綠色化學(xué)在化學(xué)實驗教學(xué)中的重要性探析

王興益

（興義民族師范學(xué)院， 貴州 興義 562400）

綠色化學(xué)在化學(xué)實驗教學(xué)中的重要性探析

王興益

（興義民族師范學(xué)院， 貴州 興義 562400）

綠色化學(xué)是當(dāng)今化學(xué)學(xué)科研究的前沿領(lǐng)域，在化學(xué)實驗教學(xué)中融入綠色化學(xué)理念，開設(shè)有關(guān)綠色化學(xué)實驗，加強和滲透綠色化學(xué)教育，從而優(yōu)化學(xué)生自身的知識結(jié)構(gòu)，認(rèn)識到綠色化學(xué)在人類社會發(fā)展中的重要性，以此提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和拓展學(xué)生的專業(yè)視野，讓其意識到綠色化學(xué)是一種對環(huán)境保護(hù)的綠色理念。

綠色化學(xué)；實驗教學(xué)；科學(xué)素養(yǎng)

環(huán)境問題日益突出的今天，化學(xué)品作為污染環(huán)境的一大緣由，化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境的污染受到越來越多的人關(guān)注和重視。在工業(yè)大發(fā)展的時代，生活和工業(yè)垃圾中的化學(xué)物質(zhì)不能夠得到及時處理，嚴(yán)重危害到我們的生存環(huán)境，潛在的威脅著我們的健康。因此，綠色化學(xué)成為了當(dāng)今化學(xué)化工科學(xué)領(lǐng)域研究的重要方向之一。本文以綠色化學(xué)的概念為主線，介紹了綠色化學(xué)在化學(xué)實驗中的應(yīng)用。

一、綠色化學(xué)概述

綠色化學(xué)指從根本上消除化學(xué)始端、過程和終端所帶來污染的“新化學(xué)嬰兒”，是人類在環(huán)境保護(hù)和持續(xù)發(fā)展之間互不矛盾的化學(xué)[1]，又被稱為環(huán)境無害化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry）、環(huán)境友好化學(xué)（Environmental Friendly Chemistry）、清潔化學(xué)（Clean chemistry），目的在于在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上設(shè)計和生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的新興科技。綠色化學(xué)的特點有：一是充分利用使用的原材料，禁止浪費，在工業(yè)生產(chǎn)中選取無毒、無害的原材料，避免對環(huán)境的污染；二是在清潔、綠色條件下進(jìn)行反應(yīng)，減少廢物的產(chǎn)生，避免對環(huán)境造成過度污染；三是提高原子的利用率，最大程度的使全部作為原料參加反應(yīng)的原子最終都轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品；四是生產(chǎn)出不破壞生態(tài)環(huán)境和對人類可持續(xù)發(fā)展有利的環(huán)境友好型產(chǎn)品。詳盡的描述就是綠色化學(xué)的十二條原則和綠色化學(xué)的五“R”原理[2]：

1.綠色化學(xué)的十二條原則:（1）反應(yīng)結(jié)束后產(chǎn)生的廢物達(dá)到最??；（2）原子經(jīng)濟最大化，即在反應(yīng)完成后所有參與反應(yīng)的原料都能夠最大化轉(zhuǎn)化成成品；（3）在整個反應(yīng)中有毒、有害物質(zhì)使用的量達(dá)到最小化；（4）在生成的產(chǎn)品中盡可能減少無毒性物質(zhì)；（5）在實驗中盡可能少的使用輔助試劑；（6）可再生、回收資源在生產(chǎn)中利用最大化；（7）消耗的能量最小化，節(jié)約能源；（8）盡最大努力避免有毒、副反應(yīng)的產(chǎn)生；（9）采用比較理想的催化劑；（10）生成的產(chǎn)物對環(huán)境沒有任何的污染；（11）在生產(chǎn)有害物質(zhì)的過程中建立健全發(fā)生事故時的緊急應(yīng)對措施，對于潛在的安全隱患進(jìn)行定點清除，避免發(fā)生事故，造成環(huán)境的污染；（12）在整個生產(chǎn)過程中原料和中間體的使用要遵循對環(huán)境損害較小的原則。

2.綠色化學(xué)的五“R”原理：（1）減量(Reduction)：減量包括兩層意思：①減少資源用量，節(jié)約資源；②減少三廢直接向環(huán)境排放，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作。（2）重復(fù)使用(Reuse)：重復(fù)使用原料是節(jié)能減排的需要。（3）回收(Recycling)：通過回收再利用。（4）再生(Regeneration)：再生是通過對廢物的加工進(jìn)行再利用，可以減少廢物對環(huán)境的污染。（5）拒用(Rejection)：在化學(xué)反應(yīng)過程中，不使用高耗能，不環(huán)保的原材料，減少對環(huán)境的污染。

二、綠色化學(xué)教學(xué)的意義

綠色化學(xué)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)中的一種重要的理念，也是重要的教學(xué)方式和教育手段?；瘜W(xué)教育是培養(yǎng)更高化學(xué)素養(yǎng)的人才，將綠色化學(xué)的理念引入課堂，展現(xiàn)的不只是一種先進(jìn)的概念，而是通過廣泛的理念滲透培養(yǎng)學(xué)生自主的綠色化學(xué)意識。只有加強綠色化學(xué)教育，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識，學(xué)生走入社會后才能更大限度的考慮社會發(fā)展的可持續(xù)性。綠色化學(xué)教學(xué)關(guān)系到中國未來的環(huán)境保護(hù)、社會發(fā)展等，因此綠色化學(xué)教育刻不容緩。

1.學(xué)生身心健康和發(fā)展的需要

化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在實驗教學(xué)過程中主要培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ瑫r讓學(xué)生能夠以高度負(fù)責(zé)的心態(tài)，采取正確而有效的處理措施，盡力減少實驗產(chǎn)物對環(huán)境的污染[3]。例如在進(jìn)行化學(xué)實驗時會接觸到具有毒性、腐蝕性、揮發(fā)性的具有高度危險的化學(xué)藥品，對實驗老師和學(xué)生造成一定的傷害。引入實驗進(jìn)行綠色化，設(shè)計時選用無毒性、無腐蝕性、無揮發(fā)性等的化學(xué)試劑，深入理解，避免不熟悉相關(guān)知識和操作，在實驗過程中照方抓藥而浪費實驗藥品，造成實驗室環(huán)境污染，對學(xué)生和老師的健康造成損傷；實驗結(jié)束后產(chǎn)生的廢液、廢氣、廢渣進(jìn)行綠色化處理后排放。實驗的始端、過程和終端的綠色化，會使學(xué)生身心得到健康的發(fā)展。

2.培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的需要

化學(xué)實驗教學(xué)在學(xué)生一生的教育中占有重要的位置，在這個階段培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)素養(yǎng)是最適合的時機。在化學(xué)教學(xué)中引入綠色化學(xué)理念和增強其知識的應(yīng)用，將樹立學(xué)生在環(huán)境保護(hù)方面的意識，更深入了解化學(xué)學(xué)科，不再談化學(xué)色變，讓學(xué)生真正了解化學(xué)，消除學(xué)生對化學(xué)的恐懼心理，讓學(xué)生接受化學(xué)，更加喜歡化學(xué)這一神奇而又充滿魔力的學(xué)科。

3.有利于穩(wěn)定生態(tài)環(huán)境

我們生存所依賴的地球環(huán)境，遭到人類化學(xué)生產(chǎn)的嚴(yán)重破壞，人類若要可持續(xù)發(fā)展，就一定要盡可能避免化學(xué)生產(chǎn)活動對環(huán)境的破壞。在人才培養(yǎng)的重要過程中，實驗教學(xué)設(shè)計上體現(xiàn)綠色化理念，實驗教學(xué)中應(yīng)用綠色化學(xué)理念，促進(jìn)整個化學(xué)實驗教學(xué)的優(yōu)化，增強學(xué)生的環(huán)保意識，減少實驗污染物，控制實驗廢氣、廢液、廢渣的排放，對于整個化學(xué)教學(xué)推廣綠色化學(xué)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定具有重要意義。

4.現(xiàn)代化學(xué)教學(xué)的發(fā)展和趨勢的需要

綠色化學(xué)的產(chǎn)生，順應(yīng)學(xué)科發(fā)展趨勢，可以有效地解決環(huán)境與發(fā)展相矛盾的局面，避免化學(xué)給人類生存帶來的負(fù)面影響。綠色化學(xué)就在我們對于財富無窮盡的追求之時，還能夠讓我們的發(fā)展得以延續(xù)，不足以讓我們的子孫因我們的貪婪而失去生路。綠色化學(xué)將為整個化學(xué)學(xué)科的發(fā)展指引方向，促進(jìn)化學(xué)教學(xué)改革，達(dá)到發(fā)展的可持續(xù)性[4]。例如有害的化學(xué)實驗，可以改為演示實驗與多媒體結(jié)合，實驗中盡可能采用無污染、無毒性、的少量試劑來進(jìn)行實驗，從而減少廢液、廢氣和廢渣的排放，實現(xiàn)現(xiàn)代化化學(xué)教學(xué)的發(fā)展的需要。

三、綠色化學(xué)在實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用（兩個示例）

綠色化學(xué)實驗就是在實驗始端、實驗過程、實驗終端進(jìn)行優(yōu)化，獲得綠色化實驗教學(xué)效果，促進(jìn)綠色化學(xué)教學(xué)的改革，從而達(dá)到化學(xué)實驗從源頭上減輕對環(huán)境的影響，使整個實驗試劑在使用時更加少量、更加經(jīng)濟、更加環(huán)保。以下是兩個實驗改進(jìn)方案示例。

1.分析化學(xué)實驗中用配位連續(xù)滴定法測定混合液中Bi3＋和Pb2＋離子的實驗中[5]，按照傳統(tǒng)的實驗方法，測定的混合試液一般是由硝酸鹽的試劑配制而成，通常學(xué)生完成實驗之后，含Bi3＋和Pb2＋廢液都是直接排入下水道中，既污染環(huán)境又浪費資源。加入綠色化學(xué)教學(xué)理念后，以硫化鈉為沉淀劑處理含Bi3＋和Pb2＋的廢液，則Bi3＋和Pb2＋都以硫化物沉淀的方式產(chǎn)生，然后進(jìn)行過濾，再用稀硝酸加以溶解和調(diào)節(jié)，這樣就可以使溶液在實驗中得到反復(fù)的利用，改變了傳統(tǒng)實驗的“原料-產(chǎn)物-廢棄物”的單向使用，改進(jìn)為“原料-產(chǎn)物（原料）-產(chǎn)物-原料”的“綠色循環(huán)化學(xué)實驗”。

2.在物理化學(xué)實驗“金屬二元相圖的繪制”實驗中，由于金屬鉍和錫具有熔點低、化學(xué)穩(wěn)定性好、重現(xiàn)性好、原料易得、價格低廉等特點，所以鉍-錫二元系統(tǒng)一直是這個實驗的首選藥品。若使用沒有改進(jìn)過的實驗設(shè)備，在加熱純鉍試樣實驗過程中，如果操作者沒有控制好升溫速率，從而導(dǎo)致系統(tǒng)溫度上升過快，那么樣品溫度很容易達(dá)到硅油的燃點而引燃硅油，這不僅會造成大量硅油的損耗，還容易引起教學(xué)事故，而且硅油高溫?fù)]發(fā)及不完全燃燒的產(chǎn)物還會污染空氣。加入綠色教學(xué)理念后，我們將改用金屬樣品管替換瓷坩堝來盛裝樣品，這樣不僅使單個樣品的質(zhì)量從過去的100多克減少至幾克，而且容易將金屬樣品管抽真空后密封，并能循環(huán)使用，這種全封閉的手段有效避免了大量硅油使用所帶來的空氣污染問題。

四、結(jié)語

本文進(jìn)行了初步探究，綠色化學(xué)教育的長足發(fā)展，需要靠化學(xué)的瓶頸性突破和教育工作者不斷的更新自己的知識儲備，在教學(xué)的過程中不斷的積累經(jīng)驗，不斷創(chuàng)新和完善現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容。在化學(xué)實驗教學(xué)中引導(dǎo)綠色化學(xué)理念，不僅豐富了教材內(nèi)容，同時在素質(zhì)教育方面前進(jìn)了一大步，同時綠色化學(xué)指明了化學(xué)學(xué)科未來的發(fā)展方向。因此，在化學(xué)實驗教學(xué)中引入綠色化學(xué)理念具有重要意義。

[1]王紅梅.化學(xué)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)理念的研究[J].華中師范大學(xué)學(xué)報,2007,12(3):45-47.

[2]張鳳秀,葉 霞.綠色化學(xué)在我國化學(xué)實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用 [J].大學(xué)化學(xué),2010,25(3): 29-34.

[3]徐常龍,曹小華,陶春元，等.通過綠色化學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力 [J].化工高等教育,2009, 26(3):42-44.

[4]張宏芳,李建軍,王超展,等.教師預(yù)做在化學(xué)實驗教學(xué)中的重要性—以化學(xué)分析實驗為例[J].大學(xué)化學(xué),2015,30(6):29-31.

[5]姚思童,張 進(jìn).分析化學(xué)實驗教學(xué)改革與實踐[J].大學(xué)化學(xué).2010,25(3):24-26.

[6]鐘國清,蔣琪英.無機及分析化學(xué)實驗教學(xué)的綠色化探索與實踐 [J].實驗室研究與探索, 2010,29(9):151-153.

[7]黃良仙,顧 玲,李俊國，等.實現(xiàn)無機及分析化學(xué)實驗綠色化的探索與實踐 [J].化學(xué)試劑, 2010,32(2):186-188.

[8]曾向潮.有機合成實驗的綠色化學(xué)探索[J].化學(xué)試劑,2011,33(9):862-864.

責(zé)任編輯：龍巍然

Discussion of the Importance of Green Chemistry in the Chemistry Experiment Teaching

WANG Xing-yi
（Xing yi Normal University for Nationalities，Xing yi,Guizhou 562400,China）

Green chemistry is a frontier in modern chemical science,the concept of green chemistry was integrated into chemistry experiment teaching,the green chemistry experiment was opened,strengthened and permeated,It is important to optimize the students'knowledge structure and recognize the importance of green chemistry in the development of human society,and to improve the students'comprehensive quality and expand their horizons,it makes them realize that green chemistry is a kind of green concept for environmental protection.In this paper,they were discussed about the concept of green chemistry,the chemistry experiment teaching, and the significance of green chemistry in chemical experiments application.

Green Chemistry;Experiment Teaching;Scientific literacg

1009—0673（2016）03—0085—03

G633.8

A

2016—04—14

王興益（1985— ），女，貴州興義人，興義民族師范生物與化學(xué)學(xué)院實驗師，主要從事天然產(chǎn)物的提取與分離及生理活性研究。