。那么，在实验室条件下能否检验燃放烟花爆竹时产生二氧化硫等气体？
2 实验方案
2.1 实验原理
烟花爆竹的主要成分是黑火药，火药是中国的四大发明之一。火药的成分主要是硝酸钾、硫磺和木炭，有的还含有少量的氯酸钾。制作电光炮、烟花炮、彩色焰火时，还要加入镁粉、铁粉、铝粉、锑粉及无机盐。加入锶盐火焰呈红色、钡盐火焰呈绿色、钠盐火焰呈黄色。当烟花爆竹点燃时，木炭粉、硫磺粉、金属粉末等在氧化剂的作用下，发生化学反应，迅速燃烧，产生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮等气体及金属氧化物的粉尘，瞬时产生的大量气体烟尘，伴随着大量光和热，冲破炮纸的包裹，引起鞭炮的爆炸［3］。烟花和爆竹的化学原理基本相同，其结构都包含黑火药和药引，不同的是烟花中加入一些发光剂和发色剂。常用黑火药的标准配方为：硝酸钾75%、硫磺10%、木炭15%［4］。烟花和爆竹内的黑火药是以1硝、2硫、3碳为基础发展而来，但要知道这里的“1、2、3”说的是黑火药的成分一是硝酸钾、二是硫磺、三是木炭，但这3种成分的质量比并不是1∶2∶3［5］。一般配方是：硫磺2 g、硝酸钾3 g、炭粉4.5 g，因为黑火药中的硫磺成分具有着火温度低、燃速快等性质，因而使黑火药容易点火，并在较弱的约束下能迅速燃烧爆炸［6］。这样的配方中硫的量比例过大，在空气中燃放时更容易产生二氧化硫。
2KNO3+3C+SK2S+3CO2↑+N2↑+707 kJ
S+O2SO2
2.2 仪器与试剂
仪器：硬质长玻管（34 cm×2 cm）1支、双连球气唧1个、酒精灯1盏、试剂瓶3个、铁架台1副、单孔塞2个、双孔塞3个、气球1个、玻璃导管若干（7 mm~8 mm）
试剂：酸性品红试液、氢氧化钠溶液（10%）、硫磺、硝酸钾、木炭粉、石灰水（饱和）
2.3 实验装置
实验装置如图1所示。
3 实验的过程与现象
（1）如图1连接装置，用双连球气唧向长玻管内充气，检验气密性。
（2）火药种类：自制火药和小鞭炮中的火药。拆开几根小鞭炮，取出火药，筛去小石块，称量0.5 g，放在V型纸槽中。把V型纸槽伸进长玻管内，翻转过来，让火药平铺在长玻管中部（2~3 cm），塞好塞子。用酒精灯预热，然后对准火药加热。
（3）长玻管内的火药剧烈燃烧，发出火光，产生大量的粉尘，并且看到长玻管内壁上有黄色物质出现，这是长玻管中未燃尽的硫，继续加热一会儿，使未燃尽的硫充分燃烧，同时用双连球气唧向长玻管内慢慢鼓入空气，气流速度大约每秒1~2个气泡。
（4）品红溶液褪成无色后，继续充气。石灰水变浑烛时，停止充气。（有关实验现象见表1）
4 结论与讨论
（1）通过酸性品红溶液变色的时间，可以看出自制火药与市售火药含硫量相差不大，但都能产生较多的二氧化硫等气体。
（2）根据饱和石灰水变浑浊的时间和火药燃烧的时间对比，市售火药中木炭的量减少而增加了氧化剂的量，使发生爆炸的效果更好。
（3）通过本实验，可向学生展示烟花爆竹燃放产生污染现象十分严重，教育学生树立环保意识，减少或不燃放烟花爆竹。
5 实验说明
（1）如果用自制火药，先把3种药品分别研成粉末烘干，再混合均匀。
（2）使用气球的目的是防止火药燃烧时装置发生爆炸。
（3）市售火药最好用小鞭爆里的火药，因为大爆竹和烟花里含有的KNO3等氧化剂比较多，在长玻管内产生大量的热量和气体，瞬时压强增大，使长玻管内的气体排出过多。装置内瞬间温度骤降，压强减小，试剂瓶中的液体倒流，使温度较高的长玻管骤冷而破裂。因此，市售火药的用量不宜过大。
（4）用酸性品红溶液证明使之褪色的是SO2，排除其他酸性气体。
（5）酸性品红试液浓度不宜过大（在50 mL的水中加一滴），最好做对比实验。
（6）火药的质量约为0.5 g，过少产生的SO2量少，品红溶液褪色不明显。
（7）当火药燃烧后，继续加热一段时间，同时向长玻管内充气，原因是长玻管内空气不足，火药可能未完全燃烧。
6 实验结果引起的环保思考
这个实验证明了燃放烟花爆竹能够生成大量的二氧化硫气体和大量的烟尘，造成大气污染。现行的空气质量预报，是把空气污染指数（API）作为区别空气质量状况的的重要指标。它是依据各地空气中的二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒的含量把空气质量划分为5个层次（见图2）。通常情况下，我们居住环境的空气质量指数在100以下，空气质量基本上都能达到良。然而春节期间燃放烟花爆竹时，总是伴随着大量有毒烟气的出现，污染指数往往超过300，如2006年1月29日（农历春节初一）重庆市主城区空气污染指数为327，空气严重污染，对人的健康是极为不利的［7］。除此之外，燃放烟花爆竹还带来严重的噪声污染。据环保部门对武汉、上海、北京等十大城市春节期间的烟花爆竹污染情况进行监测，发现燃放地区噪声高达135分贝，远远超过人的听觉范围和耐受度，同时还产生大量的固体废弃物污染［8］。
1993年10月21日，北京市人大正式通过了《北京市禁止燃放烟花爆竹的规定》。在全国北京、上海、广州等大城市，“禁放”工作走在了前列，沿海经济发达城市也相继出台了“禁放”规定。但是伴随着我国现代化的显著成就——中国经济的快速发展和中国的国际地位逐渐提高，我们对自己的传统文化的自信心和认同感开始增强了，这种认同又使我们产生一种中国人所独有的归属感和自豪感。烟花爆竹，“中华民族抹不去的文化情结”，使一些禁放城市又走上了回头路，为“燃放”开了绿灯［9］。作为化学工作者，笔者支持禁放。但是，“禁”与“放”的冲突已经成为“现代文明”与“传统文化”的冲突。如何解决这种冲突？笔者认为合理的方法有：一是改“禁放”为“限放”，限时限地燃放；二是使用电子鞭炮；三是开发绿色火药，这是我们化学工作者将要研发的课题之一，也是我们义不容辞的责任。最后，笔者呼吁我们的同胞和我们的政府携手共同解决，让祖国上空更蓝，空气更加清新，让我们的人民更加健康，让我们的国家更加和谐发展。
参考文献
［1］ http：//zhidao.baidu.com/question/15392993.html.燃放烟花爆竹有哪些坏处.2006-11-25
［2］ http：///data/2006_02_05/20062515050.html.春节期间我市大气质量全良好.2006-11-25
［3］ 史春.资源与人居环境，2006，（3）：49
［4］ 唐桂林，赵家玉，吴煌，杜志明.火工品，2002，（4）：32
［5］ http：///bridge/docview.aspx？id=453075089.火药的主要成分是什么.2007-6-26
［6］ http：///new_view.asp？id=1624.中国烟花行业可持续发展的对策与出路.2007-6-26
［7］ 王晓军.初一至初五放烟花爆竹导致空气污染指数狂飚.重庆日报，2006-02-05
［8］ 许俊年.上海消防，2002，（2）：40
［9］ 吴国林，李红峰.河南消防，1999，（1）：30
［10］ 林肃浩，张弘，任飞.化学教育，2007，28（7）：52