化學實驗設計中的綠色思想體現(xiàn)

吳美娟

（泰興市南沙初級中學 江蘇 泰興 225464）

“綠色”化學是21世紀化學發(fā)展的方向。綠色化學要求從根本上消除污染，它強調采取有效措施，節(jié)約能源、防止對環(huán)境的破壞和污染。據(jù)此，化學實驗設計也應該盡可能符合“綠色化學”的思想和要求。

化學是以實驗為基礎的學科，化學實驗是化學教學的重要組成部分。探討和研究中學化學實驗綠色化設計，不僅有利于完善實驗設計，還可以不斷豐富實驗理論，使綠色化設計方法論成為實驗理論的有機組成部分。根據(jù)自己幾年的實踐，我認為，化學實驗設計中的綠色思想至少應體現(xiàn)在“實驗產(chǎn)物處理、優(yōu)化實驗設計、創(chuàng)新實驗方式”三個方面。

一、實驗產(chǎn)物處理

1．試劑添加

即改進某些排放有毒物質的實驗，通過添加一些特定的化學試劑來吸收這些實驗中產(chǎn)生的有毒廢物。例如：硫在氧氣中燃燒的實驗，該實驗不符合綠色化學思想，是因為反應產(chǎn)物SO2會污染環(huán)境。可在實驗前往集氣瓶中加入適量的NaOH溶液，再進行實驗；或在集氣瓶口放一張用飽和碳酸氫鈉溶液浸透的硬紙片蓋住，吸收反應生成的SO2，這樣就比較符合綠色化學的要求了。

2．綜合利用

就是想辦法通過改進實驗，達到綜合利用反應生成物質，減少污染和負面影響的目的。例如：CO還原Fe2O3的實驗。

傳統(tǒng)的一氧化碳處理的方法是直接將尾氣燃燒掉，或者用排水法或氣囊收集起來后集中進行處理，而采用改進后的裝置進行實驗比較符合綠色化學的要求，它不僅可以防止尾氣CO對空氣造成污染，而且能夠充分利用CO燃燒放出的熱量。

3．變廢為寶

化學實驗的產(chǎn)物往往不是一種，即存在副產(chǎn)物。對于這些副產(chǎn)物，應想辦法充分利用起來。這樣不僅符合綠色思想，一定程度上還節(jié)約了藥品的用量。例如：牙膏中的摩擦劑碳酸鈣可以用石灰石來制備。某同學設計了一種制備碳酸鈣的實驗方案，其流程圖為：

在老師的指導下，該同學經(jīng)過思考后，將此制備進行了改進，流程如下：

采用改進后的制備流程不僅可以節(jié)約原料，還可以充分利用反應生成的二氧化碳，體現(xiàn)了綠色化學的思想。

二、優(yōu)化實驗設計

1．裝置改進

即通過改進實驗裝置或添加一些特殊裝置，從而使得一些特殊的、有污染的實驗在一些密閉的實驗裝置中進行，這樣有助于減少對環(huán)境造成的污染。例如：設計研究燃燒條件的實驗。人體吸入或接觸五氧化二磷粉塵時能與黏膜表層、眼、皮膚的水分反應變成磷酸，對局部有強烈的腐蝕性刺激作用，嚴重時可引起中毒性肺炎、肺水腫。采用改進后的裝置，可以吸收反應生成的五氧化二磷粉塵，防止其散失到空氣中造成污染。

2．方案選擇

在化學實驗中，有時為了達到同一個實驗目的，可采用幾種不同的實驗途徑。如果我們對這幾種途徑加以比較，就會發(fā)現(xiàn)有的方案不僅可以達到實驗目的，而且可以防止實驗中的某些廢物對環(huán)境造成污染。所以，方案的選擇應精益求精。

例如：某工廠現(xiàn)有含少量鐵屑的銅屑廢料，一同學欲從中回收銅，他依據(jù)“綠色化學”的思想設計了兩種方案：

［方案一］ 將磁鐵接觸鐵屑和銅屑的混合物；

［方案二］ 向鐵屑和銅屑中先加入足量的含硫酸銅的工業(yè)廢水，然后進行過濾。

采用方案二不僅回收了銅，而且對硫酸銅廢液進行了充分利用。

再如：某河道兩旁有甲乙兩廠，它們排放的工業(yè)廢水中，共含有 K＋、Ag＋、Fe3＋、Cl－、OH－、六種離子。 如果就這樣排放不僅污染環(huán)境，而且造成資源浪費。我們可以設想將甲乙兩廠的廢水按一定比例混合，可使工業(yè)廢水中的 Ag＋、Fe3＋、Cl－、OH－全部轉化為沉淀，經(jīng)過濾后的廢水中主要含KNO3，可用來澆灌農(nóng)田，促進作物的生長發(fā)育。

三、創(chuàng)新實驗方式

1．微型處理

即在保證實驗現(xiàn)象明顯的前提下，對實驗進行重新設計與探索，實驗藥品微量化或實驗裝置微型化。例如：在研究氯化鋇和硫酸鈉反應時，應在試管中加硫酸鈉，然后用膠頭滴管逐滴加入氯化鋇溶液（可溶性的鋇鹽是有毒的），邊加邊觀察實驗現(xiàn)象。這樣可以減少氯化鋇的使用量，防止過量的氯化鋇對環(huán)境造成的污染。

2．多媒體演示

有些實驗成本昂貴、容易造成浪費；有的實驗必須采用有毒、有害的試劑，實驗時會排放出有毒氣體和有毒廢液，或容易引起爆炸，對于中學生來說，存在很大的安全隱患，不便于在普通學生實驗室中進行。為了讓學生對實驗原理、過程、現(xiàn)象和結果有直觀的感受，又能規(guī)避實驗風險，可以利用多媒體技術進行模擬演示。事實上，在國內外已有不少學校采用這種方法進行實驗教學，效果很好。

污染是當今影響人類社會持續(xù)發(fā)展的一個重大問題?！熬G色化學”給我們提出了一項新的挑戰(zhàn)，其核心是要利用化學原理從源頭消除實驗產(chǎn)生的污染。我國中學化學實驗綠色化設計的方法論體系突出實踐上的應用，不注重理論指導，在理論和實踐上還存在脫節(jié)的現(xiàn)象，在設計上繼承前人的研究成果較多，創(chuàng)新設計較少。在綠色化實驗設計的過程中，我們迫切需要方法論的指導，以滿足綠色化設計的需要，不斷提高我們的實驗設計水平。