化學(xué)實驗教學(xué)中嘗試“綠色化”觀念

王錫棟+金蓮萍

【摘 要】綠色化學(xué)，是從源頭清除污染的一項措施。在綠色化學(xué)的思想指導(dǎo)下，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想、新方法和新技術(shù)，對常規(guī)實驗進(jìn)行改革，用盡可能少的試劑來進(jìn)行實驗，用最佳的實驗方法極大地減少或消除實驗室的“三廢”，用不同的實驗形式使綠色化概念深入人心。

【關(guān)鍵詞】綠色化學(xué);化學(xué)實驗教學(xué);實驗改革

綠色化學(xué)已成為當(dāng)前化學(xué)研究的熱點和前沿，而且是21世紀(jì)化學(xué)發(fā)展的重要方向之一。作為21世紀(jì)的一名化學(xué)教師應(yīng)該認(rèn)識到綠色化學(xué)教育是21世紀(jì)化學(xué)學(xué)習(xí)與教學(xué)的新挑戰(zhàn)。

中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實驗是化學(xué)教學(xué)中必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，化學(xué)實驗室所排放的“三廢”對環(huán)境所造成的污染不容被忽視。雖然實驗室每次實驗的排放量不多，但是全國數(shù)以萬計的實驗室，每天有成批的學(xué)生在做各種各樣的實驗，這種“聚沙成塔”的累計效應(yīng)就比較大，而且化學(xué)實驗室排放的污物成分復(fù)雜，難以處理。因此我們必須認(rèn)識到減少化學(xué)實驗室污染的緊迫性以及改革中學(xué)化學(xué)實驗的重要性，必須把綠色化思想滲透到中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中。

1藥品利用綠色化

1.1盡量少用

盡量少用就是在確保實驗效果的前提下，實驗中試劑的濃度和用量降至最低限度。對于同一個實驗，很明顯用量越少，那么產(chǎn)生的污染也必然越少?！拔⑿突瘜W(xué)實驗”和“微量化學(xué)實驗”是減少實驗藥品用量的最佳措施。

微型化學(xué)實驗，即在微型化的儀器中（如點滴板、井穴板、注射器、多用滴管、分叉管、三通玻璃管…）進(jìn)行化學(xué)實驗，對實驗必須進(jìn)行重新設(shè)計與探索。教學(xué)演示時可通過幻燈機或?qū)嵨锿队皟x加以放大，確保實驗效果。

微量化學(xué)實驗，即采用常規(guī)的小量實驗儀器和設(shè)備進(jìn)行實驗。常規(guī)實驗的小量化是在不改變實驗的方法、不改變操作技術(shù)的前提下，采用常規(guī)的小容量儀器，藥品用量減量。如蘇教版化學(xué)1P24活動與探究物質(zhì)的量濃度溶液配制將100mL體積改為50mL;P91觀察與思考濃硫酸的脫水性實驗蔗糖的用量減少一半;學(xué)生實驗均采用小試管進(jìn)行有關(guān)的性質(zhì)實驗，但不影響實驗效果。

1.2循環(huán)使用

首先，循環(huán)使用，就是對實驗后的藥品進(jìn)行循環(huán)使用，因此減少了污染，節(jié)省了藥品。如用“碘錘”做碘的升華實驗，用封有氯化銨固體的玻璃管做氯化銨的分解實驗，用封有二氧化氮的兩個連通的玻璃球進(jìn)行溫度對化學(xué)平衡影響的實驗……。

其次，循環(huán)使用，是將未反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行重新利用，從而提高了藥品的利用率。如銅和濃硫酸反應(yīng)的學(xué)生實驗，采用銅片會產(chǎn)生以下幾種不良現(xiàn)象：①加入銅片的量學(xué)生往往控制不當(dāng);②不能及時地終止反應(yīng)，使產(chǎn)生的SO2量增大，環(huán)境污染加重;③易產(chǎn)生黑色的固體;④多佘的銅片往往得不到很好的回收。若將銅片改為銅絲，通過抽提銅絲，使銅絲及時脫離反應(yīng)體系，減少污染，減少銅的消耗，避免黑色固體的產(chǎn)生，實驗現(xiàn)象明顯，且未反應(yīng)的銅絲可反復(fù)使用，大大減少了銅的用量及實驗的準(zhǔn)備工作。

1.3回收再用

回收再用就是對實驗后的“三廢”進(jìn)行回收處理繼續(xù)使用。如將實驗室制氨氣后的氯化鈣固體進(jìn)行回收，作為干燥劑使用;將碘的四氯化碳溶液進(jìn)行回收提取碘;將《硫酸銅結(jié)晶水含量測定實驗》的無水硫酸銅進(jìn)行回收，重新制成硫酸銅晶體;將鎂、鋁性質(zhì)實驗后的鎂帶、鋁片沖洗干凈，繼續(xù)使用……。

1.4廢物利用

廢物利用就是把我們身邊的生活廢棄物（如廢銅爛鐵、舊電線、廢干電池、廢銀液、廢鋁箔、牙膏殼、牛奶瓶鋁蓋、礦泉水瓶、塑料藥片板、眼藥水瓶等）拾起來、積起來、利用起來，減少環(huán)境污染。通過開展化學(xué)課外實驗、家庭小實驗、研究性學(xué)習(xí)等活動，使全體學(xué)生行動起來，將周圍的廢物利用起來，達(dá)到變廢為寶，凈化環(huán)境、綠化家園之目的。

2污物處理綠色化

2.1有毒廢氣不放

在實驗室中，一項重要的污染就是有毒氣體的排放。所以對尾氣加以處理是減少大氣污染、加強環(huán)保的重要環(huán)節(jié)。對尾氣的處理常用以下幾種方法：

2.1.1變：就是把有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒氣體。如尾氣CO，我們就可以用點燃的方法，把CO轉(zhuǎn)化為CO2而減少污染;

2.1.2吸：就是對尾氣進(jìn)行吸收。譬如產(chǎn)生的氣體是SO2、Cl2、H2S，那么就可以用氫氧化鈉溶液加以吸收（可以直接通入NaOH溶液或者用浸有NaOH溶液的棉花球），使之轉(zhuǎn)化為無毒的物質(zhì)。

2.1.3封：使反應(yīng)在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，將有毒氣體收集起來進(jìn)行后處理。①利用注射器。如在注射器內(nèi)進(jìn)行銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)，將NO、NO2收集在注射器內(nèi)，然后將其注入NaOH溶液中。②利用氣囊和氣球。如Cl2與Cu、Fe、P、H2反應(yīng)、氯水的漂白性實驗均可用橡皮塞將其密封起來，外接一個內(nèi)有NaOH溶液的氣球或氣囊。

2.2有毒廢液不排

在實驗中，另一項重要的污染物就是有毒液體的排放。對有毒液體進(jìn)行處理，可大大減小對水域、土壤所造成的污染。我們要求學(xué)生統(tǒng)一將有毒廢液倒在指定的容器內(nèi)，進(jìn)行集中處理。如對重金屬的鹽溶液用石灰乳或者硫化物進(jìn)行處理;對氰化物溶液用FeSO4溶液處理;……

3實驗設(shè)計綠色化

3.1方法多樣

方法多樣是指要完成一個化學(xué)實驗可選用多種的實驗方法，采用多種的化學(xué)藥品，充分考慮藥品使用和反應(yīng)產(chǎn)物的綠色化。如實驗習(xí)題“濃、稀硫酸的鑒別”，經(jīng)學(xué)生討論得出了二十多種鑒別方法。

實驗方法 實驗方法

1.觀察色、態(tài)，無色粘稠狀的液體為濃硫酸。 12.在蘿卜上挖一個洞，分別加入濃、稀硫酸，蘿卜萎縮，液體從洞中溢出久置后變黑的是濃硫酸。

2.在相同條件下進(jìn)行加熱，首先沸騰的是稀硫酸。

3.滴加到氯化鈉固體中，產(chǎn)生白霧的是濃硫酸。 13.在白紙上寫字變黑的是硫酸。

4.用手掂相同試劑瓶中相同體積濃、稀硫酸的質(zhì)量，質(zhì)量大的為濃硫酸。 14.分別滴加到棉花、蔗糖、木屑、……上，變黑的是濃硫酸。

5.用天平稱量相同體積的濃、稀硫酸的質(zhì)量，質(zhì)量大的為濃硫酸。 15.分別滴加到藍(lán)色石蕊試紙上，先變紅后變黑的是濃硫酸。

6.在盛有少量水的試管中，分別加入濃、稀硫酸，燙手的一支是濃硫酸。 16.加入銅片加熱，溶液變藍(lán)，產(chǎn)生刺激性氣味氣體的是濃硫酸。

…… ……

從綠色化角度考慮，應(yīng)選用無污染、藥品常用易得、實驗裝置簡單、操作容易、實驗需時短、實驗現(xiàn)象明顯、可靠的鑒別方法，因此我們選用了6、7、13、14、15等實驗方法。

3.2儀器多樣

儀器多樣是指我們在設(shè)計實驗中，既可以用常規(guī)實驗儀器，也可用微型實驗儀器，亦可采用代用品或自制儀器，充分考慮實驗過程的綠色化。如銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)既可以在試管中進(jìn)行，在試管口上方套一氣球，也可以在在注射器中進(jìn)行;鹵素間的置換反應(yīng)，既可以在試管中分別進(jìn)行，也可以在井穴板中（可以是購置的也可以是代用品）進(jìn)行，亦可在分叉管內(nèi)或者三通管中進(jìn)行組合實驗。

3.3實施多樣

實施多樣是指在組織實驗時，實施的形式可以多樣化。要根據(jù)具體的實驗內(nèi)容、實驗所需的時間、學(xué)生的實際操作水平、學(xué)校的實驗條件，因地制宜，充分考慮實驗綠色化的綜合效果。

3.3.1教師演示實驗

對于一些實驗裝置比較復(fù)雜，操作難度較大的、有一定的危險性且對環(huán)境帶來較大污染的、綜合性較強的實驗，可以由教師進(jìn)行課堂演示。如氫、氯爆炸實驗;銅、鐵、磷、氫氣在氯氣中的燃燒實驗;二氧化硫、硫酸、硝酸等的性質(zhì)實驗;鋁熱反應(yīng)實驗;…。進(jìn)行這些實驗時，教師一定要向?qū)W生說明實驗時應(yīng)注意的實驗事項，要充分體現(xiàn)綠色環(huán)保意識、藥品經(jīng)濟意識、安全意識和目標(biāo)意識。這些實驗由教師進(jìn)行演示比由學(xué)生自己完成更安全、更成功、更有效、更節(jié)省時間，可減輕污染程度。實驗過程的安全措施和尾氣處理措施對學(xué)生起著潛移默化的教育作用。

3.3.2學(xué)生分組實驗

學(xué)生分組實驗一般是在新課學(xué)習(xí)后進(jìn)行的一種鞏固性實驗，實驗的目的是對所學(xué)的知識進(jìn)行鞏固并加深理解。根據(jù)大綱的要求，開設(shè)學(xué)生分組實驗，要求學(xué)生做到以下幾點：

實驗前，要求學(xué)生對所學(xué)的知識進(jìn)行復(fù)習(xí)，開動腦筋，充分考慮藥品的用量、有害物質(zhì)的使用和排放等問題，充分考慮綠色化。

實驗中，要求學(xué)生必須在操作過程體現(xiàn)綠色化。①試劑的取用要求做到適量，以免多余試劑的處理帶來操作上的麻煩和引起試劑的浪費。如試紙分成小塊使用，藥品逐滴滴加，……等。②儀器的選擇要簡單、輕便，價格低廉，甚至利用廢品。③有毒氣體必須要有吸收裝置，有毒物質(zhì)必須經(jīng)過處理使之轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)。④實驗后的廢物必須倒在指定的容器內(nèi)，統(tǒng)一進(jìn)行處理和回收，不能任意將其沖入水槽中流入地下管道，引起污染。

實驗后，在實驗報告中必須進(jìn)一步研討綠色化。實驗報告的內(nèi)容，除要求學(xué)生報告常規(guī)的內(nèi)容外，還要求對實驗中的某些問題做進(jìn)一步的專題研討，并在此基礎(chǔ)上提出改進(jìn)的設(shè)想和措施。如：濃、稀硫酸的鑒別、苯的溴代反應(yīng)、碘的提取、……等實驗，學(xué)生提出了多個綠色化的實施方案。

3.3.3多媒體虛擬實驗

一些實驗操作復(fù)雜、實驗需時較長、危險性大、毒性大、污染嚴(yán)重，如鐵與水蒸氣的反應(yīng)、石油的分餾、石油的裂化、煤的干餾、苯的溴代和硝化反應(yīng)、……等，不宜在課堂進(jìn)行演示，但這些實驗對學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、掌握新知識卻起著舉足輕重的作用，對這些實驗我們便可以考慮采用多媒體技術(shù)加以解決。

總之，在綠色化學(xué)的思想指導(dǎo)下，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想、新方法和新技術(shù)，對常規(guī)實驗進(jìn)行改革，在實驗教學(xué)中重視實驗綠色化，在實際操作中體現(xiàn)實驗綠色化，讓學(xué)生在做（實驗）中感受（實驗綠色化的重要性），在感受（實驗綠色化的重要性）中做（實驗），在做中意識到節(jié)省藥品、節(jié)省時間、安全操作、環(huán)境保護(hù)的重要性，從而增強環(huán)保意識，樹立綠色觀。使綠色化觀念深入到每一位學(xué)生的心目中，達(dá)到學(xué)生能在思想上予以高度的重視，在行動上能得到較好的體現(xiàn)，最終讓人人都認(rèn)識到綠色化學(xué)教育的重要性和迫切性。