綠色化學(xué)理念在分析化學(xué)實驗教學(xué)中的體現(xiàn)

王建坤，梁燕萍

(西安電子科技大學(xué)理學(xué)院，陜西西安 710071)

綠色化學(xué)(Green Chemistry)，又稱為環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)，自1995年被美國正式采用后，已被國際學(xué)術(shù)界所公認(rèn)，其是指在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時有效利用原料、消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑與溶劑;在化學(xué)反應(yīng)過程中以“原子經(jīng)濟性”為基本原則，即在制備新物質(zhì)的過程中充分利用每種原料原子，實現(xiàn)“零排放”，既充分利用資源，又不產(chǎn)生污染，建立環(huán)境友好的工藝，使化學(xué)工業(yè)得以可持續(xù)發(fā)展。因此，綠色化學(xué)是從節(jié)約資源和從源頭防止污染的化學(xué)技術(shù)和方法。“綠色化學(xué)”的全新觀念是對環(huán)境的治理從治標(biāo)轉(zhuǎn)向治本，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想和新技術(shù)，對常規(guī)實驗進行改革而形成的化學(xué)實驗的新方法，內(nèi)容應(yīng)該從改進實驗方法、實驗儀器的微型化、實驗內(nèi)容采用多媒體、妥善處理實驗廢棄物等方面進行考慮[1]。而如何使分析化學(xué)實驗與環(huán)境和諧，對環(huán)境無害。具體表現(xiàn)在以下幾個方面:

1 在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識

在分析化學(xué)實驗教學(xué)中，除了介紹基本概念和原理外，通常會利用一定的時間向?qū)W生介紹有關(guān)環(huán)境污染的公共事件，如二惡英問題的發(fā)現(xiàn)及解決，食品安全問題等，使學(xué)生在震撼中認(rèn)識到化學(xué)污染的嚴(yán)重性，從而引出綠色化學(xué)的思想、原理等內(nèi)容，使學(xué)生就明確綠色化學(xué)的概念與內(nèi)涵，初步具有綠色化學(xué)意識。布置綜合作業(yè)，以小論文的形式完成一個關(guān)于綠色分析方法的綜述，并與傳統(tǒng)分析方法相比較，以進一步加深學(xué)生對綠色化學(xué)的認(rèn)識。

2 改革傳統(tǒng)實驗內(nèi)容和方法

在分析化學(xué)實驗教學(xué)過程中，盡量刪除那些毒性大、危險性大，三廢處理困難的實驗內(nèi)容。選擇無毒無害的化學(xué)試劑，最大限度地減少甚至避免分析實驗過程中產(chǎn)生的污染，用綠色化實驗替代非綠色化實驗。例如，以配位連續(xù)滴定法測定混合液中的Bi3+和Pb2+離子，是分析化學(xué)實驗教學(xué)中的一個重要實驗內(nèi)容[2]，按照傳統(tǒng)的試驗方法，供學(xué)生測定的混合試液幾乎都是由分析純的硝酸鹽試劑配制而成，以前在學(xué)生完成分析實驗之后，含有Bi3+和Pb2+廢液也就隨下水管排掉。眾所周知，可溶性鉛鹽對人體危害極大，是6種劇毒金屬元素之一;鉍元素只占地殼重量的2×10-5%，資源不豐富，價格較貴。含Bi3+和Pb2+的廢液如不回收，既污染環(huán)境又浪費資源。在該實驗過程中，以硫化鈉為沉淀劑處理含Bi3+和Pb2+的廢液，則Bi3+和Pb2+均以硫化物沉淀的形式回收，然后用稀硝酸加以溶解，并通過硝酸用量的控制，使再生后試液的酸度恰為滴定所需的pH值，這樣就可供學(xué)生在實驗中反復(fù)使用。從而實驗綠色環(huán)保的理念。

3 盡可能采用微型實驗方法

微型化學(xué)實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的化學(xué)實驗，是20世紀(jì)80年代從美國率先發(fā)展起來的一種化學(xué)實驗方法，其試劑用量比對應(yīng)的常規(guī)實驗節(jié)約90%以上。由于試劑用量少，僅為常規(guī)實驗的1/10或更少，因此產(chǎn)生的“三廢”的量也大幅度地減少，也就基本解決了實驗過程中的污染問題[3-4]。由于產(chǎn)生的“三廢”量急劇減少，改善了實驗環(huán)境條件，減少對環(huán)境的污染。因此開展微型化學(xué)實驗不僅可以節(jié)約經(jīng)費，縮短實驗時間，減少環(huán)境污染，而且降低了水、電能源的消耗，特別是對于毒性大、藥品貴、耗量大、污染重、操作復(fù)雜的化學(xué)實驗，開設(shè)微型化學(xué)實驗尤為必要。另外，開展微型化學(xué)實驗還可以訓(xùn)練學(xué)生細(xì)心操作的技巧和耐心，增強學(xué)生的環(huán)保意識，是化學(xué)實驗綠色化的又一重要手段，值得大力提倡和采用。為此添置了小型酸堿滴定管、錐形瓶和移液管等教學(xué)儀器，用5 mL雙管式微型滴定管代替50 mL常規(guī)滴定管，保證了微型化實驗的正常進行。這樣實驗規(guī)模在量上的大大減小，加深了學(xué)生對滴定分析中“量”的概念的理解。規(guī)范的實驗操作在一定程度上減小對環(huán)境的危害，符合綠色化學(xué)的理念。

4 考核內(nèi)容適當(dāng)涉及綠色化學(xué)知識

在分析實驗過程中，要求學(xué)生完成一篇關(guān)于比較綠色分析化學(xué)與傳統(tǒng)分析化學(xué)的小論文，以加深學(xué)生對綠色化學(xué)的認(rèn)識。在期末考題中，適當(dāng)涉及一些綠色分析化學(xué)的知識點，通常會以選擇題、是非題和論述題等題型出現(xiàn)，試題難度小但知識面寬。成績的考核與評定僅是手段，不是目的。教學(xué)目的還在于敦促學(xué)生學(xué)習(xí)綠色分析化學(xué)實驗相關(guān)的新知識新內(nèi)容，了解分析化學(xué)實驗學(xué)科前沿，使綠色化學(xué)的思想深入學(xué)生的腦海。

5 在分析化學(xué)實驗中利用多媒體

在傳統(tǒng)的分析化學(xué)實驗不可避免的要消耗一定的化學(xué)試劑和大量的水資源，尤其是有些分析實驗需要使用一些價格昂貴的化學(xué)試劑、容易污染環(huán)境或有毒、有害的試劑，有些分析實驗中可能會排放有毒氣體、有毒廢水，可能會給師生身體健康帶來一定的危害，這些實驗與綠色化學(xué)的目標(biāo)和原則是不相適應(yīng)的。為此，采用計算機多媒體系統(tǒng)進行仿真實驗顯得尤為重要。充分利用“高等化學(xué)教學(xué)資源庫”的內(nèi)容，引進或設(shè)計具有人機交互功能的仿真軟件，利用計算機多媒體技術(shù)對實驗原理、裝置、實驗過程進行仿真，用文字、聲音、圖像、動畫的效果讓學(xué)生在計算機屏幕上所做實驗達(dá)到身臨其境的感受，這樣既讓學(xué)生學(xué)習(xí)了實驗方法，而且使那些毒性大、危險性較大的實驗變成了綠色化實驗的方法，不會對人體和環(huán)境造成污染。

在我們的分析化學(xué)實驗教學(xué)過程中，更多地采用綠色化學(xué)實驗，體現(xiàn)出綠色化學(xué)新理念，是分析實驗教學(xué)中實施創(chuàng)新教育的重要內(nèi)容。改革實驗方法，達(dá)到在分析化學(xué)實驗中培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)的新意識。

[1]張鐘憲.環(huán)境與綠色化學(xué)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

[2]武漢大學(xué).分析化學(xué)實驗[M].北京:高等教育出版社，2009.

[3]陳古鏞，鄭曉虹，王清萍.滴定分析實驗教學(xué)小量化探討[J].福建師范大學(xué)學(xué)報，2005(2):50-52.

[4]紀(jì)紅兵，佘遠(yuǎn)斌.綠色氧化劑與還原劑[M].北京:中國石化出版社，2005.