摘要 燃放烟花爆竹是一个历史悠久的民间习俗，在它带来的安全隐患被人们广泛关注的同时，其燃放过程造成的空气污染也不容忽视。本研究通过实验室模拟，测定了燃放一枚鞭炮产生的二氧化硫气体量，并通过收集、分析杭州市区近几年来春节期间空气状况的数据，验证了燃放烟花爆竹造成空气污染的设想，并提出了科学燃放烟花爆竹的方法。
关键词 燃放烟花爆竹 空气污染 二氧化硫
1 问题提出
“鞭炮情结”最初根源于“年”的传说：在两千多年前的远古，人们臆念中认为，有一种会带来晦气的怪物，叫“年”，它一来，树木凋枯，百草不生；它一“过”，万物生长，鲜花遍地。“年”如何才能过去呢？需用鞭炮轰。《荆楚岁时记》曾记载，正月初一，鸡叫头一遍时，大家就纷纷起床，在自家院子里放爆竹，来逐退瘟神恶鬼。当时没有火药，没有纸张，人们便火烧竹子，使之爆裂发声，以驱逐瘟神，后来，炼丹家经过不断的化学试验，发现硝石、硫黄和木炭合在一起能引起燃烧和爆炸，于是发明了火药。有人将火药装在竹筒里燃放，声音更大。
北宋时用卷纸裹着火药的燃放物代替火烧竹子，这就是“爆仗”，后又改为“鞭炮”。“过年放炮”的习俗从此而来。
前些年，由于燃放烟花爆竹频频引起火灾，所以，一些大城市如北京、杭州等禁止燃放焰火。近年来考虑到中国的传统文化，又开禁了。那么，燃放烟花爆竹除了安全隐患之外，还会不会引起其他的不良问题呢？我们在实验室通过测定燃放一枚鞭炮的二氧化硫气体含量，进行分析推测春节期间燃放焰火可能造成的空气污染。为此，我们进行了理论分析、实地调查、收集数据、实验研究。
2 理论分析
我们首先研究了烟花爆竹造成污染的原因。烟花爆竹的燃料主要由氯酸钾、硝酸钾、铝粉、硫和炭等组成，燃放时，被紧紧包裹的燃料急剧燃烧，产生大量的二氧化硫、二氧化碳和氮气等。爆炸同时产生硫化钾、金属氧化物、碳粒等颗粒，弥散在空气中而形成烟雾，在无风时，久聚不散。至于焰火所产生的迷人而耀眼的颜和亮光，则是由于在爆竹的基础上加进了不同性质的金属盐的缘故，如加入硝酸钡可产生绿的光，而加入碳酸锂可产生红的光等等。所以在燃放烟花时不仅产生一氧化碳、二氧化硫等有害气体，还产
生大量的金属氧化物、碳粒等颗粒烟尘，严重污染空气，对人的呼吸道产生严重的损害，诱发或加重哮喘、支气管炎等呼吸道疾病。主要化学反应有：
3 实验研究
3.1 一枚鞭炮燃放时放出二氧化硫气体量的测定
3.1.1 实验方案
如何来测定一枚鞭炮燃放后产生的的SO2含量呢？在设计实验方案时，既要考虑实验时燃放鞭炮的安全，又要考虑将鞭炮燃放后产生的SO2气体全部收集。我们通过多次试验、修改，最后终于自主创新设计了一种即安全又方便，还可以定量测定SO2含量的方案：在一只500 mL的“可乐”饮料瓶中，把导火线燃烧的鞭炮投入进去，迅速把带有导管的瓶盖盖好。爆炸后，通过多次挤压，把气体全部导入一定量（过量）的酸性KMnO4溶液烧杯中，吸收全部SO2气体，再用标准的Na2C2O4溶液测定多余的酸性的KMnO4溶液，用差量法
求得一枚鞭炮燃放后产生的SO2的量。
3.1.2 主要器材和试剂
器材：“大地红”鞭炮数枚，500 mL“可乐”饮料瓶，250 mL、500 mL烧杯，50 mL酸式和碱式滴定管，铁架台，滴定管架，250 mL锥形瓶，称量瓶，25 mL移液管，10 mL、100 mL量筒，玻璃棒，洗瓶，防护眼镜，电子天平。
试剂：Na2C2O4（化学纯），一定浓度400 mL KMnO4溶液，100 mL 1∶3 H2SO4溶液。
3.1.3 实验过程
（1）标定KMnO4溶液的浓度：用精确称量的基准物Na2C2O4标定KMnO4溶液的物质的量浓度。
（2）收集鞭炮燃放的气体：准备1只500 mL的“可乐”饮料瓶，在瓶口点燃爆竹的同时迅速把这枚爆竹扔入瓶内，迅速把带有导管的瓶盖盖好。爆炸后，通过多次挤压“可乐”饮料瓶，把气体全部导入40 mL（过量）的酸性KMnO4溶液烧杯中，吸收全部的SO2气体。
（3）标定Na2C2O4的浓度：用上述标准浓度的KMnO4溶液，滴定配好的500 mL Na2C2O4溶液，反复3次，每次抽取25 mL，求其平均值。
（4）测定反应后的KMnO4的物质的量：从实验（2）后的瓶内移取18 mL溶液，用已经标定的Na2C2O4溶液滴定。（5）运用差量法，求出一枚鞭炮燃放后产生SO2的量。
（6）重复以上过程3次，求出平均结果。
3.1.4 实验结果与分析
通过上述实验测定：燃放一枚鞭炮后产生的SO2约 1.1×10-3mol。假设一串鞭炮500发，大年三十晚上杭州市每户人家都燃放一串鞭炮，那么，整个杭州市区将产生SO2气体约3×105 mol，但由于每户人家除了燃放一串鞭炮外，还要燃放其他各种焰火，这样燃放焰火产生的SO2气体远远大于3×105mol。我们推测春节期间燃放焰火将造成严重的空气污染。为了验证燃放烟花爆竹造成空气污染的设想，收集了杭州市区近几年来春节期间空气状况的数据进行分析研究。
3.2 定性研究
为了验证我们对杭州市春节期间燃放烟花爆竹造成空气污染的设想，同时考虑天气降水情况对空气SO2污染的影响，我们将2003～2006年杭州市春节期间空气SO2污染和降水情况做了以下定性的研究。
3.2.1 数据采集处理
将收集到的数据绘制成统计图表（从略），便于分析。放爆竹
3.2.2 数据分析
从杭州市环境监测中心站收集了2003至2005年春节期间（大年初一至十五）杭州市区空气污染情况的资料。在进行统计后我们发现，春节期间由于燃放烟花爆竹，杭州市区空气质量有明显变化。其中年初一和十五这两个烟花爆竹集中燃放的时间段内，空气质量较差，体现为空气污染指数（API）偏大。
其中，需要指出的是，2005年春节期间，单纯的空气污染指标有几天中明显偏低，这与我们的预测不太吻合。我们推测可能是由降水的气象条件造成的。空气中的二氧化硫溶解在雨水中并随之落到地面，所以带来暂时较洁净的空气。于是，我们到了在此期间杭州市
区相应的降水量数据，并与空气中的二氧化硫浓度进行比较，惊喜地发现数据与我们的推测吻合得很好，从而证明了二氧化硫的污染始终存在，而只是由空气中转入了雨水里。
2006年杭州市区春节期间空气质量情况进一步证明了我们的设想。根据杭州市环境监测站对本市2006年春节7天的空气质量分析，初一为重度污染，初二为轻度污染，其余5天处于优良水平。（详见《钱江晚报》2006年2月11日A5版“请少放烟花为空气减负”）
另外，降水的确能够能通过碰撞而捕获大气中的颗粒物，并冲洗大气中的污染物，因此降水的冲刷作用会使大气中的污染物浓度显著减低，体现为降雨量大的时间段空气质量较好。但是这是否说明由燃放烟花爆竹而带来的环境污染就不存在了呢？事实并非如此。污染物在大气环境诸多因素的影响下发生极为复杂的化学反应。这些反应可使污染物毒性增强或减弱；或者丧失，或者形成新的污染物。二氧化硫可溶于水，形成亚硫酸，再经氧化成硫酸。形成硫酸雾、酸雨。这就将对地面的人、动植物、建筑等带来更为直接和严重的危害。由此可知，污染一旦形成，在自然界中便很难自行分解，寄希望于雨水冲刷而减轻环境污染的说法只能是自欺欺人。
4 结论
由于烟花爆竹的燃放带来的污染中，仅是SO2的污染就造成了很大的破环，其他的污染（例如可吸入颗粒物）对环境的影响也不容忽视。在重视环境保护的今天，我们不得不对这个问题进行认真的分析和思考，寻求一条最合理的途径，既能营造欢乐喜庆的节日气氛，又不会对环境造成污染；而不是继续放任污染的产生而坐视不管。
同时考虑到文化习俗的尊重与保护自然环境的需要，我们建议：要改善燃放烟花爆竹带来的环境污染问题，必须实施科学燃放烟花爆竹的方法。一是可以划定一定的安全公共场所，控制燃放烟花爆竹的数量。在统一的时间，大家共同燃放烟花爆竹。这样既可以随时检查众燃放的烟花爆竹是否来源合法，利于公共安全，有效控制污染量；同时，又可保留喜庆的传统风俗，实现与民同乐，普天同庆，欢度佳节的良好众娱乐生活。二是控制烟花质量，杜绝假冒、劣质烟花爆竹给人们带来的人身伤害和对环境的过度恶化；同时，也可以防止由于燃放烟花爆竹而引起的火灾。三是使用新技术开发制造低污染烟花，用其他清洁原料替代硫制造烟花爆竹，生产“绿烟花”，从而尽量减少污染物的产生，使污染源得到最大的控制。
希望有一天能共同呼吸春节清新的空气，过一个“绿”的春节。
参考文献
［1］ 闻一天.杭州环境监测快报，2005-2-24
［2］ 王利.天气在线——中国天气回顾http：//www.t7online/cncnruef.htm
［3］ 叶涵.钱江晚报，2006-2-11
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