滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)的探討

劉順珍，韋巖松

(1.廣西師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣西南寧530001; 2.河池學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系，廣西宜州546300)

滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)的探討

劉順珍1，韋巖松2

(1.廣西師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，廣西南寧530001; 2.河池學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系，廣西宜州546300)

分析當(dāng)前環(huán)境污染的現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)觀的必要性。根據(jù)綠色化學(xué)的理念，探討如何在滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)中培養(yǎng)大學(xué)生綠色化學(xué)觀，以增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識。

滴定分析;分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué);綠色化學(xué)觀

“科教興國”是我國的一項(xiàng)基本國策，隨著我國高校的不斷發(fā)展壯大，普通本科院校開設(shè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生人數(shù)相應(yīng)增加，實(shí)驗(yàn)過程中藥品消耗量也大幅增加，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本增加以及環(huán)境污染加重。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要傳授化學(xué)知識、培養(yǎng)學(xué)生操作技能、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、分析問題和解決問題的能力，還應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)綠色化學(xué)觀。綠色化學(xué)觀又稱綠色化學(xué)理念，就是要求人們在社會生產(chǎn)、生活和實(shí)踐中，就環(huán)境日益惡化、防治關(guān)鍵是減少乃至杜絕化學(xué)污染源而逐步形成的綠色化學(xué)重要性的認(rèn)識［1］。教師要在教學(xué)實(shí)踐過程中做化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的引導(dǎo)者，從不同角度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究與改進(jìn)，并將實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的最佳課堂。在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，如何減少試劑的用量、提高試劑的利用率、減少環(huán)境污染、加強(qiáng)廢棄物的回收和處理工作等，已成為迫切需要解決的問題。推進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)改革是解決此類問題的有效途徑。

在大學(xué)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，滴定分析屬于常量分析，它具有嚴(yán)格的“量”的概念，通常要求稱樣量在0.2 g以上，滴定體積在20～30 mL之間，才能達(dá)到一定的精密度和準(zhǔn)確度。由于受到這些條件的限制，近幾十年來分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材很少涉及“綠色化學(xué)”對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)［2－3］。長期以來，學(xué)生做滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)都按教材進(jìn)行操作，一直沿用50 mL滴定管、25 mL移液管等儀器。為了既能滿足滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和要求，又能培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)價(jià)值觀以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和習(xí)慣，使高校大學(xué)生成為環(huán)境保護(hù)的先頭兵，筆者依據(jù)綠色化學(xué)的核心內(nèi)容及實(shí)質(zhì)性要求［4－5］，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，針對滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了“綠色化”教學(xué)改革，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)安排、減少試劑的用量、提高試劑的利用率、減少環(huán)境污染、加強(qiáng)廢棄物的回收和處理工作方面進(jìn)行了積極的探索和實(shí)踐，為培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)觀做了有益探討。

1 在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)觀的必要性

在過去的幾十年間，社會的快速進(jìn)步特別是化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，已經(jīng)對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層空洞、光化學(xué)煙霧、“白色污染”等環(huán)境公害已經(jīng)嚴(yán)重危及到人類的生存、健康和發(fā)展，而這些環(huán)境公害的產(chǎn)生都與化學(xué)有關(guān)。作為新世紀(jì)的大學(xué)生迫切需要認(rèn)識到，如何解決在社會發(fā)展特別是與化學(xué)相關(guān)的工業(yè)發(fā)展中，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展等問題。大學(xué)化學(xué)教育承擔(dān)了將化學(xué)專業(yè)以及與化學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，培養(yǎng)成為合格的社會有用人才的重任，如何培養(yǎng)大學(xué)生的綠色化學(xué)觀，已成為高等化學(xué)教育的一大重要任務(wù)，更是大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，它貫穿于大學(xué)化學(xué)教育全過程。然而，要完成大學(xué)化學(xué)教育，不可避免地要進(jìn)行許多有可能造成環(huán)境污染的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，因此，對大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化教學(xué)改進(jìn)，除了能從源頭上阻止污染的產(chǎn)生、減少實(shí)驗(yàn)過程中的污染外，還能使學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、增強(qiáng)環(huán)保意識、牢固樹立綠色化學(xué)理念，還能培養(yǎng)學(xué)生從事綠色化學(xué)研究與開發(fā)的能力，使他們成為未來的“綠色化學(xué)家”，把綠色化學(xué)理念傳遞給全人類。

2 滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)改進(jìn)

結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分從整體上進(jìn)行了綠色化改進(jìn)。以《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材為例［6］。

2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)安排，減少中間環(huán)節(jié)的藥品用量，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排“綠色化”

實(shí)驗(yàn)教材在編排上只考慮各個(gè)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立性，基本上沒有考慮現(xiàn)代環(huán)境保護(hù)的要求。在滴定分析實(shí)驗(yàn)中，每次實(shí)驗(yàn)都要求將滴定管、移液管潤洗三次，潤洗后的溶液變?yōu)閺U液，同時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)后剩余的溶液也成為廢液。對于內(nèi)容相關(guān)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，如果各個(gè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立進(jìn)行，勢必造成廢液處理工作量的加大和環(huán)境污染的加重。對原教材獨(dú)立進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，依據(jù)其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的相關(guān)性進(jìn)行組合，將內(nèi)容相關(guān)的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)安排在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如:①NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和濃度的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與銨鹽中氮含量的測定(甲醛法)實(shí)驗(yàn)組合;②HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和濃度的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與混合堿的分析(雙指示劑法)實(shí)驗(yàn)組合;③EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與鉛、鉍混合液中鉛、鉍含量的連續(xù)測定實(shí)驗(yàn)以及水的總硬度的測定實(shí)驗(yàn)組合;④高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定實(shí)驗(yàn)同高錳酸鉀法測定過氧化氫的含量實(shí)驗(yàn)組合;⑤Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)定實(shí)驗(yàn)同間接碘量法測定銅鹽中的銅實(shí)驗(yàn)組合。這樣，既節(jié)省了時(shí)間，又減少了實(shí)驗(yàn)藥品用量，同時(shí)還減少了環(huán)境污染，更在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識和綠色化學(xué)觀，可謂一舉多得。

2.2 藥品使用方面的綠色化教學(xué)改進(jìn)

滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有些實(shí)驗(yàn)廢棄物對環(huán)境污染嚴(yán)重;有些實(shí)驗(yàn)所用藥品價(jià)格昂貴。為了減少污染、降低實(shí)驗(yàn)成本，有必要從藥品使用方面對這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化改進(jìn)。

鉛、鉍混合液中鉛、鉍含量的連續(xù)滴定實(shí)驗(yàn)中存在重金屬鉛和鉍，有汞法測定鐵礦石中鐵的含量和無汞法測定鐵礦石中鐵的含量實(shí)驗(yàn)中用到K2Cr2O7，這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及到鉛、鉍、汞和鉻的污染問題。結(jié)合這幾個(gè)具體實(shí)驗(yàn)，在開始實(shí)驗(yàn)前首先向?qū)W生介紹重金屬元素污染的特點(diǎn):一是在生物體內(nèi)積累，其毒性隨價(jià)態(tài)而異，且潛伏期長;二是它們不能被生物降解，故一旦污染了水體和土壤，就很難治理。因此應(yīng)該采取有力的措施控制污染源。如何實(shí)現(xiàn)綠色化實(shí)驗(yàn)，減少環(huán)境污染呢?引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，可能的途徑有:尋找無毒試劑替代;盡量減少試劑使用量;將毒性大的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化為毒性小的價(jià)態(tài);廢物循環(huán)利用等。

Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和間接碘量法測定銅鹽中的銅實(shí)驗(yàn)，依據(jù)教材的設(shè)計(jì)，每次學(xué)生實(shí)驗(yàn)最低要消耗100 g/L的KI溶液60 mL。可溶性氯化物中氯含量的測定實(shí)驗(yàn)，依據(jù)教材的設(shè)計(jì)，每次學(xué)生實(shí)驗(yàn)消耗0.10 mol/L的AgNO3溶液將近150 mL。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，結(jié)合這些實(shí)驗(yàn)告訴學(xué)生，目前，每克KI的市場價(jià)約為4元，每克AgNO3的市場價(jià)約為8元，每年有近200名學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過計(jì)算了解到僅這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中的KI和AgNO3兩種藥品將近耗費(fèi)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)高達(dá)一萬元。從這些具體數(shù)字引導(dǎo)學(xué)生思考藥品價(jià)格貴的原因，一方面是資源稀缺，另一方面是生產(chǎn)難度大、能耗高等。為了保持社會的可持續(xù)發(fā)展，節(jié)省有限自然資源，減少環(huán)境污染，我們應(yīng)該采取降低試劑使用量、試劑再生循環(huán)利用等措施。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師和實(shí)驗(yàn)興趣小組的學(xué)生以環(huán)保為目的，以能保證測定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度為標(biāo)準(zhǔn)，確定各實(shí)驗(yàn)中藥品的最低使用量或最低濃度。依據(jù)綠色化學(xué)實(shí)質(zhì)性要求，針對具體實(shí)驗(yàn)采取了以下綠色化改進(jìn)措施。

2.2.1使用無毒試劑

用SnCl2－HgCl2－K2Cr2O7法測定鐵礦石中鐵含量簡稱有汞法測鐵，該方法成熟，準(zhǔn)確度高。但由于使用了HgCl2，將有害元素汞引入環(huán)境，造成環(huán)境污染，因此將此方法棄而不用，選用SnCl2－TiCl3－K2Cr2O7無汞法測鐵，從而避免了有汞法測鐵對環(huán)境的污染。

2.2.2 盡量減少試劑使用量

(1)在鉛、鉍混合液中鉛、鉍含量的連續(xù)滴定實(shí)驗(yàn)和無汞法測定鐵礦石中鐵的含量實(shí)驗(yàn)中，通過摸索采取了將待測試樣用量減少到教材原定用量的一半的措施，即鉛、鉍混合液的用量由教材規(guī)定的20.00 mL改為10.00 mL，鐵礦石用量由教材規(guī)定的0.2 g改為0.1 g，其他藥品用量相應(yīng)減少到原用量的一半，實(shí)驗(yàn)同樣能達(dá)到精密度和準(zhǔn)確度的要求。

(2)針對硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、間接碘量法測定銅鹽中的銅實(shí)驗(yàn)，摸索實(shí)驗(yàn)條件結(jié)果發(fā)現(xiàn):在Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，將Na2S2O3的濃度由教材規(guī)定的0.10 mol/L降低到0.020 mol/L;將間接碘量法測定銅鹽中的銅實(shí)驗(yàn)中CuSO4·5H2O的稱取量由教材規(guī)定的0.50～0.60 g改為0.10～0.12 g;兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中每個(gè)樣中100 g/L的KI溶液加入量改為原來的五分之一，其它所用試劑同比例變?yōu)樵滩牡奈宸种?。?shí)驗(yàn)結(jié)果能達(dá)到常量分析的要求，而實(shí)驗(yàn)成本卻大大降低。

(3)可溶性氯化物中氯含量的測定實(shí)驗(yàn)所用的AgNO3試劑價(jià)格很高，且銀屬重金屬元素，不僅資源稀缺而且會造成環(huán)境污染。若按教材規(guī)定，硝酸銀的用量將很大，不僅造成環(huán)境污染，而且實(shí)驗(yàn)成本很高。為此對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，借用了水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)中氯離子含量測定的方法，將該實(shí)驗(yàn)的常量分析改為半微量分析。在實(shí)驗(yàn)中，0.10 mol/L的AgNO3溶液改用微量滴定管裝，基準(zhǔn)試劑NaCl和含氯試樣的稱取質(zhì)量改為教材規(guī)定用量的十分之一，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本能達(dá)到常量分析的要求。

通過盡量減少試劑使用量，一方面減少了藥品的浪費(fèi)，另一方面也相對減少了廢棄物的處理工作量、減少了對環(huán)境的污染。

2.2.3 加強(qiáng)廢棄物的利用和循環(huán)再生利用

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生廢物排放是不可避免的。但是通過重視廢棄物的回收利用，變廢為寶，減少環(huán)境污染，可以培養(yǎng)大學(xué)生的綠色化學(xué)意識和環(huán)境保護(hù)意識。針對滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的不同廢棄物，可依據(jù)其性質(zhì)和特點(diǎn)采用不同的處理方式加以利用:

(1)將學(xué)生實(shí)驗(yàn)后剩余標(biāo)準(zhǔn)溶液先集中回收，然后再按如下方式加以利用:HCl，NaOH溶液，集中回收后再配置高濃度的HCl，NaOH溶液;KMnO4溶液，調(diào)整濃度后可以做定性試劑使用或作為氧化劑用于處理其它廢液;Na2S2O3溶液，作還原劑處理其它廢液。

(2)針對鉛、鉍混合液中鉛、鉍含量的連續(xù)滴定實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)后，將廢液進(jìn)行集中回收，用硫化鈉作為沉淀劑將混合廢液中的鉛、鉍進(jìn)行沉淀回收得到其硫化物，離心分離后再用稀硝酸溶解硫化物并控制硝酸用量，可得到鉛、鉍混合液，供下次實(shí)驗(yàn)使用。

(3)針對可溶性氯化物中氯含量的測定實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的AgCl和廢液中的Ag+用NaCl溶液轉(zhuǎn)化為AgCl沉淀并進(jìn)行離心分離回收，得到的AgCl用濃氨水處理將其轉(zhuǎn)化為［Ag(NH3)2］+，在［Ag(NH3)2］+溶液中加入過量的氫氧化鈉溶液使其轉(zhuǎn)化為Ag2O沉淀，分離Ag2O沉淀后加硝酸得到硝酸銀溶液供學(xué)生下次實(shí)驗(yàn)使用。

以上廢液的回收和再利用均由學(xué)生興趣小組完成，通過對滴定分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的不同廢液進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砣缓笤偌右岳茫?jié)約了有限的自然資源和高校有限的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，培養(yǎng)了學(xué)生的節(jié)約意識和環(huán)保意識。

2.2.4 加強(qiáng)對廢棄物的無害化處理，達(dá)標(biāo)排放

Cr在水環(huán)境中的存在形態(tài)主要是三價(jià)鉻和六價(jià)鉻，針對廢棄的K2Cr2O7廢液中含有毒性強(qiáng)烈的Cr(Ⅵ)，其處理方法就是將毒性大的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化為毒性小的價(jià)態(tài)。在實(shí)踐教學(xué)中除了對滴定完后剩余的K2Cr2O7溶液進(jìn)行再利用外，還啟發(fā)學(xué)生利用Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)在不同氧化還原條件下可以互相轉(zhuǎn)化的原理進(jìn)行無害化處理。將廢酸、廢鐵與含鉻的廢液混合放置數(shù)日，在酸性條件下將Cr(Ⅵ)轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅲ)，廢液由黃色變?yōu)榛揖G色后，加入消石灰使Cr3+轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3沉淀，分離沉淀，達(dá)標(biāo)后排放廢液。

通過對廢液的無害化處理，使學(xué)生懂得在今后的學(xué)習(xí)和工作中，要特別重視廢棄物的有害性，對于有害物質(zhì)必須先進(jìn)行無害處理，然后才能向大自然排放，這樣才能做到保護(hù)環(huán)境。

3 結(jié)語

滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)改進(jìn)實(shí)踐表明:進(jìn)行綠色化教學(xué)改進(jìn)有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高;通過“綠色化學(xué)”在滴定分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，能增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識，樹立牢固的綠色化學(xué)觀。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)所耗藥品經(jīng)費(fèi)比教學(xué)改進(jìn)前大大減少，既提高了資源利用率，節(jié)約了開支，又實(shí)實(shí)在在地降低了化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的污染。

［1］馬志成.在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)綠色化學(xué)觀的教育探索［J］.天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)(基礎(chǔ)教育版)，2009，10(1):44－47.

［2］張康華，曹小華，謝寶華，等.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與綠色化學(xué)教育［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(5):123－125，139.

［3］徐常龍，曹小華，劉新強(qiáng)，等.綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初探［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26(11):137－139.

［4］姚寧.綠色化學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展［J］.化學(xué)工程與裝備，2008，(4):111－113.

［5］曾懋華，龍來壽，趙三銀，等.高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中藥品使用的5R原則探討［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29(8):343－345.

［6］華中師范大學(xué)，東北師范大學(xué)，陜西師范大學(xué)，等.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)(第三版)［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［責(zé)任編輯劉景平］

Exp loration into the Green Chem istry Teaching in Titration Analytical Chem istry Experiments

LIU Shun－zhen，WEIYan－song
(1．College of Chem istry and Life Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning，Guangxi530001;2．Department of Chem istry and Life Science，Hechi University，Yizhou，Guangxi546300，China)

In view of the current situation of environment pollution，it is necessary to cultivate college students’green chemistry concept through the chemical experiments．According to the concept of green chemistry，the cultivation of college students’green chemistry concept is explored and discussed in teaching reform of titration analysis chemistry experiments in order to enhance college students’consciousness of environment protection．

titration analysis;analytical chemistry experiment teaching;green chemistry concept

book=0,ebook=78

O652.1

A

1672－9021(2012)02－0029－04

劉順珍(1966－)，女，廣西桂林人，廣西師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向:分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2012－02－17