綠色化學(xué)理念下的無機化學(xué)實驗教學(xué)研究

付國妮

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036）

綠色化學(xué)理念下的無機化學(xué)實驗教學(xué)研究

付國妮

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036）

在綠色化學(xué)理念的指引下，無機化學(xué)實驗采取了開展微型實驗、實施試劑少量化、改進實驗方法、選擇系列實驗、回收再利用實驗產(chǎn)物等有效措施實現(xiàn)綠色化教學(xué)研究，在取得較好教學(xué)效果的同時，降低了實驗費用，減少了環(huán)境污染.

無機化學(xué)實驗；綠色化學(xué)理念；教學(xué)研究

無機化學(xué)實驗是我?；瘜W(xué)實驗教學(xué)分中心為大一新生開設(shè)的一門獨立的基礎(chǔ)實驗課，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)新精神，同時注重學(xué)生環(huán)保意識的培養(yǎng).作為農(nóng)林院校的必修基礎(chǔ)實驗課，無機化學(xué)實驗班級和人數(shù)較多，這就導(dǎo)致許多常規(guī)化學(xué)實驗對實驗室乃至整個環(huán)境的污染更加嚴(yán)重，同時也危害了師生身體健康.為了更好地保護師生身體健康和生態(tài)環(huán)境，在無機化學(xué)實驗課中實施綠色化學(xué)是可持續(xù)發(fā)展的必要選擇.筆者在無機化學(xué)實驗課的教學(xué)過程中，通過不斷探索、實踐，開展了部分無機化學(xué)實驗的綠色化教學(xué)研究，降低了實驗試劑的損耗，減少了環(huán)境污染，取得了較好的教學(xué)效果，但同時也發(fā)現(xiàn)一些不足.

1 綠色化實驗教學(xué)采取的有效措施

1.1 采用微型實驗

微型化實驗具有操作簡便、試劑用量少、節(jié)約經(jīng)費、節(jié)省時間、減少污染等優(yōu)點，是實現(xiàn)無機化學(xué)實驗綠色化的一種有效途徑.

無機化學(xué)實驗中的性質(zhì)實驗主要是通過觀察明顯的實驗現(xiàn)象，如溶液顏色的改變、沉淀的生成或溶解、氣體的產(chǎn)生等，來驗證物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì).因此，對于性質(zhì)實驗，試劑用量可以采取微量化，只要實驗現(xiàn)象明顯，便于觀察，實驗便達到教學(xué)效果.

對于本中心所開設(shè)的“氧化還原反應(yīng)”性質(zhì)實驗，在“氧化劑、還原劑與氧化還原反應(yīng)”、“氧化劑與還原劑的相對性”、“電極電勢與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系”和“介質(zhì)的酸度對氧化還原反應(yīng)的影響”實驗中，所需氧化劑、還原劑只要幾滴至十滴即可觀察到明顯的實驗現(xiàn)象.如“介質(zhì)的酸度對氧化還原反應(yīng)的影響”中“酸度對氧化還原反應(yīng)速度的影響”實驗，只需在兩只試管中各加入0.1 m o l·L-1K B r 10滴、0.05 m o l·L-1K M n O42滴，其中一只試管中加入3 m o l·L-1H2S O410滴，另一支加入3 m o l·L-1H2S O41滴,在觀察比較兩支試管中紫色褪去的快慢時，實驗現(xiàn)象非常明顯：加入10滴3 m o l·L-1H2S O4的試管中溶液紫色的褪去比加入1滴3 m o l·L-1H2S O4的試管中溶液的褪色快的多.實驗現(xiàn)象說明：增大溶液酸度，可以增強的K M n O4的氧化性，從而加快氧化還原反應(yīng)速度.

1.2 實施試劑少量化

可以微型化的性質(zhì)實驗只是無機化學(xué)實驗的一部分，一些常用的操作如升溫、加熱、攪拌、沉淀分離等，因儀器本身的限制，不能設(shè)計成微型實驗，仍需做常規(guī)實驗.為了實施無機化學(xué)實驗綠色化，在不影響培養(yǎng)學(xué)生基本技能以及實驗結(jié)果的前提下，可適當(dāng)減少試劑的用量.

“粗食鹽的提純”制備實驗中，常規(guī)稱取5.0 g或10.0 g粗食鹽.本校學(xué)生在進行該實驗時，結(jié)合本中心實際教學(xué)條件，稱取2.0 g粗食鹽，經(jīng)過加熱溶解，加入0.5 m L B a C l2溶液去除S O42-雜質(zhì)離子，檢驗S O42-去除完全后，繼續(xù)加入0.5 m L N a O H、1.0 m L N a2C O3以除去粗食鹽中的C a2+、M g2+、B a2+等雜質(zhì)，檢驗C a2+、M g2+、B a2+等雜質(zhì)離子去除完全后，采用普通漏斗常壓下一步過濾去除泥沙以及雜質(zhì)離子生成的沉淀，濾液濃縮，烘干，即可得到精食鹽.經(jīng)過稱重，學(xué)生可制備0.8-1.6 g精食鹽，完全滿足教學(xué)大綱中規(guī)定教學(xué)要求.

1.3 簡化實驗方法

有些常規(guī)實驗雖然不能進行微型化或小型化，但可以充分開動學(xué)生的創(chuàng)新思維，選擇簡單易行的實驗方法，以減少儀器和試劑的使用，實現(xiàn)綠色理念下的無機化學(xué)實驗.

“中和熱的測定”實驗中，在N a O H和H C l于簡易量熱計中反應(yīng)前，要保證N a O H溫度和H C l溫度一致.雖然N a O H和H C l同處于室溫環(huán)境中，但N a O H溫度與H C l還有一定的溫差，常用的是使用酒精燈加熱溫度偏低的溶液.但由于二者溫差較小，且進行本實驗時環(huán)境溫度較低，本實驗完全可以用手溫?zé)釡囟容^低的溶液使其與溫度較高溶液溫度一致.該操作不需要任何儀器和試劑，即可達到實驗?zāi)康?，又環(huán)保節(jié)能.

1.4 開展系列實驗

在無機化學(xué)實驗中，許多實驗內(nèi)容相互聯(lián)系，可充分利用相關(guān)反應(yīng)，讓前一個實驗的產(chǎn)物作為下一個實驗的反應(yīng)物，以減少化學(xué)試劑的消耗和廢液的排放，這也是實現(xiàn)綠色化無機化學(xué)實驗的一個重要方法.

“配合物性質(zhì)”實驗中的“沉淀平衡與配位平衡”實驗，即是在一試管中加入5滴0.1 m o l·L-1A g N O3溶液，然后按下列順序依次完成實驗：

逐滴加入0.1 m o l·L-1N a C O3溶液至剛出現(xiàn)沉淀；逐滴加入2 m o l·L-1N H3·H2O溶液至沉淀剛?cè)芙猓患尤?-2滴0.1 m o l·L-1N a C l溶液至剛沉淀；逐滴加入6 m o l·L-1N H3·H2O溶液至沉淀剛?cè)芙?；加?滴0.1 m o l·L-1K B r溶液至剛沉淀；逐滴加入1 m o l·L-1N a2S2O3溶液至沉淀剛?cè)芙猓患尤?滴0.1 m o l·L-1K I溶液至剛沉淀；加入適量N a2S2O3（s）至沉淀剛?cè)芙?；逐滴加?.1 m o l·L-1N a2S溶液至剛沉淀.本實驗中銀的難溶物與配合物之間相互轉(zhuǎn)化，通過觀察到的明顯的沉淀生成和溶解現(xiàn)象，讓學(xué)生充分理解沉淀平衡與配位平衡的相互影響：難溶物和配合物之間總是向著更穩(wěn)定的化合物方向發(fā)展的，達到教學(xué)效果的同時實現(xiàn)了無機化學(xué)實驗的綠色化.

1.5 回收再利用實驗產(chǎn)物

在綠色化學(xué)理念的指引下，不再任意棄置、排放實驗產(chǎn)物，可對實驗產(chǎn)物進行選擇性的回收利用,不僅節(jié)約化學(xué)試劑,更重要的是可減少或避免有害物質(zhì)進入環(huán)境.

“硫酸亞鐵銨的制備”實驗中，2.0 g鐵屑與20 m L3m o l·L-1H2S O4，充分反應(yīng)，抽濾后可得到9.0-10.0 g的濕的硫酸亞鐵銨晶體，烘干后硫酸亞鐵銨的質(zhì)量還是可觀的，實驗結(jié)束后將硫酸亞鐵銨統(tǒng)一回收，保存，可在以后的有機合成實驗中用作反應(yīng)物.學(xué)生用自己的研究成果進行實驗，可以讓他們有一種成就感，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗興趣，同時又讓他們深刻理解綠色化學(xué)的理念.

2 實驗中存在的不足

在開展綠色化無機化學(xué)實驗的過程中，由于實驗條件的限制，一些對師生身體健康和環(huán)境危害較大的實驗仍只能進行常規(guī)實驗.“硫酸亞鐵銨的制備”實驗中，反應(yīng)物為機械行業(yè)產(chǎn)生的鐵屑，在敞開的實驗裝置中，廢鐵屑中含有的硫、磷等雜質(zhì)和硫酸反應(yīng)時生成的H2S、H3P等有毒氣體，導(dǎo)致實驗室彌漫著強烈的刺激性氣味，直接危害師生身體健康，不符合綠色化學(xué)的要求，此類實驗還需進一步進行改進，以實現(xiàn)有害氣體的零排放.

3 展望

筆者在教學(xué)過程中主要將上述五種方法有機的結(jié)合在一起，以實現(xiàn)無機化學(xué)實驗的綠色化，在培養(yǎng)了學(xué)生較高實驗素質(zhì)和實驗技能的同時，顯著地降低了教育成本，而且從很大程度上減少了環(huán)境污染，更重要的是讓學(xué)生在實驗過程中樹立了環(huán)保意識.但是，對于急需改進的常規(guī)實驗，希望能得到相關(guān)的政策支持和實驗經(jīng)費的投入，以不斷地開拓創(chuàng)新，更加完善實驗內(nèi)容和實驗儀器，最大程度上實現(xiàn)綠色理念下的無機化學(xué)實驗.

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A

1673-260X（2012）07-0216-02

2012年安徽省高等學(xué)校省級優(yōu)秀青年人才基金項目（2012SQRL066）；2011年安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)校青年基金重點項目；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)穩(wěn)定和引進人才科研資助項目