綠色無機化學(xué)實驗教學(xué)之我見

摘 要：化學(xué)是一門建立在大量實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科，通過實驗驗證化學(xué)原理，促進學(xué)生對化學(xué)基本理論的理解，掌握實驗基本操作技能與方法，提高其動手能力。但是實驗過程過不可避免的會產(chǎn)生一些有毒有害物質(zhì)，不僅會對實驗人員的身體健康產(chǎn)生危害，而且會污染周邊環(huán)境。因此高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)過程中，不僅要注重學(xué)生實驗基本操作能力的提升，還要將綠色化學(xué)的理念引入課堂，節(jié)約實驗資源，提高產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。本文針對無機化學(xué)教學(xué)過程中“綠色化”的實驗教學(xué)策略進行討論。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；無機化學(xué)；實驗教學(xué)

1 推廣微型化學(xué)實驗

無機化學(xué)實驗教學(xué)中，性質(zhì)實驗主要是通過觀察實驗現(xiàn)象對物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)加以驗證，例如溶液顏色的變化情況、是否生成沉淀或溶解、產(chǎn)生氣體等，這些性質(zhì)實驗可控制試劑用量，只要保證實驗現(xiàn)象明顯，利于觀察即可，微型實驗應(yīng)運而生。實驗教學(xué)中充分利用現(xiàn)代化儀器，比如核磁共振、色譜、紫外線、紅外線等，將合成與鑒定有效融合在一起，對少量產(chǎn)物進行定性、測定即可，通過最少量的試劑應(yīng)用取得更明顯的實現(xiàn)現(xiàn)象。相比之下，微型化學(xué)實驗操作簡單，試劑用量更少，實驗成本低、效率高，可最大程度上減少化學(xué)污染。且實驗過程中產(chǎn)生的“三廢”量也更少，不僅改善實驗環(huán)境條件，而且也減少了環(huán)境污染。由此可見，微型實驗是實現(xiàn)綠色化學(xué)實驗教學(xué)的重要策略。通常推廣微型化學(xué)實驗的方法包括兩種，一種是使用實驗室現(xiàn)有的簡單器材，比如滴板等，通過簡單的操作方法取得較為明顯的實驗效果，且可降低實驗成本；另外一種方法就是利用專業(yè)的微型化儀器裝置，以獲得更加準確的化學(xué)信息與更加明顯的反應(yīng)結(jié)果，不過這種方法成本相對較高。

2 合理安排教學(xué)次序

無機化學(xué)實驗在教材編排上通常分為幾個模塊，包括實驗基本操作、化學(xué)原理與常數(shù)測定、化合物提純與制備、元素化合物性質(zhì)、綜合設(shè)計性實驗等。在教學(xué)過程中，如果可以針對不同的實驗進行次序上的調(diào)整，則可提高實驗產(chǎn)物的回收率，將前面實驗的產(chǎn)物作為后續(xù)實驗的反應(yīng)物，保證實驗的連續(xù)性。比如首先安排基本操作實驗，然后再進行無機制備實驗，粗食鹽提純后會得到氯化鈉，后續(xù)實驗中可用于配制氯化鈉溶液，或者作為分析化學(xué)實驗中天平稱量練習(xí)的原材料；再比如硫酸亞鐵銨制備實驗中，制備出的硫酸亞鐵銨相比其它亞鐵鹽性質(zhì)更加穩(wěn)定，故可用于后續(xù)鐵系元素實驗中配制Fe2+溶液。這種實驗教學(xué)方法可有效減少實驗過程中藥品的浪費，而且將污染排施量控制在最小范圍內(nèi)，控制環(huán)境污染；此外，還可以培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識與環(huán)境意識。

3 優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

無機化學(xué)實驗會用到多種試劑，特別是元素化學(xué)實驗，基于綠色化學(xué)教學(xué)理念下，要從根本上阻止污染，對實驗教學(xué)內(nèi)容予以優(yōu)化，具體可以從以下兩個方面進行：

一方面，將劇毒實驗盡量刪除，或做出改進。選擇實驗時，盡量刪除一些毒性較大、危險性較大、“三廢”處理比較困難的無機化學(xué)實驗，而實驗過程中盡量不用無法回收、無法再生、無法重復(fù)使用的藥品原料。如果某些實驗內(nèi)容十分必要，無法刪除，則可以利用多媒體技術(shù)將實驗過程進行還原，讓學(xué)生通過計算機操作獲得身臨其境的感染。利用多媒體模擬化學(xué)實驗，利用文字、聲音、圖像、動畫等多種形式對實驗過程進行仿真，將一些試劑耗量大、成本高、毒性大、對環(huán)境污染嚴重的實驗?zāi)M出來，真正實現(xiàn)“零排施、零污染”。

另一方面，盡量尋找替代品，用無毒、低毒化學(xué)制劑取代有毒化學(xué)試劑。比如沉淀-溶解平衡實驗，其主要目的是利用溶度積規(guī)則及平衡移動原理對沉淀的生成、溶解、分步沉淀、沉淀的轉(zhuǎn)化等進行驗證。傳統(tǒng)實驗通常采用Pb2+和CrO42-作為沉淀離子及沉淀劑，雖然可以取得較為明顯的實驗現(xiàn)象，但是實驗廢液中會含有大量Pb、Cr等有毒重金屬，排放出去會嚴重污染水資源。針對這種情況，可以在綠色化學(xué)理念下，根據(jù)溶度積規(guī)則選則其它沉淀離子及沉淀劑，對傳統(tǒng)實驗予以改進，在達到實驗?zāi)康那疤嵯?，將有毒物質(zhì)的應(yīng)用與排放控制在最小范圍內(nèi)。

4 科學(xué)處理實驗“三廢”

在無機化學(xué)實驗教學(xué)過程中，雖然采用各種方法試圖控制污染，但廢氣、廢水、固體廢棄物是無可避免的，因此“三廢”的處理至關(guān)重要。具體而言，可以采取下列幾種方法：中和法：通常適用于含酸及含堿廢液。pH值調(diào)節(jié)法：主要針對一些含汞、鋅、銅、鉛、錳等含有重金屬離子的廢液，在堿性條件下加入Na2S，生成硫化物沉淀，通過靜置分離，再將溶液酸堿度調(diào)節(jié)在pH值6-8，再排放出去。硫酸亞鐵法：基于酸性條件下，把含Cr（VI）的廢液使用FeSO4還原成Cr（III），再加入堿液生成Cr（OH）3進行沉淀，通過靜置分離，再將溶液酸堿度調(diào)節(jié)在pH值6-8排放出去。硫化物沉淀法：主要針對一些包含銀化合物的廢液。增加吸收裝置：主要針對一些包含H2S、NO2等廢氣的實驗，增加吸收裝置可使H2S通入硫酸銅溶液，而堿可以吸收Cl2、NO2、SO2等物質(zhì)。采用上述方法處理“三廢”會產(chǎn)生少量廢渣，固體廢棄物可以找一個遠離水源的地方掩埋于地下。

[參考文獻]

[1]李汝奕，于劍峰，羅立文，等.無機及分析化學(xué)實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的構(gòu)建[J].廣東化工.2013，40（6）：163-164.

[2]陳功軒，張蕾，黃青，等.創(chuàng)建綠色、高效無機化學(xué)實驗室的探討[J].實驗技術(shù)與管理.2012，29（9）：187-190.

[3]楊天林，楊文遠，倪剛.改革實驗教學(xué)，走綠色化學(xué)之路——以無機化學(xué)實驗教學(xué)為例[J].實驗技術(shù)與管理.2012，29（4）：17-20.

[4]陳召勇，朱華麗.淺析高校《無機材料化學(xué)實驗》課程教學(xué)革新[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊.2010（2）：44，46.

[5]黃良仙，顧玲，李俊國，等.實現(xiàn)無機及分析化學(xué)實驗綠色化的探索與實踐[J].化學(xué)試劑.2010，32（2）：186-188.

[6]鐘國清，蔣琪英.無機及分析化學(xué)實驗教學(xué)的綠色化探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索.2010，29（9）：150-153.