淺談綠色化學(xué)實驗

摘 要： 針對化學(xué)實驗產(chǎn)生污染物，直接排放，造成污染，本文著重探討加強(qiáng)環(huán)保意識，設(shè)計新的實驗方案：微型實驗、封閉實驗、組合實驗及尋找代替品、廢物的回收利用等綠色實驗方法，以達(dá)到減少污染、保護(hù)環(huán)境的目的。

關(guān)鍵詞： 高中化學(xué)實驗 環(huán)保教育 綠色化學(xué)

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，中學(xué)化學(xué)課程涉及較多的化學(xué)實驗。但目前高中化學(xué)實驗中還存在一些問題：有一定數(shù)量的有毒物質(zhì)的制備和性質(zhì)實驗，例如SO■，NO，NO■的制備和性質(zhì)實驗，苯與溴單質(zhì)反應(yīng)，苯與濃硝酸反應(yīng)等，這些實驗對老師和學(xué)生身體健康的影響和對環(huán)境造成的污染是不可忽視的。另外學(xué)生分組實驗所需的藥品用量，化學(xué)儀器，實驗后的廢液、廢氣大量增加，造成的浪費(fèi)和污染也愈加嚴(yán)重。因此實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化，盡量做無害的實驗，無害化處理實驗的廢棄物，實現(xiàn)零排放，已是迫在眉睫的事。

一、加強(qiáng)環(huán)保教育，培養(yǎng)綠色化學(xué)意識。

“綠色化學(xué)”是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)，只有從觀念上進(jìn)行“革命”，才能理解，從而才有可能真正重視綠色化學(xué)教育。綠色化學(xué)實驗是在綠色化學(xué)的思想指導(dǎo)下，用預(yù)防化學(xué)污染的新思想、新方法和新技術(shù)，對常規(guī)實驗進(jìn)行改革而形成化學(xué)實驗的新方法。因此我們在教學(xué)實踐活動中，注意從教學(xué)的各個環(huán)節(jié)滲透綠色化學(xué)思想，從不同角度體現(xiàn)綠色化學(xué)教學(xué)，將綠色化學(xué)帶給每一位學(xué)生，幫助每一位學(xué)生樹立綠色化學(xué)觀念和環(huán)境保護(hù)意識。

（一）結(jié)合教材內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育。

我國中學(xué)化學(xué)教材中，綠色化學(xué)的內(nèi)容還很少，因此我們在教學(xué)中就應(yīng)該注重對教材的再次開發(fā)和利用，挖掘教材中的隱含因素，例如：在講硫和硫的化合物中的酸雨危害、大氣污染與防治等；硅和硅酸鹽工業(yè)中傳統(tǒng)建筑材料的危害及為何提倡使用綠色建筑材料、溫室效應(yīng)的利弊等；氮族元素中對汽車尾氣的排放、氮氧化物造成的光化學(xué)煙霧、水中氮磷過多造成富營氧化而形成赤潮等；幾種重要金屬中，鋁對人體的危害與應(yīng)用、廢棄物的污染與分類處理等；用綠色化學(xué)的理論指導(dǎo)我們的教學(xué)，通過滲透綠色化學(xué)教育，讓學(xué)生經(jīng)常了解、關(guān)注身邊的、國內(nèi)外的環(huán)境熱點(diǎn)，從而增強(qiáng)學(xué)生深入了解的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的危機(jī)感和緊迫感，并將其所學(xué)知識運(yùn)用到生活中去，培養(yǎng)學(xué)生防治污染、關(guān)注人類生存與發(fā)展的責(zé)任感。

（二）通過化學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保習(xí)慣。

3.優(yōu)點(diǎn)

反應(yīng)現(xiàn)象明顯，無污染，裝置（一）可控制反應(yīng)隨時進(jìn)行隨時停止，裝置（二）微型化，對生成有毒氣體的實驗很適用。改進(jìn)后的實驗，現(xiàn)象明顯、效果良好，達(dá)到了環(huán)保要求，保障了人體的安全和健康。

（三）通過化學(xué)習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。

習(xí)題教學(xué)是課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它是幫助學(xué)生掌握和鞏固所學(xué)知識、技能的重要手段。習(xí)題教學(xué)不僅可以開發(fā)學(xué)生的智力，還能使學(xué)生在習(xí)題中了解科技動態(tài)，學(xué)以致用，培養(yǎng)良好的科學(xué)態(tài)度。融合“綠色化學(xué)”的習(xí)題教學(xué)，使學(xué)生更深入了解綠色化學(xué)的重要性。

例1：下列有關(guān)環(huán)境問題都是由化學(xué)物質(zhì)引起的，在下列組合中對應(yīng)的化合物不正確的是（ ）

A.溫室效應(yīng)：二氧化碳

B.光化學(xué)污染：二氧化氮

C.酸雨：二氧化碳

D.臭氧層破壞：氟氯烴

二、將常規(guī)實驗改成微型實驗。

“微”即在保證實驗現(xiàn)象明顯的前提下，減少實驗用品的用量。它包含兩層意義：一是采用微型化學(xué)儀器。即在微型化的儀器中進(jìn)行化學(xué)實驗，必須對實驗進(jìn)行重新設(shè)計與探索。實驗中可以把集氣瓶、燒瓶、啟普發(fā)生器等微型化。如：濃硫酸的吸水性和脫水性實驗，藥品種類多（紙片，火柴棍，膽礬，稀硫酸，濃硫酸），分量大，改在點(diǎn)滴板上進(jìn)行（見蘇教版化學(xué)（1）實驗報告冊第24頁），并且利用實物投影儀將實驗結(jié)果放大，既減少藥品消耗及廢物污染，又縮短實驗時間，現(xiàn)象非常明顯。二是采用微量化學(xué)藥品。如：電解飽和食鹽水；將一塊濾紙裁成兩半，取一半平放在玻璃板上，用NaCl酚酞試液充分浸潤，分別用舊2號電池芯、鐵釘作陽陰極并輕輕將電極相向卷在其中，并接通電源。通電2分鐘后，立即打開裹有碳棒的一端濾紙，滴入一滴碘化鉀淀粉溶液，濾紙變藍(lán)，證明陽板有氯氣生成，再打開另一端，發(fā)現(xiàn)濾紙變紅，證明陰極有NaOH生成。實驗改進(jìn)后與課本上的實驗比較藥品用量少兩極產(chǎn)物檢驗簡單，現(xiàn)象直觀，節(jié)省時間。

由此看出：微型實驗與常規(guī)實驗一樣，可得出相同的實驗結(jié)果，但它們的藥品用量是常規(guī)實驗的1/3～1/5左右。既節(jié)省了藥品的用量，又減少了對環(huán)境的污染。因此，微型化學(xué)實驗不是常規(guī)實驗的簡單微縮，它是在綠色化學(xué)思想下用預(yù)防化學(xué)污染的新實驗思想、新方法和新技術(shù)對常規(guī)實驗進(jìn)行的改革和發(fā)展。

三、將有毒實驗改成封閉實驗。

“代”包含兩層意思：一是尋找代用藥品，如：在比較電解質(zhì)導(dǎo)電能力時，教材中選用鹽酸和氯化鈉溶液，而它們在通電時會發(fā)生電解，產(chǎn)生有毒物質(zhì)氯氣，進(jìn)一步做防污處理時實驗裝置的添加比較麻煩，如果改用稀硫酸代替鹽酸，用硫酸鈉代替氯化鈉，既能達(dá)到比較電解質(zhì)導(dǎo)電能力強(qiáng)弱的目的又能避免氯氣的污染，可謂一舉兩得，使問題得以順利解決。又如：在學(xué)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)時用硫酸銅代替稀鹽酸與鋅反應(yīng)，藥品腐蝕性小，放出熱量更多；學(xué)乙烯的制取和性質(zhì)時濃硫酸是催化劑又是氧化劑，在反應(yīng)過程中能將乙醇氧化生成C、CO、CO■，同時本身被還原為SO■，反應(yīng)后廢液含有大量的濃硫酸難處理。用明礬、沸石、硫酸鋁代替濃硫酸也可以催化此反應(yīng)，并且可防止泡沫濺出和液體暴沸等現(xiàn)象，反應(yīng)后廢液可作無害化處理。二是尋找代用儀器，如：塑料洗瓶由廢藥水瓶制成，點(diǎn)滴板用塑料藥片板代替，酸式滴定管和堿式滴定管的滴頭用吊針來代替。三是借用多媒體手段代替做實驗，對一些污染比較嚴(yán)重（如苯的溴代和硝化……）、操作比較復(fù)雜且需時較長的實驗（如鋼鐵的腐蝕），均可用實驗錄像或者動畫模擬代替實驗，既能省時、省料、不污染，又能觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，達(dá)到同樣的實驗效果。又如：充分利用可利用的資源，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識、經(jīng)濟(jì)意識，樹立綠色化的觀念。

五、有效組合實驗，大大降低成本。

“組”就是將幾個實驗組合在一起，根據(jù)化學(xué)實驗應(yīng)該現(xiàn)象明顯、易于比較和力求省時的要求，將多步的實驗或若干個小實驗合在同一實驗中完成。這樣不僅可以節(jié)約操作時間，還能減少實驗產(chǎn)生的污染。例如：近年被廣泛開發(fā)并應(yīng)用于化學(xué)實驗中的“套管實驗”是將一支較小的玻璃儀器裝入一支較大的玻璃儀器中，經(jīng)組裝來完成原來需要兩只或更多普通儀器進(jìn)行的實驗，下面是幾種套管實驗：

圖1可以在大試管底部加入碳酸氫鈉，小試管底部加入碳酸鈉，兩個燒杯中加入澄清石灰水，比較碳酸氫鈉和碳酸鈉的熱穩(wěn)定性，并檢驗分解產(chǎn)物。圖2驗證銅與濃硝酸的反應(yīng)產(chǎn)物，該裝置簡潔，污染性氣體不會排放到空氣中。圖3將鋅粒和稀硫酸加入小試管，將大試管口向下倒扣在小試管上，用于制取氫氣，并收集一試管，以上實驗簡單易行，大大降低了成本。

組合實驗還可以使前面實驗的產(chǎn)物成為后面實驗的原料。若對同一類實驗間存在的關(guān)系加以理順，通過合理安排實驗次序，就可以開展組合實驗。如將氯氣、次氯酸鈉、氯酸鉀的制取與氯氣的氧化性實驗組合；無機(jī)溶液的配制實驗與酸堿中和滴定實驗組合；有機(jī)化學(xué)合成與提純實驗及產(chǎn)品純度測定實驗組合。通過以上方法，可使試劑循環(huán)使用，不但能提高試劑的利用率，降低實驗費(fèi)用，還能在一定程度上減輕常規(guī)實驗對環(huán)境的污染。

六、加強(qiáng)藥物回收處理，實行藥物重復(fù)利用。

化學(xué)實驗藥物的回收利用是一項重要而又不容忽視的實驗工作。將實驗藥物回收利用有三大優(yōu)點(diǎn)：①能提高藥物使用次數(shù)，節(jié)約辦學(xué)經(jīng)費(fèi)；②能保護(hù)公共設(shè)施（如下水道等）；③減輕對環(huán)境污染。因此，加強(qiáng)回收勢在必行，我認(rèn)為可以從以下幾方面處理。

（一）處理并摒棄：①廢酸和廢堿中和至中性排放；②重金屬轉(zhuǎn)化為難溶物質(zhì)和固體物填埋；③有機(jī)物質(zhì)集中焚燒（苯、甲苯）。

（二）處理并回收：④選用二氧化錳，氧化銅等固體催化劑時，反應(yīng)后固體物溶解，過濾，干燥，收集再利用；⑤萃取碘的CCl■、煤油可以用稍濃的NaOH溶液洗液、分液。又可重新得到CCl■、煤油，進(jìn)行萃??；⑥鐵和硫反應(yīng)生成硫化亞鐵，收集演示實驗生成的硫化亞鐵，進(jìn)行制取硫化氫的實驗。

（三）處理并轉(zhuǎn)化：⑦如氯氣及未完全進(jìn)行反應(yīng)的氯氣，在集氣瓶中加入一些NaOH溶液，吸收氯氣。⑧在學(xué)生分組實驗中，配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液中，把容量瓶的規(guī)格改為50ml或100ml，配制HCl溶液的濃度改為0.1mol/L或0.2mol/L（不同班級任選一個），配制NaOH溶液的濃度改為0.15mol/L，再分瓶收集備用于中和滴定，要把兩個實驗的順序安排好。

總之，在實驗工作中，用綠色化學(xué)的思想來指導(dǎo)，能更有效地防止污染。日常生活中環(huán)境污染隨處可見，教師可結(jié)合日常生活進(jìn)行環(huán)保教育。如舊報紙、廢書不能用來包食物，因為印刷品的油墨中含有鉛；提倡避免使用一次性的用品，廢電池不要隨意丟棄，以免造成環(huán)境污染，危害人類健康。學(xué)生受到教育，不僅會嚴(yán)格要求自己，還會向周圍的人宣傳，使更多的人受到教育，注意保護(hù)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳正林.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中“綠色化學(xué)”意識滲透淺談[J].化學(xué)教學(xué)，2001（11）.

[2]微型化學(xué)實驗介紹[J].化學(xué)教學(xué)，1999（04）.