淺談綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)

摘 要： 針對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)，設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案：微型實(shí)驗(yàn)、封閉實(shí)驗(yàn)、組合實(shí)驗(yàn)及尋找代替品、廢物的回收利用等綠色實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn) 環(huán)保教育 綠色化學(xué)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。但目前高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中還存在一些問(wèn)題：有一定數(shù)量的有毒物質(zhì)的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，例如SO■，NO，NO■的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，苯與溴單質(zhì)反應(yīng)，苯與濃硝酸反應(yīng)等，這些實(shí)驗(yàn)對(duì)老師和學(xué)生身體健康的影響和對(duì)環(huán)境造成的污染是不可忽視的。另外學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)所需的藥品用量，化學(xué)儀器，實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化，盡量做無(wú)害的實(shí)驗(yàn)，無(wú)害化處理實(shí)驗(yàn)的廢棄物，實(shí)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(shí)。

“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(shí)驗(yàn)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(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革而形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新方法。因此我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，注意從教學(xué)的各個(gè)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(shù)立綠色化學(xué)觀念和環(huán)境保護(hù)意識(shí)。

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

我國(guó)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?cè)诮虒W(xué)中就應(yīng)該注重對(duì)教材的再次開(kāi)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(duì)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(guò)多造成富營(yíng)氧化而形成赤潮等；幾種重要金屬中，鋁對(duì)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(guò)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(guó)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(shí)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(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(wú)污染，裝置（一）可控制反應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行隨時(shí)停止，裝置（二）微型化，對(duì)生成有毒氣體的實(shí)驗(yàn)很適用。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，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(guò)化學(xué)習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

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(shí)、技能的重要手段。習(xí)題教學(xué)不僅可以開(kāi)發(fā)學(xué)生的智力，還能使學(xué)生在習(xí)題中了解科技動(dòng)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(wèn)題都是由化學(xué)物質(zhì)引起的，在下列組合中對(duì)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(shí)驗(yàn)改成微型實(shí)驗(yàn)。

“微”即在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的前提下，減少實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)與探索。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(jiàn)蘇教版化學(xué)（1）實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)第24頁(yè)），并且利用實(shí)物投影儀將實(shí)驗(yàn)結(jié)果放大，既減少藥品消耗及廢物污染，又縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)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(rùn)，分別用舊2號(hào)電池芯、鐵釘作陽(yáng)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(kāi)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(yáng)板有氯氣生成，再打開(kāi)另一端，發(fā)現(xiàn)濾紙變紅，證明陰極有NaOH生成。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后與課本上的實(shí)驗(yàn)比較藥品用量少兩極產(chǎn)物檢驗(yàn)簡(jiǎn)單，現(xiàn)象直觀，節(jié)省時(shí)間。

由此看出：微型實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)一樣，可得出相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但它們的藥品用量是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的1/3～1/5左右。既節(jié)省了藥品的用量，又減少了對(duì)環(huán)境的污染。因此，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)思想、新方法和新技術(shù)對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的改革和發(fā)展。

三、將有毒實(shí)驗(yàn)改成封閉實(shí)驗(yàn)。

“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(shí)，教材中選用鹽酸和氯化鈉溶液，而它們?cè)谕姇r(shí)會(huì)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(shí)實(shí)驗(yàn)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(wèn)題得以順利解決。又如：在學(xué)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)時(shí)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(shí)濃硫酸是催化劑又是氧化劑，在反應(yīng)過(guò)程中能將乙醇氧化生成C、CO、CO■，同時(shí)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(wú)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(lái)代替。三是借用多媒體手段代替做實(shí)驗(yàn)，對(duì)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(shí)較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)（如鋼鐵的腐蝕），均可用實(shí)驗(yàn)錄像或者動(dòng)畫(huà)模擬代替實(shí)驗(yàn)，既能省時(shí)、省料、不污染，又能觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)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(shí)、經(jīng)濟(jì)意識(shí)，樹(shù)立綠色化的觀念。

五、有效組合實(shí)驗(yàn)，大大降低成本。

“組”就是將幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組合在一起，根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該現(xiàn)象明顯、易于比較和力求省時(shí)的要求，將多步的實(shí)驗(yàn)或若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)合在同一實(shí)驗(yàn)中完成。這樣不僅可以節(jié)約操作時(shí)間，還能減少實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污染。例如：近年被廣泛開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“套管實(shí)驗(yàn)”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(lái)完成原來(lái)需要兩只或更多普通儀器進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，下面是幾種套管實(shí)驗(yàn)：

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(gè)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(yàn)分解產(chǎn)物。圖2驗(yàn)證銅與濃硝酸的反應(yīng)產(chǎn)物，該裝置簡(jiǎn)潔，污染性氣體不會(huì)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(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，大大降低了成本。

組合實(shí)驗(yàn)還可以使前面實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物成為后面實(shí)驗(yàn)的原料。若對(duì)同一類實(shí)驗(yàn)間存在的關(guān)系加以理順，通過(guò)合理安排實(shí)驗(yàn)次序，就可以開(kāi)展組合實(shí)驗(yàn)。如將氯氣、次氯酸鈉、氯酸鉀的制取與氯氣的氧化性實(shí)驗(yàn)組合；無(wú)機(jī)溶液的配制實(shí)驗(yàn)與酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)組合；有機(jī)化學(xué)合成與提純實(shí)驗(yàn)及產(chǎn)品純度測(cè)定實(shí)驗(yàn)組合。通過(guò)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(shí)驗(yàn)費(fèi)用，還能在一定程度上減輕常規(guī)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。

六、加強(qiáng)藥物回收處理，實(shí)行藥物重復(fù)利用。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥物的回收利用是一項(xiàng)重要而又不容忽視的實(shí)驗(yàn)工作。將實(shí)驗(yàn)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(duì)環(huán)境污染。因此，加強(qiáng)回收勢(shì)在必行，我認(rèn)為可以從以下幾方面處理。

（一）處理并摒棄：①?gòu)U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(shí)，反應(yīng)后固體物溶解，過(guò)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?。虎掼F和硫反應(yīng)生成硫化亞鐵，收集演示實(shí)驗(yàn)生成的硫化亞鐵，進(jìn)行制取硫化氫的實(shí)驗(yàn)。

（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(shí)驗(yàn)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(jí)任選一個(gè)），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(gè)實(shí)驗(yàn)的順序安排好。

總之，在實(shí)驗(yàn)工作中，用綠色化學(xué)的思想來(lái)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(jiàn)，教師可結(jié)合日常生活進(jìn)行環(huán)保教育。如舊報(bào)紙、廢書(shū)不能用來(lái)包食物，因?yàn)橛∷⑵返挠湍泻秀U；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(huì)嚴(yán)格要求自己，還會(huì)向周圍的人宣傳，使更多的人受到教育，注意保護(hù)環(huán)境。

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