淺談綠色化學理念下的化學實驗教學策略

摘 要 對綠色化學及其特點進行概述，闡述化學實驗綠色化的重要性，在綠色化學的理念下就化學實驗的教學策略提出幾點建議：規(guī)范實驗操作；合理處理“三廢”；微型化學實驗；降低藥品濃度、合理更換實驗藥品，減少污染；建立虛擬化實驗室。

關鍵詞 綠色化學；實驗；仿真實驗

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）05-0048-02

1 綠色化學的含義及特點

綠色化學又稱環(huán)境友好化學[1]，是一個多學科交叉的廣泛的研究領域，它涉及有機合成、催化、生物化學、分析化學等學科，這些學科的知識關系綠色化學的應用與發(fā)展[2]。其核心內容主要體現(xiàn)在5個“R”：Reduction、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection（即減量、重復使用、回收、再生、拒用）。即綠色化學的核心是從源頭減少使用有害物質，減少副產物的產生，實現(xiàn)整個過程達到零污染和零排放的理想狀態(tài)。世界上許多國家都把綠色化學作為新世紀的主要研究方向之一。

“綠色”意味著無污染。利用一系列方法和化學原理從源頭減少和避免工業(yè)生產中有毒有害物質的使用和產生，從而消除環(huán)境污染，這與治理污染的方法有本質的不同。綠色化學的特點有：1）選用無毒、無害的原料，合理使用資源和能源；2）在反應過程中盡量減少向環(huán)境排放有毒、有害的物質；3）具有“原子經濟性”，反應物的原子盡可能實現(xiàn)100%轉化，以避免產生副產物，最終實現(xiàn)零排放；

4）生產出對環(huán)境、社會、人類友好健康的產品；5）循環(huán)利用，降低濃度或減量使用物質。

2 化學實驗綠色化的重要性

綠色化學進入化學教育領域是一個值得思考和探索的問題。為了避免化學尤其是化學實驗室成為新的環(huán)境污染源[3]，在化學實驗教學中實行綠色化學教育，秉承綠色化學的理念，有助于培養(yǎng)學生的綠色環(huán)保意識以及保護環(huán)境的責任感，具有重要的現(xiàn)實意義。

讓學生從身邊做起，在細節(jié)之處注意對環(huán)境的保護。指導學生進行綠色實驗，使綠色化學扎根于學生的頭腦中；引導學生用綠色化學的方法分析問題，使這種理念貫穿在他們將來的工作中，以求從源頭上阻止污染，維護生態(tài)環(huán)境和人類的和諧發(fā)展。

3 化學實驗綠色化的教學策略

在綠色化學和可持續(xù)性發(fā)展理念的指導下，從實驗入手對學生進行綠色化學教育最為直接有效。本文從規(guī)范操作、安全使用藥品、處理好“三廢”、微型化實驗等幾方面進行闡述。

規(guī)范實驗操作 化學實驗需要接觸和使用化學試劑，有些試劑有毒、有腐蝕性，且在實驗中還會產生有毒物質，因此必須要求學生嚴格規(guī)范實驗操作，設計合理的實驗路線，遵守實驗步驟，正確合理地取用藥品，正確安裝實驗裝置，科學處理實驗中產生的污染物，避免浪費原料和能源、污染環(huán)境，同時防止在實驗中發(fā)生危險，給師生帶來傷害。實驗室要安裝通風櫥，以防有害氣體污染環(huán)境、危害健康。嚴格規(guī)范學生的實驗操作，既是保證自己和周圍人安全的需要，又具有環(huán)保意義。

合理處理“三廢” 化學實驗特別強調培養(yǎng)學生的動手能力，很少涉及“三廢”對環(huán)境的污染及處理，這使學生產生錯誤認識，認為化學本身或工業(yè)生產一定會破壞環(huán)境，人類無法避免化學產生的污染和帶來的環(huán)境污染等問題[4]。

1）廢氣的處理。對實驗產生的有害尾氣通常采用吸收法，有效消除廢氣污染。根據(jù)氣體的性質選擇合適的吸收劑，如酸性氣體用堿溶液氫氧化鈉吸收，堿性氣體用酸性溶液吸收。

教材中的實驗，通過改進實驗裝置，減小廢氣污染。進行綠色化設計和改進，要從儀器裝置、藥品、操作方法等方面進行分析改進，在確保實驗結果的前提下，改進后的實驗試劑用量少、方便操作、現(xiàn)象易于觀察、污染小，具有科學性和實用性。

2）廢液的處理。分類處理實驗產生的廢液，是化學實驗綠色化的重要環(huán)節(jié)[5]。可從下幾個方面對廢液進行無污染處理。

①分開收集酸液和堿液。實驗產生的廢液中酸性和堿性殘留較多，分類回收，無雜質的可以直接用于實驗，不能直接使用的還可用于尾氣吸收，這對化學實驗的綠色化有著積極意義。

②學生實驗廢液的回收。學生分組實驗時，藥品用量大，會產生很多廢液，更需要回收處理利用，不僅可以降低實驗成本，更是減廢的需要。

3）廢渣的處理。化學實驗大多會產生殘渣，其中有的是沒參加反應或沒有反應完全的反應物，有的是反應產物。如過氧化氫分解中的催化劑二氧化錳，屬于重金屬類化合物，直接扔掉會造成污染，可以過濾、洗滌干燥后再利用?？茖W合理地回收和處理廢渣，變廢為寶，是實現(xiàn)綠色化學實驗的重要環(huán)節(jié)[6]。

微型化學實驗 開展綠色化學實驗是實施綠色化學最直接、最有效的途徑，因此，在實驗教學中滲透綠色化學理念是非常重要的[7]。微型化學實驗中試劑的用量只有常規(guī)實驗的幾十分之一到幾千分之一，以盡可能少的試劑來獲得所需的化學信息、實驗原理與技術。實驗微型化，在保證實驗效果的基礎上，減少試劑用量，節(jié)省原料和時間，減少危害和污染，使得化學實驗達到綠色化。高職化學中許多實驗都可以微型化，并能取得較好的效果。同時培養(yǎng)學生節(jié)約的習慣，深化環(huán)保的意識。

如研究并驗證二氧化硫（SO2）性質的微型實驗，圖1中有4條長度少于試管直徑的試紙和濾紙條，分別為：1-濕潤的藍色石蕊試紙，2-蘸有品紅試液的濾紙條，3-蘸有KMnO4溶液的濾紙條，4-濕潤的淀粉KI試紙。另外，5-Na2SO3晶體，6-吸有濃硫酸的膠頭滴管，7-盛有NaOH溶液試管。實驗過程中僅需滴幾滴濃硫酸就可以觀察到明顯的變化。

現(xiàn)象：濕潤的藍色石蕊試紙變紅；蘸有KMn04溶液的濾紙條紫紅色褪去；品紅試紙褪色；濕潤的淀粉KI試紙無

現(xiàn)象。

結論：SO2具有酸性、還原性、漂白性，氧化性弱于單質I2。

優(yōu)點：裝置簡易嚴密，可操作性強，最后用NaOH溶液吸收多余的SO2氣體，安全綠色。

改良后的實驗效果：簡化了實驗裝置、少量藥品、環(huán)保無危害。微型實驗不是依照傳統(tǒng)、簡易的化學實驗，而是采用新思路、新方式的創(chuàng)新型化學實驗，它體現(xiàn)了綠色化學的核心理念，保護環(huán)境。

降低藥品濃度，合理更換實驗藥品，減少污染 預防化學污染的理念是綠色化學實驗的最大特點，因為污染一旦形成，就需要用物理、化學方法進行治理，否則將會破壞環(huán)境，危及人類健康，造成損失。因此，優(yōu)先選擇預防污染而不是治理污染。要想解決這個問題，就需要用綠色化學的方法避免或減少使用和產生有害物質[8]。

實驗中從綠色化的目標出發(fā)，適當降低藥品的濃度，減少試劑的用量，更換無毒無害的實驗藥品，改進實驗裝置，發(fā)展微型化實驗，力求消除或減少污染源，讓學生在實驗的設計、操作過程中真正感受到保護環(huán)境的重要性。例如：實驗室用H202分解制O2代替氯酸鉀分解的方法，從原料和反應過程都達到綠色化目標；常規(guī)“碘的萃取”實驗中選擇苯做萃取劑，而苯是一種無色、易揮發(fā)、毒性很高的液體，更換成四氯化碳做萃取劑更安全、環(huán)保。

改進實驗手段，建立虛擬化實驗室 對于儀器、試劑價格昂貴，危險或反應條件苛刻，污染嚴重的實驗，可以改進實驗手段，采用多媒體系統(tǒng)進行仿真實驗或觀看實驗錄像等方法，建立虛擬化的實驗室，不僅化學試劑和儀器裝置零投入，而且廢棄物也零排放。虛擬實驗操作不受實驗條件、藥品、儀器的限制，可以緊密結合當今化學學科的最新成就和發(fā)展趨勢，同時結合綠色化學有針對性地設計課件，激發(fā)學習興趣。將視頻和動畫引入課堂，使課堂教學富于趣味性和啟發(fā)性。利用多媒體技術對實驗原理、裝置、流程、實驗過程進行仿真，改進實驗手段，消除不當操作導致的不良后果，達到減少安全隱患、減少污染的目的，實現(xiàn)化學實驗綠色化的目標。

4 結語

綠色化學是實現(xiàn)人與自然和諧相處、社會經濟可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。要不斷摸索和改進化學實驗教學策略，結合現(xiàn)有的實驗條件做到物盡其用，點滴之中體現(xiàn)綠色化學的理念，培養(yǎng)學生對綠色化學的感悟和創(chuàng)新精神，提升學生實驗操作能力，促進學生全面發(fā)展。

參考文獻

[1]楊家玲.綠色化學與技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2004.

[2]龍斌，張慶華，王虹.開展綠色化學教育 弘揚綠色化學精神[J].衡水師專學報，2004（2）：27-30.

[3]李高峰，唐艷婷.科學概念教學五要素[J].生物學教學，2010（2）：9-11.

[4]劉元根.綠色化學與中學化學教育[J].高等函授學報：自然科學版，2000（5）：12-14.

[5]章小芳.中學化學實驗綠色化的嘗試[J].理科考試研究：綜合版，2013（7）：69-71.

[6]耿立廣.淺談如何在高中化學教學中滲透綠色化學教育[J].學知報，2010（10）：1-2.

[7]考其克.學習與教學策略[M].伍新春，等，譯.北京：北京師范大學出版社，2007.

作者：葉國華，山東中醫(yī)藥高等?？茖W校副教授，主要從事中藥化學分析的教學與科研工作（264199）。