無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中綠色環(huán)保模式的探索與實(shí)踐

沈俊菊

摘 要：無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是師范院?；瘜W(xué)專業(yè)學(xué)生入學(xué)后接觸的第一門實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和環(huán)保意識(shí)具有至關(guān)重要的作用，然而現(xiàn)在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀卻不容樂觀。實(shí)驗(yàn)室污染不但嚴(yán)重威脅著師生的身體健康，也造成了周圍環(huán)境的污染，因此在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中推行綠色環(huán)保模式就顯得尤為重要。本文提出在向?qū)W生灌輸環(huán)保意識(shí)的同時(shí)，通過改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使用低毒或無毒藥品，采用微型實(shí)驗(yàn)、連續(xù)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)以及改革實(shí)驗(yàn)考核方式等改革措施來預(yù)防和減少實(shí)驗(yàn)室污染。

關(guān)鍵詞：無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色環(huán)保模式；改革措施

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的第一門實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力具有重要的作用。近年來，隨著招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室造成的污染也逐漸加重，當(dāng)前無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的在于鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，而幾乎忽略了環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。師范院校的大學(xué)生肩負(fù)著培養(yǎng)祖國(guó)下一代的偉大使命，因此在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中推行綠色環(huán)保模式，使環(huán)保意識(shí)深入人心顯得尤為重要。

1.努力提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)

當(dāng)前中國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)也造成了環(huán)境的嚴(yán)重污染。高等師范院?；瘜W(xué)專業(yè)畢業(yè)的大學(xué)生將來大部分是未來的中學(xué)化學(xué)老師。在實(shí)驗(yàn)中給學(xué)生灌輸環(huán)境保護(hù)的知識(shí)和理念，使他們認(rèn)識(shí)到環(huán)境污染的危害性，學(xué)會(huì)正確處理實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的“三廢”污染，將會(huì)潛移默化地影響我們的下一代。因而對(duì)于21世紀(jì)的青年大學(xué)生，改變傳統(tǒng)思維方式，加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)培養(yǎng)至關(guān)重要。[1]

2.跟隨時(shí)代發(fā)展，改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

目前我們所用無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的內(nèi)容和形式過于陳舊，重復(fù)內(nèi)容多，試劑消耗大，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，學(xué)生興趣低，不利于發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，也不利于綠色環(huán)保理念的滲透。因此有必要合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，認(rèn)真選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，淘汰一些對(duì)環(huán)境污染較大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如硫化氫、氯氣等的制備實(shí)驗(yàn)，毒性大的含汞試劑的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，盡量選擇低毒、污染小、價(jià)格相對(duì)便宜的試劑為原料的實(shí)驗(yàn)。在鍛煉學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，節(jié)約大量實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，最大限度地提高原料的利用率，減少污染源。

另外教材應(yīng)緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，可以涉及一些納米材料合成的實(shí)驗(yàn)。例如，以FeCl3為原料制備納米氧化鐵（Fe2O3），再進(jìn)行納米材料與普通材料的對(duì)比，可以讓學(xué)生深刻感受到納米技術(shù)的好處，也激發(fā)了學(xué)生探索的精神。另外還可以增加與生活相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。例如，可以做生物體中幾種元素的定性鑒定實(shí)驗(yàn)。

3.要正確處理實(shí)驗(yàn)中的“三廢”

對(duì)于H2S、HCl等酸性廢氣，常見的處理方法是用堿液吸收，而NH3等堿性氣體用稀酸吸收，可以用點(diǎn)燃大量CO氣體轉(zhuǎn)化為無毒的CO2再排放。在密閉體系內(nèi)做有毒氣體實(shí)驗(yàn)時(shí)，在通風(fēng)櫥氣體出口處加裝多孔性固體吸附劑，將有害物質(zhì)吸附處理后再排放到大氣中。[2]

此外，我們還可以在實(shí)驗(yàn)室種植一些吊蘭、虎皮蘭、蘆薈等能凈化空氣的綠色植物。無機(jī)實(shí)驗(yàn)中的廢渣主要是一些制備實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物，應(yīng)該集中在一起盡量回收利用，或者統(tǒng)一深埋處理。如，堿式碳酸銅可進(jìn)一步進(jìn)行熱分解反應(yīng)和制備其他銅鹽。[3]

無機(jī)實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的“三廢”污染最主要是廢液。要有效處理每次試驗(yàn)中產(chǎn)生的大量廢液，我們可以在分類回收的基礎(chǔ)上，做一個(gè)處理有毒廢液的知識(shí)庫(kù)，這樣可以提醒學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后還要做好后續(xù)工作。例如，在做ds區(qū)金屬實(shí)驗(yàn)時(shí)，鎘、汞元素的廢液都是有毒的，因此實(shí)驗(yàn)后廢液應(yīng)倒入回收瓶，再進(jìn)行處理。含汞鹽廢液應(yīng)先調(diào)pH至8～10，然后先加過量的硫化鈉，再加硫酸亞鐵，這樣就可以使汞沉淀下來，過濾分離。[4]再如，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室常用的鉻酸洗液失效后可以用高錳酸鉀氧化法使其再生，重復(fù)使用。

4.使用藥品要綠色化

在使用藥品時(shí)，我們要遵守5R原則，即減量（reduction）、重復(fù)使用（reuse）、拒用（rejection）、回收（recycling）、再生（regeneration）。[5]

使用反應(yīng)物時(shí)要盡量選擇無毒或毒性小的試劑。例如，可以用雙氧水、臭氧代替氯氣做漂白劑或氧化劑，硫代硫酸鈉代替硫化氫氣體做還原劑，用銅離子、鋅離子、氫氧根離子和硫離子代替毒性較大的鉛離子、銀離子、鉻酸根離子做沉淀劑，[6]在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下，降低成本，減少污染物的排放。萃取實(shí)驗(yàn)常用乙醚萃取乙酸水溶液中的乙酸，但是乙醚沸點(diǎn)低，易揮發(fā)燃燒，安全性低，且用乙醚做萃取劑，用量大，成本高，易污染環(huán)境。若用水做萃取劑，從乙酸乙酯—乙酸混合液中萃取乙酸，實(shí)驗(yàn)效果也很好。

5.進(jìn)行微型或半微型實(shí)驗(yàn)

微型實(shí)驗(yàn)是20世紀(jì)80年代起源于美國(guó)的一種國(guó)際上公認(rèn)的可以體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新方法新技術(shù)，其實(shí)際用量是常規(guī)的0.1%～10%。[7]這樣一來，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，消耗的藥品減少了，節(jié)約了開支，節(jié)省了時(shí)間，減少了污染。

例如，在做Cu2+的鑒定實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為取一滴0.5 mol/L CuCl2溶液于試管中，加一滴6.0 mol/L HAc溶液酸化，再加一滴0.5 mol/L亞鐵氰化鉀溶液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為有棕紅色沉淀產(chǎn)生，表示有Cu2+存在。我們只需要將普通試管換為小試管（10 mm×75 mm）即可做微型實(shí)驗(yàn)：取一滴0.1 mol/L CuCl2溶液于小試管中，加一滴2.0 mol/L HAc溶液酸化，再加一滴0.1 mol/L亞鐵氰化鉀溶液，結(jié)果同樣為產(chǎn)生明顯的棕紅色沉淀。[8]通過比較我們可以發(fā)現(xiàn)，微型實(shí)驗(yàn)所需藥品濃度降低很多，這樣節(jié)省了藥品，減少了污染，而且不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但由于所用的試劑很少，實(shí)驗(yàn)中很小的誤差便會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來較大影響，尤其是大一新生，基本操作還不熟練，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)必須加強(qiáng)指導(dǎo)、認(rèn)真仔細(xì)檢查，盡量減小誤差。

6.采用連續(xù)實(shí)驗(yàn)的方法

這是指將實(shí)驗(yàn)順序做一個(gè)調(diào)整，將同一元素的實(shí)驗(yàn)放在一起做，使前一反應(yīng)的產(chǎn)物作為下一反應(yīng)的反應(yīng)物。將原來的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，不但減少了有毒物質(zhì)的排放，還節(jié)約了時(shí)間和藥品，實(shí)驗(yàn)的連貫性也增強(qiáng)了，有利于學(xué)生系統(tǒng)地掌握知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)框架。例如，實(shí)驗(yàn)課本中將第一過渡系元素的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)放在了重鉻酸鉀的制備、高錳酸鉀的制備、二氧化鈦的制備、鈷（Ⅲ）配合物的制備實(shí)驗(yàn)前面，我們可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)順序，將這些物質(zhì)先制備出來再進(jìn)行第一過渡系元素的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，也可以在制備好一種物質(zhì)時(shí)就直接做這種物質(zhì)的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。[9]再如，在銅的氫氧化物實(shí)驗(yàn)中，可以將生成的氫氧化銅留著，接著做氧化亞銅的生成和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

7.采用全封閉的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

現(xiàn)在我們做有關(guān)硫化氫、氮的氧化物、氯氣等有毒氣體實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)于廢氣通常都是未經(jīng)收集處理便直接由通風(fēng)櫥排入大氣中。這雖然能減少對(duì)實(shí)驗(yàn)室的污染，但卻給大氣帶來污染，危害周邊居民的健康。若我們采用全封閉系統(tǒng)，可以把這些有毒氣體收集起來，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為無毒氣體，或者用試液吸收這些有毒氣體。

例如，在注射器內(nèi)進(jìn)行銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)，將一氧化氮、二氧化氮收集在注射器內(nèi)，再用氫氧化鈉溶液吸收，這樣就解決了有毒氣體隨意排放的問題。再如，做Cl2、Br2、I2的氧化性及Cl-、Br-、I-的還原性試驗(yàn)時(shí)，由于氯氣、溴蒸氣對(duì)人體氣管、肺部、眼、鼻、喉都有強(qiáng)烈的刺激作用，所以我們應(yīng)在全封閉的體系內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，收集廢氣，然后用NaOH溶液吸收。

8.計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)

在當(dāng)今計(jì)算機(jī)水平如此發(fā)達(dá)的時(shí)代，化學(xué)實(shí)驗(yàn)中也可以充分利用這一技術(shù)來幫助我們學(xué)習(xí)。這樣一來，大大激發(fā)了學(xué)生的興趣，尤其是對(duì)于元素性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。元素實(shí)驗(yàn)所需藥品種類繁多，產(chǎn)物種類多，廢液廢渣不易處理，再加上由于做實(shí)驗(yàn)人數(shù)多，時(shí)間長(zhǎng)，有的藥品由于放置時(shí)間過長(zhǎng)而被污染或失效，從而使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不明顯。但若借助計(jì)算機(jī)教學(xué)，學(xué)生通過聲音、動(dòng)畫、文字等，達(dá)到身臨其境的效果，這樣學(xué)生會(huì)加深印象，更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。

例如，在剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的第一節(jié)課，我們就可以利用多媒體教學(xué)來學(xué)習(xí)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范操作和錯(cuò)誤操作，以加深印象。再如，在做ⅠA、ⅡA元素的焰色反應(yīng)時(shí)，要求用到鉑絲，但由于鉑絲價(jià)格昂貴，難以實(shí)現(xiàn)。但若用鐵絲代替則影響實(shí)驗(yàn)效果，這時(shí)我們可以利用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)來觀察LiCl、NaCl、KCl、CaCl2、SrCl2、BaCl2溶液在氧化焰中灼燒的火焰顏色，這樣觀察起來結(jié)果清晰、準(zhǔn)確。

與傳統(tǒng)教學(xué)相比較，實(shí)施計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，做到了零污染、零投入，對(duì)于那些毒性較大、易燃易爆、存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)，無疑是一個(gè)很好的選擇。

9.改良實(shí)驗(yàn)考核方法

合理處理“三廢”是山西師范大學(xué)現(xiàn)在比較薄弱的一項(xiàng)工作，應(yīng)該在每次實(shí)驗(yàn)時(shí)都強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，多加強(qiáng)這方面的訓(xùn)練。傳統(tǒng)的考核制度并沒有將學(xué)生對(duì)“三廢”的處理情況列入其中，為了加強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，應(yīng)將“三廢”尤其是廢液處理情況也作為考查內(nèi)容之一，占到總成績(jī)的10%。這樣無形之中學(xué)生便會(huì)自覺處理廢氣、廢液、廢渣，營(yíng)造一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

隨著綠色化學(xué)概念日益深入人心，無機(jī)實(shí)驗(yàn)的綠色改革也迫在眉睫。建設(shè)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、加強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，任重而道遠(yuǎn)，需要對(duì)規(guī)章制度的完善和對(duì)儀器設(shè)備的改進(jìn)，需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員的環(huán)境意識(shí)和綠色化觀念的灌輸，需要我們共同的努力。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：山西師范大學(xué)）