綠色化學(xué)思想在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透

桂惠霞

摘 要 在日常生活中經(jīng)常聽到霧霾天氣、白色污染等詞語(yǔ)，這些污染的存在主要是由于化工業(yè)的迅速發(fā)展。化學(xué)教師有責(zé)任和義務(wù)為學(xué)生講解綠色化學(xué)的知識(shí)，讓他們?cè)谝恍?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中體會(huì)綠色化學(xué)思想的內(nèi)涵，用綠色化學(xué)思想去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用知識(shí)、回饋生活。

關(guān)鍵詞 綠色化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）07-0142-03

1 綠色化學(xué)思想的基本內(nèi)容

1990年，美聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動(dòng)”的法令，將污染的防止確立為國(guó)策。該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”一詞，以突出化學(xué)對(duì)環(huán)境的友好。綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)，核心內(nèi)容是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染。綠色化學(xué)的研究主要是圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化展開的。在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物中原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物即原子利用率為100%（原子經(jīng)濟(jì)性）。原子的利用率越高，意味著生產(chǎn)過程中廢物的排放量越少，對(duì)環(huán)境的影響也越小。綠色化學(xué)不是被動(dòng)地治理環(huán)境污染，是一門從源頭阻止污染的化學(xué)，所以它又不同于環(huán)境保護(hù)。

目前，在人類的生產(chǎn)、生活中都貫穿著綠色化學(xué)的思想，如使用節(jié)能燈、太陽(yáng)能熱水器、綠色冰箱，少使用一次性筷子、塑料袋、難降解餐盒等，處處體現(xiàn)了節(jié)能、減排、高效的思想。

2 綠色化學(xué)思想在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透

一些生產(chǎn)、生活中新產(chǎn)品的制備離不開化學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是最基礎(chǔ)的，不論是生產(chǎn)、生活中用到的新產(chǎn)品，還是課堂教學(xué)中的新產(chǎn)物，其制備的實(shí)驗(yàn)思想都是相通的。生產(chǎn)、生活中貫穿綠色化學(xué)思想，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)時(shí)原料的選取、催化劑的選擇、步驟的繁簡(jiǎn)、產(chǎn)物的性質(zhì)，均可以體現(xiàn)出綠色化學(xué)思想在其中的滲透。

綠色化學(xué)思想中“節(jié)能”的滲透

1）設(shè)計(jì)反應(yīng)原理。在觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)現(xiàn)象要明顯，這就對(duì)試劑的用量有一定的要求。有的實(shí)驗(yàn)是用量越多，現(xiàn)象越明顯，有的則不一定，所以在現(xiàn)象與用量之間，要找到合理的平衡點(diǎn)，用最少的試劑達(dá)到需要的效果。如《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中硫代硫酸鈉溶液與硫酸溶液的實(shí)驗(yàn)，如果用濃度太小，耗時(shí)太久，不符合課堂效率。既然試劑不能少，那可以改變一下合成路線，不過實(shí)驗(yàn)的探索免不了失敗，需要無數(shù)次被打敗的勇氣。

下面以合成CuSO4為例來說明。

路線一：Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2↑+H2O

路線二：2Cu+O22CuO

CuO+H2SO4===CuSO4+H2O

路線三：Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+H2O

從原料的利用率來看，路線一中濃H2SO4只有1 mol利用，剩余的1 mol轉(zhuǎn)化為污染物SO2，選取對(duì)皮膚有腐蝕性的原料濃硫酸，既不能實(shí)現(xiàn)原料的充分利用，而且對(duì)環(huán)境造成污染；路線二和路線三都能實(shí)現(xiàn)原料的充分利用，而且沒有污染物產(chǎn)生。所以實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不僅僅局限于裝置的設(shè)計(jì)，合理的原料路線也是很重要的，好的開始是成功的一半。

2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程。有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原料用量很難調(diào)整，不過可以從設(shè)計(jì)流程入手，使原料參與循環(huán)利用，避免浪費(fèi)。圖1是含苯酚的工業(yè)廢水的處理，可循環(huán)的物質(zhì)有苯酚、CaO、NaOH、CO2等四種物質(zhì)，達(dá)到原料最大化利用。

綠色化學(xué)思想中“減排”的滲透 偉大的科學(xué)家居里夫人與丈夫皮埃爾·居里一起先后發(fā)現(xiàn)了放射性元素釙和鐳，在她的指導(dǎo)下，第一次將放射性同位素用于治療癌癥。作為成功女性的先驅(qū)，她激勵(lì)了很多人，但因接觸放射性元素，死于白血病。實(shí)驗(yàn)的過程中無法避免接觸一些有毒的物質(zhì)，這或多或少對(duì)教師和學(xué)生的身體造成傷害，部分產(chǎn)物也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

書本的實(shí)驗(yàn)是許多專家經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證的，所以在原理上是值得信賴和學(xué)習(xí)的。但是由于設(shè)備的限制，在課堂內(nèi)做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)并沒有很好的尾氣處理裝置，導(dǎo)致有毒、有刺激性氣味的氣體逸出，影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)興趣。如何在尊重事實(shí)的基礎(chǔ)上既不降低他們的興趣，又能開發(fā)他們的思維？不如讓他們的智慧一起參與到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中來。

1）設(shè)計(jì)防污染裝置。下面以氯氣的相關(guān)實(shí)驗(yàn)為例。

①氯氣與鈉的實(shí)驗(yàn)：取黃豆粒大的一塊鈉，擦去表面的煤油，放在鋪有石棉和細(xì)沙的燃燒匙里加熱，等剛開始燃燒時(shí)立即連匙帶鈉伸進(jìn)盛有氯氣的集氣瓶里，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。

②氯氣與鐵或銅的實(shí)驗(yàn)：用坩堝鉗夾住一束鐵絲或銅

絲，灼熱后立刻放入充滿氯氣的集氣瓶中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；然后把少量水注入集氣瓶中，用玻璃片蓋住瓶口，振蕩，觀察溶液的顏色。

實(shí)驗(yàn)中會(huì)吸入一些氯氣，它通過呼吸道侵入人體，對(duì)上呼吸道黏膜會(huì)造成有害的影響，還會(huì)引起咳嗽、惡心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉?，F(xiàn)在有許多關(guān)于氯氣的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

①氯氣與鈉的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：將氯氣的制備與鈉的燃燒兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合為一體，依照?qǐng)D2，擠壓膠頭滴管，利用生成氯氣放出的熱量將鈉融化。

②氯氣與銅的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：如圖3所示，先在上下帶塞的干燥管中充滿氯氣，然后取一個(gè)雙孔塞，一孔插上吸有NaOH溶液的膠頭滴管，一孔插螺旋銅絲，待銅絲在酒精燈上灼熱后插入干燥管，實(shí)驗(yàn)結(jié)束再滴如NaOH溶液，防止氯氣的污染。

目前一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中利用注射器的便捷，許多改進(jìn)裝置中有用到，如銅和稀硝酸的反應(yīng)將銅絲置于注射器中，然后用注射器吸入硝酸進(jìn)行反應(yīng)，不過從安全性角度考慮，用量要少。

2）替代有污染物質(zhì)。塑料等有些物質(zhì)雖對(duì)環(huán)境有污染，但由于自身不可替代的優(yōu)點(diǎn)，一直被人們使用。隨著日益嚴(yán)重的白色污染，科學(xué)家不斷研究塑料的替代品。其中聚乳酸可以被加工成力學(xué)性能優(yōu)異的纖維和薄膜，在生物體內(nèi)可被水解成乳酸和乙酸，并經(jīng)酶代謝為CO2和H2O，是可降解的物質(zhì)。淀粉塑料可用于制造各種容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋，塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳?xì)怏w，不對(duì)土壤或空氣產(chǎn)生毒害，并且它在各種環(huán)境中都具備完全的生物降解能力。這些新物質(zhì)雖不是課內(nèi)實(shí)驗(yàn)得來，但對(duì)科學(xué)素養(yǎng)的形成有一定的指導(dǎo)意義。endprint

3）使用無毒溶劑、催化劑。水是應(yīng)用最廣泛的無機(jī)溶劑，在無機(jī)實(shí)驗(yàn)中是必不可少的物質(zhì)，但是在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中，酒精、汽油、氯仿及丙酮等是常用的有機(jī)溶劑。尤其是酒精，它既可以與水互溶，又可以與有機(jī)物互溶，而且易揮發(fā)、無毒，是作溶劑的很好選擇。例如：生活中用到的碘酒，草葉中黃酮類物質(zhì)的提取，許多制備實(shí)驗(yàn)中無機(jī)晶體如摩爾鹽的洗滌。

蘇教版《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中對(duì)于過氧化氫分解反應(yīng)催化劑的選擇上，分別選用CuO、Fe2O3、新鮮動(dòng)物肝臟作為催化劑，研究催化效果。新鮮動(dòng)物肝臟含過氧化氫酶，催化效率高，是一種典型的綠色催化劑，但由于自身的特性，如具有高度的專一性，高溫下催化劑活性降低等特點(diǎn)，使其只能針對(duì)某類物質(zhì)在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行催化。除此之外，綠色催化劑還有電極催化劑、光催化劑、膜催化劑等，許多還在研究階段，采用綠色催化劑是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)零污染的一個(gè)必然趨勢(shì)。

綠色化學(xué)思想中“高效”的滲透 綠色化學(xué)思想中的高效是指在相同的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)或更短時(shí)間內(nèi)，學(xué)生能最大程度了解實(shí)驗(yàn)原理，明白實(shí)驗(yàn)步驟，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并留下深刻記憶。為了讓學(xué)生較好地掌握實(shí)驗(yàn)要領(lǐng)，教師一般采用預(yù)先強(qiáng)調(diào)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、糾錯(cuò)、再?gòu)?qiáng)調(diào)，強(qiáng)調(diào)了多遍之后還是有部分學(xué)生沒記住，可能他們第一次就沒認(rèn)真看演示實(shí)驗(yàn)或真正動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致教師再?gòu)?qiáng)調(diào)也無濟(jì)于事。所以課堂內(nèi)吸引學(xué)生的注意力對(duì)實(shí)驗(yàn)的高效有重要的作用。

下面以一位教師配制溶液的課堂片斷為例。該教師取出少量高錳酸鉀固體溶于水，學(xué)生看紫色溶液出來都在期待他的下一步操作；他將高錳酸鉀溶液直接倒入容量瓶，順手拿了張抽紙將容量瓶外壁擦了擦。學(xué)生在下面議論：“漏出來了，應(yīng)該用玻璃棒引流?！苯又帜昧藦埑榧垖瓋?nèi)壁擦了擦，紙又變紫色了，學(xué)生又在下面議論：“浪費(fèi)了，要把燒杯中的溶液轉(zhuǎn)移到容量瓶中?！边@位教師能把傳統(tǒng)的無色溶液的配制改為有色，增強(qiáng)了視覺沖擊，從而引導(dǎo)學(xué)生去探究引流和洗滌的要領(lǐng)。這種顏色的改變對(duì)于課本實(shí)驗(yàn)而言也是一種提高課堂效率的設(shè)計(jì)。建議教師平時(shí)在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)如滴定管和移液管的使用時(shí)，也可以用這個(gè)方法，讓學(xué)生能更清楚地觀察實(shí)驗(yàn)，而不僅僅是坐在前幾排的學(xué)生，這樣可以加深學(xué)生的印象。

3 綠色化學(xué)思想在科學(xué)中的前景

與生活息息相關(guān)的一些用品，如綠色農(nóng)藥（超高低毒農(nóng)藥、氨基酸類農(nóng)藥）、生物柴油的生產(chǎn)，超臨界二氧化碳替代有毒、有害溶劑的發(fā)展，一些“綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的設(shè)立，都顯示了綠色化學(xué)思想在現(xiàn)在和將來是制備新物質(zhì)的靈魂思想。世界自然基金會(huì)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署聯(lián)合發(fā)表的《2000年地球生態(tài)報(bào)告》顯示，若按現(xiàn)在速度消耗地球資源，會(huì)在2075年耗盡。從廢泡沫塑料中回收苯乙烯等原料進(jìn)行循環(huán)利用，是一條實(shí)現(xiàn)化工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。海、陸、空的污染讓人們不得不重視制備無毒、無污染的新物質(zhì)是地球和人類迫切需要的，這就預(yù)示了綠色化學(xué)思想在科學(xué)中的不可替代性。

4 結(jié)束語(yǔ)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的根基，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察現(xiàn)象、分析問題、解決問題的能力，原有實(shí)驗(yàn)的不足促使學(xué)生有改良的期望，更有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的開發(fā)、學(xué)科素養(yǎng)和探究精神的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，讓興趣作為他們思維前行的動(dòng)力，為學(xué)科、為生活增添一抹綠色?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]萬輝霞.巧做鈉與氯氣反應(yīng)試驗(yàn)[J].中學(xué)化學(xué)，2014（1）.

[2]周春美.巧借干燥管對(duì)氯氣性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)的微型化改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)，2014（2）.

[3]陳海萍，李敏.巧妙運(yùn)用課堂教學(xué)資源 提高課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性[J].化學(xué)教與學(xué)，2014（2）.endprint