中學(xué)化學(xué)實驗綠色化研究

綠色化學(xué)是一個具有明確的社會需求和科學(xué)目標(biāo)的新興理念。從科學(xué)觀點看，綠色化學(xué)是對傳統(tǒng)化學(xué)思維方式的更新和發(fā)展；從環(huán)境觀點看，綠色化學(xué)利用化學(xué)的原理、技術(shù)和方法減少或消滅對人類健康、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑、產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生；從經(jīng)濟(jì)觀點看，綠色化學(xué)合理利用資源和能源、降低生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。綠色化學(xué)的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物。

在教學(xué)中，化學(xué)實驗綠色化設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)從改進(jìn)實驗原理、控制實驗條件、改進(jìn)實驗方法、循環(huán)使用溶劑、妥善處理好實驗廢棄物等五個方面進(jìn)行考慮，以實現(xiàn)實驗的綠色化。

1.改進(jìn)實驗原理。比如“氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體混合吸熱制冷”原料不易得，且產(chǎn)生濃烈的氨味，使坐在教室前排的學(xué)生個個掩鼻，課堂秩序一片混亂。如果采用生石灰加水放熱反應(yīng)，原料易得，產(chǎn)品石灰水還可回收用于樹木的消毒，既可節(jié)約藥品，又十分容易與學(xué)生的日常生活相聯(lián)系，有利于學(xué)生發(fā)散思維的培養(yǎng)。

2.控制實驗條件。比如“在兩支試管中分別加入稀鹽酸，將兩個各裝有碳酸鈉、碳酸氫鈉粉末的小氣球分別套在兩支試管口，將氣球內(nèi)的碳酸鈉與碳酸氫鈉同時倒入試管，觀察反應(yīng)現(xiàn)象”。缺點是無法驗證碳酸鈉與碳酸氫鈉反應(yīng)的快慢。改進(jìn)做法如下圖所示：U形管的底部放一個厚約2-3cm的膠塞（直徑與U形管內(nèi)徑相同），將U形管底部分為兩部分，然后分別加入碳酸鈉和碳酸氫鈉。將兩個管口分別用與三通管相連的單孔膠塞堵住，向長頸漏斗加入稀鹽酸，使酸液以相同速度分別滴入管內(nèi)，可以觀察到兩支管內(nèi)都能發(fā)生反應(yīng)，都有氣體產(chǎn)生，但劇烈程度不同，生成的氣體從側(cè)支管排入氣球中，從兩個氣球充盈程度不同、充氣速度快慢，能得到形象直觀的感性認(rèn)識。

3.改進(jìn)實驗方法?！坝妹藁ò∵^氧化鈉，放在石棉網(wǎng)上，并在棉花上滴幾滴水，觀察棉花的燃燒”。石棉纖維燃燒的產(chǎn)物有致癌作用，對師生的身體健康有一定的損害，且滴水導(dǎo)致棉花弄濕?？梢愿倪M(jìn)為：在鐵板上放一層薄棉花，在棉花上放置約一藥匙過氧化鈉（2克左右），用玻璃導(dǎo)管對準(zhǔn)棉花吹，數(shù)秒鐘后，觀察到淡黃色的過氧化鈉逐漸變成橙黃色，旋即冒煙，隨后著火劇烈燃燒；把鐵板上的灰用水浸泡，過濾；濾液滴入稀鹽酸，會觀察到氣泡產(chǎn)生；證明產(chǎn)物不是氫氧化鈉而是碳酸鈉，從而說明用玻璃導(dǎo)管吹氣主要是二氧化碳，少量的水不影響實驗的演示。這個演示能使學(xué)生歷久不忘。

4.循環(huán)使用溶劑?！胞u素各單質(zhì)的活動性比較實驗”是在試管中完成的，而飽和氯水和溴水則存在著氯氣和溴蒸氣的逸出污染（一個班五六十名學(xué)生同時實驗，污染很嚴(yán)重）。創(chuàng)新為串聯(lián)實驗：在一張濾紙中心處，滴一滴飽和溴化鈉溶液，待其濕潤后，再滴一滴氯水，濾紙呈現(xiàn)黃色斑點；在呈黃色斑點處，再滴一滴碘化鈉溶液，斑點顏色變?yōu)闇\褐色；在淺褐色斑點處，再滴一滴淀粉溶液，濾紙上斑點變?yōu)樗{(lán)色。這個實驗藥品簡單，現(xiàn)象明顯有趣。另外也可用點滴板或玻璃片來代替試管完成此實驗。氯水和溴水用量的減少，大大減輕了因氯氣和溴蒸氣所造成的污染。

5.妥善處理好實驗廢棄物?！暗獾纳A實驗”，可用“碘錘”（兩頭向內(nèi)凹陷，其內(nèi)密封有碘晶體）來完成。其方法是在其中一頭滴入約1ml冷水，另一頭在酒精燈火焰上加熱，因水的冷卻作用，碘升華后可凝聚在“碘錘”上方內(nèi)壁上，下次實驗時再在“碘錘”另一頭倒入水，在有碘晶體凝結(jié)的一頭加熱即可。

綠色化學(xué)目前尚未發(fā)展成為如無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)這樣的獨立體系，但作為一種指導(dǎo)思想，一種研究策略，它是切實可行的。因而作為中學(xué)化學(xué)教師，我們雖然沒有能力來編制教材，設(shè)置綠色化學(xué)的有關(guān)內(nèi)容知識，但應(yīng)該而且能夠在課堂教學(xué)、實驗等方面，想方設(shè)法地向?qū)W生滲透綠色化學(xué)的思想，用綠色實驗來充實教學(xué)內(nèi)容。這不僅可以創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而且能讓學(xué)生自然地接受綠色化學(xué)，具有綠色化學(xué)意識，自覺地用綠色化學(xué)的眼光看待社會生活中存在的化學(xué)問題。

中學(xué)化學(xué)教材中有些內(nèi)容已經(jīng)具備綠色化學(xué)意識，但有些有待進(jìn)一步加強和完善。作為化學(xué)教師，我們不能等，不能靠，而是要先做起來。在國外，一個啟普發(fā)生器或一個霍夫曼電解實驗裝置成功后就能發(fā)表、定形、生產(chǎn)、推廣，并長久落實在教材中，但我們的一些構(gòu)思巧妙、效果較好、方法科學(xué)的研究成果被廣泛采用尤其是進(jìn)入教材的極少。在下一步的工作中，我們力爭多做些在理論上完備、操作上簡便、效果上明顯、費用上經(jīng)濟(jì)，能有力促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的綠色化學(xué)實驗案例。