淺談綠色化學(xué)思想在無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科中的體現(xiàn)

淺談綠色化學(xué)思想在無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科中的體現(xiàn)

林三泰

(韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東 潮州 521041)

摘要：通過(guò)對(duì)綠色化學(xué)思想在無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科作用的分析，研究其在無(wú)機(jī)化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類(lèi)創(chuàng)造了高度的物質(zhì)文明，化學(xué)作為中心學(xué)科，起到了推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)步的極其重要作用。但是隨著化學(xué)科技的發(fā)展，也加大了對(duì)自然資源的無(wú)限制消耗，加重了對(duì)環(huán)境污染和生態(tài)平衡的破壞。在此形勢(shì)下，綠色化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，其在污染源頭防止污染產(chǎn)生的科學(xué)理念，是對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)思維的創(chuàng)新與發(fā)展。

因此，我們可以在無(wú)機(jī)化學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)各種教育環(huán)節(jié)、渠道，全方位滲透綠色化學(xué)思想，使學(xué)生樹(shù)立起綠色意識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)研究能力，提高科學(xué)素質(zhì)水平。而對(duì)于中學(xué)化學(xué)教學(xué),綠色化學(xué)思想意識(shí)的傳遞不僅是素質(zhì)教育的要求,更是樹(shù)立環(huán)保意識(shí),實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的現(xiàn)實(shí)需要。化學(xué)教師綠色意識(shí)的樹(shù)立是綠色化學(xué)走向中學(xué)課程的前提,教師的觀念會(huì)在教學(xué)過(guò)程中潛移默化地傳授給學(xué)生。因此,無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科教學(xué)中綠色化學(xué)思想的有效滲透極其重要。

1.綠色化學(xué)概述

綠色化學(xué)又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)。是指在制造和應(yīng)用化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)有效利用(最好可再生)原料，消除廢物和避免使用有毒的或危險(xiǎn)的試劑和溶劑的一門(mén)學(xué)科。綠色化學(xué)的最終目標(biāo)是在生產(chǎn)可造福人類(lèi)的化學(xué)產(chǎn)品的同時(shí)，從源頭防止污染的產(chǎn)生，研究的是與環(huán)境友好的化學(xué)反應(yīng)和技術(shù)，利用化學(xué)來(lái)預(yù)防污染。綠色化學(xué)是“預(yù)防污染”的根本手段。從科學(xué)觀點(diǎn)看，綠色化學(xué)是化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的更新; 從環(huán)境觀點(diǎn)看，它是從源頭上消除污染; 從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，它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。它的主要特點(diǎn)是具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，實(shí)現(xiàn)“零排放”。既能夠充分利用資源，又能夠?qū)崿F(xiàn)防止污染。

2.綠色化學(xué)教育思想概述

綠色化學(xué)教育思想具體是指以綠色思想為化學(xué)教學(xué)的指導(dǎo)理念，并將化學(xué)的真理特性與化學(xué)和人文需要的合理性結(jié)合起來(lái)，以求達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綠色意識(shí)的目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)。高中綠色化學(xué)教學(xué)是一個(gè)包含科學(xué)的指導(dǎo)思想、綠色的化學(xué)工藝與技術(shù)以及綠色化的教學(xué)模式在內(nèi)的一個(gè)完整的教學(xué)體系。同時(shí)，在具體的教學(xué)實(shí)踐中，還應(yīng)當(dāng)將綠色思想實(shí)際運(yùn)用到實(shí)際生活中，以達(dá)到將保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的思想深深植根于學(xué)生的腦海和學(xué)以致用的目的。

3.無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科中的綠色化學(xué)思想體現(xiàn)

3.1　綠色化學(xué)思想在無(wú)機(jī)化學(xué)理論教學(xué)中的體現(xiàn)

3.1.1在教學(xué)中滲透綠色化學(xué)的相關(guān)知識(shí)。

教材是教學(xué)依據(jù)的根本性資料。因此，將綠色化學(xué)思想引入高中化學(xué)課堂就需要從教學(xué)內(nèi)容上入手。當(dāng)然，對(duì)教材內(nèi)容的調(diào)整要在保證完成原有高中階段化學(xué)教學(xué)任務(wù)的基礎(chǔ)上，添加適量的綠色化學(xué)內(nèi)容，此外，還要將原有的內(nèi)容與綠色化學(xué)元素結(jié)合起來(lái)。例如，在講解有機(jī)化和塑料時(shí)，教師可以根據(jù)廢棄塑料的回收利用為內(nèi)容，讓學(xué)生自己討論廢棄塑料的可能用途，以提高學(xué)生對(duì)于變廢為寶理念的認(rèn)知和實(shí)踐。

具體例子，在講解化學(xué)反應(yīng)與能量這一內(nèi)容時(shí)，可以將學(xué)生引入提高燃料燃燒效率和研發(fā)清潔燃料的領(lǐng)域。引出當(dāng)今世界的主要能源仍是煤、石油、天然氣等。然而,這些天然能源資源總是有限的,且其燃燒過(guò)程放出大量的SO2、NOx、CO2等大氣污染物。需開(kāi)發(fā)新能源,如:化學(xué)能、太陽(yáng)能、風(fēng)力能、核能、水力發(fā)電、氫能源等。其中對(duì)氫能源的研究近年來(lái)獲得了迅速的發(fā)展。氫氣作為燃料的最大優(yōu)點(diǎn)是它燃燒后生成物是水,不會(huì)污染環(huán)境,且資源豐富(水)。因此,各國(guó)對(duì)氫能源的研究愈加重視。另外,在化學(xué)電源中,氫燃料電池也是一種理想的、高效率的、無(wú)污染的能源裝置。通過(guò)滲透綠色化學(xué)思想提高學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。

3.1.2在教學(xué)中鼓勵(lì)重新設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境友好的化學(xué)反應(yīng)途徑和產(chǎn)品。

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中，對(duì)于希望能更高效地制取目標(biāo)產(chǎn)物或?qū)τ谝恍┊a(chǎn)生有毒化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)可以采用其他途徑的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以，可以引導(dǎo)學(xué)生盡量通過(guò)多種途徑去設(shè)計(jì)合成路線,然后選出制備相同量的目標(biāo)產(chǎn)物時(shí),反應(yīng)物用量、副產(chǎn)物、步驟都最少,污染又最小的合成路線,這是原子利用率最高的反應(yīng)途徑。例如，硫酸銅是制備其它銅化合物的重要原料。教材中講到制備硫酸銅兩種常見(jiàn)的方法，即濃硫酸溶解法和氧氣和稀硫酸與銅反應(yīng)的制法，其反應(yīng)分別為：

Cu+2H2SO4(濃)==CuSO4+2H2O+SO2

2Cu+2H2SO4(稀)+O2==CuSO4+2H2O

上述方法能耗較大，產(chǎn)率低，且第一種方法產(chǎn)生的SO2對(duì)空氣污染嚴(yán)重。目前用O2和稀H2SO4及Cu在有HNO3催化的情況下，低壓一步制備CuSO4的方法，其優(yōu)點(diǎn)是能耗小，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率高。其反應(yīng)方程式為：

2Cu+O2+2H2SO4(稀)==CuSO4+H2O

(反應(yīng)條件為：在60-90℃，0.5-1MPA，HNO3為催化劑)

此時(shí)，可以引出重要的綠色化學(xué)概念——“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng)，即原料究竟有百分之幾的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不再產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的零排放。可見(jiàn)制CuSO4的反應(yīng)可改變成低壓一步法的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，這是一種對(duì)環(huán)境友好的工藝。

3.2　綠色化學(xué)思想在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的體現(xiàn)

3.2.1在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中采用綠色的化學(xué)試劑。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量選擇無(wú)毒無(wú)害試劑或具有潛在環(huán)保屬性的試劑。一般無(wú)機(jī)化學(xué)教材,只簡(jiǎn)單地談到Cl2、SO2具有漂白作用,可使某些染料和有機(jī)色質(zhì)褪色。既未指出它們對(duì)環(huán)境污染造成的危害,也沒(méi)討論如何治理它們對(duì)環(huán)境造成的污染。對(duì)此,我們進(jìn)行綠色化學(xué)知識(shí)的補(bǔ)充,即把有氯漂白或SO2漂白改為無(wú)氯漂白和無(wú)SO2漂白,可用O2、O3、H2O2、Na2O2等物質(zhì)選擇性地用于棉、麻、紙張、動(dòng)物毛發(fā)等的漂白,使用它們的無(wú)污染漂白對(duì)傳統(tǒng)的造紙業(yè)將是一場(chǎng)綠色革命。又如將鑒定溴離子和碘離子時(shí)使用的氯水改為雙氧水,可以省去制備氯氣的煩瑣操作,避免氯氣、氯水對(duì)環(huán)境及健康造成的不良影響,又可以讓學(xué)生對(duì)學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用。另外在實(shí)驗(yàn)時(shí)盡量選擇水作溶劑,應(yīng)盡量避免有毒、有害和揮發(fā)性有機(jī)溶劑使用,尤其是鹵代烴類(lèi)溶劑的使用。

3.2.2在進(jìn)行無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，多推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是著眼于環(huán)境安全和污染預(yù)防的需要,用盡可能少的藥品,在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn),具有節(jié)省試劑、減少污染、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、安全、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn),還可以起到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,強(qiáng)化動(dòng)手能力的訓(xùn)練,培養(yǎng)創(chuàng)新思維,強(qiáng)化環(huán)保觀念等積極作用。如鹵素的性質(zhì)實(shí)驗(yàn),所用藥品種類(lèi)多,份量大,實(shí)驗(yàn)中盡量改用滴板替代試管做實(shí)驗(yàn),或在濾紙上進(jìn)行鹵素單質(zhì)氧化性實(shí)驗(yàn),使藥品用量最小化,減少?gòu)U物污染。另外,將有H2S、SO2、NOx、HCl、Cl2等產(chǎn)生或參加的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn),改造為全封閉實(shí)驗(yàn),使反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣用相應(yīng)的化學(xué)液體吸收;并在實(shí)驗(yàn)室配備必要的通風(fēng)設(shè)備,把實(shí)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒、有腐蝕性或易爆的氣體及時(shí)排出室外;加大對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液處理及研究力度等,都是綠色化學(xué)的方法。

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，綠色化學(xué)的思想也越來(lái)越受到人們的關(guān)注和推崇。作為新世紀(jì)的接班人，有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木G色化學(xué)思想也成為現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于人才選拔必不可少的考察內(nèi)容。因此，在高中化學(xué)課堂中引入綠色化學(xué)思想是時(shí)代發(fā)展的要求。

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