淺析中學綠色化學實驗

摘要：綠色化學實驗是教學改革發(fā)展的必然趨勢。為保護人類生存環(huán)境，為培養(yǎng)具有環(huán)保理念的技能人才，化學教師應積極去探索綠色化學實驗教學，充分發(fā)揮它的作用。
關鍵詞：綠色化學實驗；含義；內(nèi)容；方案
        隨著我們賴以生存的地球環(huán)境的日益惡化，環(huán)境污染、生態(tài)安全問題越來越為人們所重視。而環(huán)境污染最主要的表現(xiàn)為化學物質(zhì)的污染。化學作為一門以實驗為主的基礎學科，是廣大學生獲取知識、提高技能的有力手段。然而，學生通過實驗手段在獲取知識的同時，不僅在向環(huán)境釋放著“三廢”，而且自身也處在污染之中。《化學課程標準(實驗)》中規(guī)定必修課程的設計要“體現(xiàn)綠色化學思想”。要讓學生了解“在化工生產(chǎn)中遵循‘綠色化學’思想的重要性”；還在選修模塊《實驗化學》中規(guī)定要讓學生“樹立綠色化學思想，養(yǎng)成環(huán)境保護的意識”。顯然，新制定的課程標準非常重視學生綠色化學思想的形成和應用。
        一、化學實驗綠色化的含義
        1.綠色化學是一種理念�；瘜W實驗教學不僅可以增強學生對實驗現(xiàn)象的直觀感受，培養(yǎng)學生的動手觀察能力，而且進一步使學生從感性認識上升到理性認識，增強他們分析問題和解決問題的能力。但實驗必定會涉及到有害、有毒的物質(zhì)，從某種意義上講，學校中環(huán)境污染主要來源于化學實驗。培養(yǎng)學生的環(huán)保意識是實現(xiàn)化學實驗室綠色化管理的最基本保障，化學實驗產(chǎn)生的廢棄物，如果不經(jīng)處理直接排放，不但會造成環(huán)境的污染，還會淡化學生的環(huán)保意識，養(yǎng)成不良習慣�；瘜W實驗教學課堂是向?qū)W生傳授環(huán)保知識的好場所，在實驗課上不僅要使學生掌握各種實驗技能和處理問題的能力，更要強化學生的環(huán)保意識，強化學生對社會高度負責的主人翁精神。環(huán)境保護人人有責，一定要從我做起，從實驗室做起，從一點一滴做起，使學生進入化學實驗室后就受到綠色化學的教育。在化學實驗教學中培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的實驗習慣，用綠色化學的理念來設計自己的實驗，使自己的動手操作能力和分析創(chuàng)新能力得到提高。
        2.按照美國《綠色化學》(Green Chemistry)雜志的定義，綠色化學是指在制造和應用化學產(chǎn)品時應有效利用(最好可再生)原料，消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑和溶劑。今天的綠色化學是指能夠保護環(huán)境的化學技術。它可通過使用自然能源，避免給環(huán)境造成負擔、避免排放有害物質(zhì)。利用化學原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。環(huán)境保護就是通過采取行政的、法律的、經(jīng)濟的、科學技術等多方面的措施，保護人類生存的環(huán)境不受污染和破壞。綠色化學是“防污染”，環(huán)境保護是“治污染”，只有實驗過程實現(xiàn)綠色化，從根本上切斷污染源，才能真正做到保護環(huán)境。
        二、開發(fā)綠色化的教學內(nèi)容
        要實現(xiàn)“綠色化學”實驗，首先必須從源頭上制止化學污染物的生成。這就要求我們在選擇實驗內(nèi)容時，不要忽視實驗過程對環(huán)境的污染，應調(diào)整實驗教學內(nèi)容，實驗題目的選取既滿足培養(yǎng)學生實驗技能的要求，又考慮到可能造成的環(huán)境污染問題，選擇環(huán)保型的實驗項目。
        綠色化學實驗的設計要求：如果一個化學實驗對環(huán)境無物質(zhì)種類改變的影響或物質(zhì)種類改變量極小，就可說該化學實驗達到了綠色化學實驗的要求，具體有如下幾類：(1)化學實驗反應中原子的利用率達100%。(2)化學實驗體系放給環(huán)境的物質(zhì)種類是環(huán)境體系正常組分中所固有的。如放出的氣體是空氣中固有的正常組分如02、N2、H20、C02等。(3)實驗體系不向環(huán)境放出物質(zhì)。(4)污染廢棄物集中處理后轉(zhuǎn)化為非污染物。(5)在實驗現(xiàn)象明顯的前提下，對不可避免會形成污染的實驗盡可能使其微型化。根據(jù)不同情況達到上述任一條或幾條要求的化學實驗可以認為是達到了綠色化學實驗的設計要求。
        三、綠色化學實驗方案
        1.優(yōu)化污染實驗
        很多實驗在操作過程中會造成大氣及水的污染，教師應對污染嚴重的實驗進行優(yōu)化，使其成為綠色化學實驗。例如，鈉在空氣中燃燒的實驗。按常規(guī)方法，會損壞很多玻璃管、蒸發(fā)皿和石棉網(wǎng)，浪費很嚴重。更重要的是生成的過氧化鈉呈煙狀揮發(fā)到大氣中，既污染環(huán)境，又不容易觀察生成物的顏色。優(yōu)化以后的做法：用一塊白鐵皮(或鋁片)，折起四邊成小盒狀，將一綠豆大小的鈉，吸干煤油后放在其中，將其置于三角架上，用酒精燈加熱，鈉很快便可熔化、燃燒。實驗現(xiàn)象：看到鈉逐漸燃燒，呈黃色火焰，生成菜花狀的淡黃色固體。改進后的優(yōu)點：生成的過氧化鈉基本上都留在白鐵皮(或鋁片)上，既有利環(huán)保，又容易觀察到產(chǎn)物的顏色；冷卻后取出燃燒產(chǎn)物，將白鐵皮(或鋁片)清洗干凈擦干以備后用。
        又如硫酸的脫水性實驗，取白砂糖10g，研細后放入小燒杯中，加入1~2 mL水調(diào)勻，加入10~15mL濃流酸，小心攪拌，觀察現(xiàn)象。此實驗由于白砂糖和濃硫酸用量多，其碳化過程中會產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫酸性氣體副產(chǎn)物，造成嚴重的室內(nèi)污染。為了解決這個問題，進行了實驗的優(yōu)化，采取的方法：取2g白砂糖放入大試管中，加入約3mL濃硫酸，攪拌后迅速蓋上帶導管的橡皮塞，將玻璃導管的另一端插入盛有品紅溶液的試管中。用大試管代替小燒杯，白砂糖的用量由10g減少至2g，濃硫酸由原來的10~15mL減少為3mL。
反應物用量減少，反應產(chǎn)物用品紅溶液吸收，大幅度減少了有害氣體的排放量，生成的碳塊兒沿著試管壁向上延伸，既增強了實驗的演示效果，又保證了實驗者的身體健康。
        2.倡導利用多媒體技術
        在遇到危險性較大或者伴隨有毒、有害物質(zhì)生成較多的演示實驗時，可以借助三維立體畫面、多媒體技術模擬實驗的真實情景，還能夠節(jié)約藥品、水電等，并減少對環(huán)境的破壞。根據(jù)不同的教學情況和需要，可以利用現(xiàn)有條件下的網(wǎng)絡信息資源素材庫和教學軟件，也可以學校自己設計制作多媒體課件。例如：在Cu與濃HN03反應的演示實驗中，反應過程中生成的大量N02有毒氣體，對實驗者危害較大，為了解決這個問題，可以將該實驗改為投影實驗，全體學生都能夠通過大屏幕，清楚地觀察到Cu與濃HN03反應的全部實驗現(xiàn)象。        3.推廣微型化學實驗
        所謂微型化學實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術。雖然它的化學試劑用量一般只為常規(guī)實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。微型化學實驗儀器使用高分子材料制成，具有小巧便攜、不易破碎、抗腐蝕等優(yōu)點，完全可以做到人手一份，人人可以動手操作。為發(fā)展綠色化學實驗提供了方便與可能。
        例如，硫在氧氣中燃燒的反應，若按常規(guī)實驗每次需硫粉0.3~0.5 g，反應后生成二氧化硫0.6~1 g，而微型化學實驗每次僅需硫粉0.02 g，反應后生成二氧化硫0.04g，排污量大大降低，而效果也一樣明顯。
        又如，鈉與水的反應，向裝有水的小燒杯中滴加幾滴酚酞，然后投入小塊鈉(綠豆大小)觀察實驗現(xiàn)象。將這一實驗改進為微型實驗。操作步驟：切割1／2綠豆粒大小的金屬鈉置于石英尖嘴導管的管口，用小團棉花堵住管口(以免金屬鈉滑落下來)，并將其插入盛有水的六孔井穴板中(已滴入無色酚酞溶液)。金屬鈉與水迅速反應，產(chǎn)生的氣體推動金屬鈉球沿著尖嘴導管上升，鈉球繼而由于重力作用下降，其又與水接觸發(fā)生劇烈反應，鈉球上下跳動，并發(fā)出“嘶嘶”的聲音，燒杯中的水已經(jīng)變成紅色，說明有堿生成。待反應一段時間后，尖嘴導管里的空氣已被排凈，導管內(nèi)的氣體完全是純凈的氫氣，此時將燃著的木條靠近導管的尖嘴處，然后移開，發(fā)現(xiàn)尖嘴處的氣體燃燒并產(chǎn)生淡藍色的火焰，證明產(chǎn)生的氣體是氫氣。此實驗的微型化，原料用量減少、安全可靠，符合綠色化學實驗的宗旨。
        4.改進化學實驗儀器，向無污染的方向發(fā)展
        用密封的成品化儀器代替有毒實驗，避免了有害物質(zhì)的產(chǎn)生。這種儀器和藥品可以循環(huán)使用，不存在污染毒害。如碘的升華實驗，可用碘錘來完成(碘錘的兩頭向內(nèi)凹陷，內(nèi)封有碘晶體)。操作方法：一頭滴冷水，另一頭在酒精燈上加熱因冷水起到冷凝作用，碘升華后凝聚在碘錘上方內(nèi)壁，在碘錘中部可以看到紫紅色的碘蒸汽，反之也可以。
        5.加強排污設備建設，規(guī)范有害物質(zhì)處理
        目前許多學校實驗室的排污設備比較簡陋，處理廢棄物的能力不足。學校應加大資金投入，加強排污設備建設，使實驗產(chǎn)生的污染物排放量減至最小。規(guī)范有害廢棄物的處理：(1)有害氣體的處理。可選用適當?shù)奈�附劑吸附，也可安裝尾氣吸收裝置；(2)廢液的處理。有機廢液可以通過蒸餾、重結(jié)晶等方法回收，有害重金屬離子廢液，可加入合適的試劑或調(diào)節(jié)溶液pH使金屬離子轉(zhuǎn)化為難溶性的沉淀物，過濾，沉淀物妥善保存，確認濾液不含有毒物質(zhì)后方可排放；(3)廢棄固體處理。實驗中用過的金屬，如鐵釘、鋅粒、錫粒等應經(jīng)水洗、烘干處理后繼續(xù)使用。
        錫林郭勒盟第二中學按以上方法探索和實踐綠色化學實驗，已經(jīng)取得了令人滿意的效果。全國有數(shù)以萬計的學�；瘜W實驗室每天都排放著化學成分復雜的污染物，影響著生存環(huán)境。綠色化學實驗是教學改革發(fā)展的必然趨勢。所以，作為化學教師，為保護人類生存環(huán)境，為培養(yǎng)具有環(huán)保理念的技能人才，應站在這一化學改革的前沿，持續(xù)地去探索綠色化學實驗教學。 
參考文獻：
[1]馬曉紅.淺析中學化學教學中的綠色化學教育[J].硅谷，2008(10).
[2]曹瓊瑤.中學化學教育中的綠色化學[J].科技資訊，2006(17).
Abstract: Green chemistry experiment is an inexorable trend of teaching reform development. In order to protect environment for human survival and cultivate talents of environmental protection concepts, chemistry teachers should actively probe into green chemistry experiment teaching and bring their roles into full play. 
Key words: green chemistry experiment; meaning; contents; plans

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