都市型農林院校普通化學實驗綠色微型化探討

梁丹　趙建莊　于寶義

摘要 介紹了都市型農林院校普通化學實驗綠色微型化的涵義及意義，結合農林院校的實際情況，就如何實現(xiàn)普通化學實驗綠色微型化，分別從培養(yǎng)學生正確發(fā)展觀、做好化學實驗綠色化過程管理等方面進行深入討論，對如何實現(xiàn)普通化學實驗綠色微型化提出了具體、可行性的意見和建議。

關鍵詞 普通化學實驗；綠色微型化；都市型農林院校

中圖分類號 O6-3；G642 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）16-0280-02

綠色化學是在化學品的設計、生產(chǎn)和應用中，利用化學原理消除或減少有毒有害物質的使用和產(chǎn)生，同時設計沒有或盡可能少的環(huán)境負作用、在技術和經(jīng)濟上可行的產(chǎn)品和化學過程。新設計的化學合成方法和化工產(chǎn)品可以從源頭根除污染源[1-3]。在實驗理論思維的基礎上，開展微型化學實驗，其實驗試劑用量為常量實驗的1/1 000～1/10。這是新型的實驗方法，可以減少資源消耗和化學污染，被譽為化學實驗的革命，是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在化學實驗中的具體體現(xiàn)[4]。

普通化學實驗是農林院校學生入校第一門重要化學基礎實驗課。以北京農學院為例，普通化學課程是分析化學、有機化學、物理化學、環(huán)境化學、儀器分析、生物化學、土壤化學、飼料分析、食品化學、植物生理、動物生理等課程的必要先修課，是培養(yǎng)都市型農林專門技術人才的整體知識結構及能力結構的重要組成部分。普通化學實驗面向全校食品、農學、資源、安全、動物科學、動物醫(yī)學、園藝、園林、植保、林學、包裝、技術、工程本科以及相應的專科、高職和繼續(xù)教育等10余個專業(yè)開設，受眾多、涉及面廣。

所謂都市型農林院校，就是全力培養(yǎng)立足都市，融入郊區(qū)，以服務都市農村、農民和農業(yè)為己任，有文化、懂技術、善經(jīng)營的應用型、復合型人才的院校。這些院校所培養(yǎng)的學生大部分從事與農業(yè)相關的工作，其綠色化學觀念樹立與否，直接關系到我國廣大農村的生態(tài)資源發(fā)展方向。

結合微型化學實驗特點、綠色化學理念以及我校的實際情況分析討論，普通化學實驗綠色微型化已成為一種發(fā)展趨勢，對培養(yǎng)高素質人才以及都市型農林院校實驗教學改革具有重要意義。

1 綠色化學理念在實驗教學中的應用

在學生第1次實驗課，把實驗中由于環(huán)保意識淡漠、操作不規(guī)范或“三廢”不經(jīng)處理直接排放的危害告訴學生，認識到環(huán)境保護的重要性，培養(yǎng)其良好的實驗操作習慣，自覺維護化學實驗室環(huán)境保護工作，主動將廢液倒入廢液桶中進行回收。

讓學生參與到廢液處理、回收以及循環(huán)利用的過程中，使其真正意識到自己是環(huán)境的保護者，增強其環(huán)保意識、使命感與責任感。如實驗中產(chǎn)生的廢酸，讓學生們先加水稀釋，再加入石灰水中和，待達到排放標準后再進行排放。學生們在參與的同時既加強了綠色化學意識，又提高了化學知識的運用能力，培養(yǎng)了學生正確的發(fā)展觀。

2 化學實驗綠色化過程管理內容

根據(jù)綠色化學的原則， 化學實驗綠色化的主要內容包括以下方面[5]。

（1）化學試劑綠色化。選擇無毒或毒性較小的試劑及利用可再生資源等物質作試劑。

（2）化學溶劑綠色化。應盡量選擇水作溶劑，避免有毒有害和揮發(fā)性有機溶劑的使用，特別是鹵代烴類溶劑的使用。

（3）反應條件綠色化。應選擇無有毒副產(chǎn)物生成或有毒副產(chǎn)物生成最小化的反應條件。

（4）化學反應綠色化。應選擇不產(chǎn)生或少產(chǎn)生“三廢”的化學反應。

（5）反應產(chǎn)物綠色化。反應的生成物（產(chǎn)物和副產(chǎn)物）應無毒無害， 是環(huán)境友好產(chǎn)品。

（6）反應劑量綠色化?；瘜W反應所需試劑、溶劑、催化劑的用量在保證實驗效果的前提下，達到實驗劑量最小化。

（7）反應末端處理綠色化。對實驗產(chǎn)生的“三廢”進行無毒無害化處理，確保污染最小化。

3 化學實驗綠色微型化改革

為了做到化學實驗綠色微型化過程管理，從以下幾個方面對普通化學的綠色化進行改革探索。

3.1 普通化學實驗內容綠色化

教材是教學內容的體現(xiàn)形式，是教學的基礎[6]。以往在編寫實驗教材時，較多從代表性、高復現(xiàn)性、典型性等方面考慮，沒有考慮到實驗過程及實驗試劑對環(huán)境的污染問題。近來在編寫實驗教材時，首先考慮環(huán)境友好型實驗內容及實驗方法，針對普通化學實驗中的一些基本原理、基本操作和元素性質等內容，一方面培養(yǎng)學生實驗技能，同時兼顧化學試劑、產(chǎn)物的毒性，盡量避免毒性大、“三廢”處理困難的實驗，而選擇污染小、低毒、產(chǎn)物易于處理的實驗。如在實驗內容選擇上，刪減了氧化還原實驗中與鋇鹽、汞鹽相關的實驗；重結晶法提純晶體的實驗中，把粗食鹽的提純改成硫酸銅的提純，這樣就避免了在粗食鹽提純中用到重金屬-氯化鋇試劑，減少環(huán)境污染。已有沉淀離子及沉淀劑實驗中，常用Pb（NO3）2、AgNO3、K2CrO4等有毒重金屬和貴金屬，嚴重污染水及土地資源。根據(jù)綠色化學理念，將沉淀離子及沉淀劑改為Cu2+、Fe3+、NaOH，使普通化學實驗內容綠色化。

3.2 開展微型、半微型化學實驗

微型化學實驗有安全、減少污染、便于攜帶以及節(jié)約實驗材料和時間等優(yōu)點。微型化裝置控制實驗消耗固體藥品和液體藥品分別控制在0.12 g和0.15 mL水平以下，節(jié)約化學試劑藥品的同時把化學產(chǎn)物污染降到最低。如普通化學的性質實驗，采用試管實驗時化學試劑使用量為1～2 mL，若改進采用微型實驗裝置井穴板，一滴至幾滴化學試劑使用量即可完成實驗要求，達到減少污染排放、降低成本的目的。因此，在高校化學實驗中，開展微型實驗意義重大。與此同時，微型化學實驗也遇到一些發(fā)展瓶頸，如與常量實驗儀器相比價格較高，普及率低；藥品的用量小，用量較難把握，易造成較大的實驗誤差；另外有些實驗必須采取常量實驗，這樣才更符合實際需要等問題的存在，造成微型實驗模式難以普及。因此，推廣微型化學實驗時，著重推廣微型實驗的“微”的思想，進行常量實驗的半微量或減量改革，即在確保實驗效果前提下，通過常量儀器減少試劑用量開展實驗。如在酸堿滴定實驗中，把50 mL滴定管改成25 mL滴定管，250 mL錐形瓶改為100 mL的錐形瓶依然可以完成滴定。在硫酸銅提純實驗中，粗硫酸銅的量由5 g改為3 g，同樣可達到較好的教學效果。利用現(xiàn)有常量實驗儀器最大限度減少試劑使用量，達到減少環(huán)境污染的目的。endprint

3.3 開展仿真實驗教學

綠色化學的最佳狀態(tài)是實現(xiàn)化學實驗“零排放”“零污染”[7]。對于一些實驗條件高、危險性大、嚴重污染環(huán)境和控制難度大的實驗，可以運用計算機仿真模擬技術模擬實驗。如普通化學實驗元素和化合物的無機定性實驗，其是驗證性實驗，實驗過程計量較大，試劑種類多且實驗產(chǎn)物毒性大，且不易于回收和處理，嚴重污染環(huán)境；利用計算機技術仿真模擬實驗原理、裝置、過程，學生通過文字、聲音、圖像、動畫等效果達到實驗的效果，讓學生觀察實驗現(xiàn)象和操作流程的同時領會實驗原理和方法，消除了實驗中可能出現(xiàn)的危險因素且不會造成環(huán)境污染。這種新型現(xiàn)代仿真實驗教學手段非常新穎，可以極大地帶動學習積極性和主動性，獲得較好的實驗效果。

3.4 實驗產(chǎn)物回收利用及“三廢”處理

良好的實驗習慣是不造成環(huán)境污染和實驗試劑浪費的前提，應積極引導學生遵守“變廢為寶、化害為利、分別處理”的原則來處理實驗廢棄物[8-9]?；瘜W試劑和產(chǎn)物回收再利用，再根據(jù)廢棄物的性質采取適當?shù)幕瘜W方法、物理方法或生物方法進行處理[10]；實驗過程中產(chǎn)生的廢液回收到相應的廢液桶中分類回收，實驗結束后統(tǒng)一回收產(chǎn)物。如三草酸合鐵的制備實驗，將實驗所得產(chǎn)物收集起來經(jīng)處理后，再利用于三草酸合鐵配離子的定性試驗中作為實驗原料；如硫酸銅提純實驗，實驗產(chǎn)物硫酸銅晶體經(jīng)過處理后可繼續(xù)做硫酸銅提純實驗。

對于無法再次利用的廢棄物，應該集中起來，統(tǒng)一處理。廢液如少量的酸（如鹽酸、硫酸等）或堿（如氫氧化鈉等）分類收集，中和反應并調節(jié)pH值達到6.5～8.5，達到有關排放標準后排放；廢氣經(jīng)吸收、吸附、氧化或分解處理后排放；無法回收利用的有毒廢液或廢渣分類放入廢品瓶中貼好標簽后送環(huán)保部門專門處理。

4 結語

作為都市型農林院校的化學工作者，應該增強環(huán)境保護意識，在普通化學實驗的設計、準備和實驗后處理中都應考慮綠色化、微型化，不斷進行高?；瘜W實驗的綠色化、微型化改革。這樣不僅保護環(huán)境、避免浪費，而且培養(yǎng)了學生建立綠色化學的思想，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略做出自己的貢獻。

5 參考文獻

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[3] 王春娜.綠色化學實驗探討[J].北京農學院學報，2007，6（增刊1）：100-101.

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[9] 朱文祥.綠色化學與綠色化學教育[J].化學教育，2001（1）：1-4.

[10] 白林，陳明凱.綠色化學實驗[J].化學教育，2002（7-8）：51- 53.endprint