綠色化學(xué)理念下的高中實(shí)驗(yàn)改進(jìn)二則

何大明++盧露苔++洪慶友??

摘 要：綠色化學(xué)是從源頭上減少或消除污染，實(shí)現(xiàn)原子利用率的最大化。本文通過(guò)微型實(shí)驗(yàn)探究二氧化硫性質(zhì)，整合裝置觀察鈉和氯氣反應(yīng)，讓學(xué)生多參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)，潛移默化地滲透綠色化學(xué)理念，不僅符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)

綠色化學(xué)（green chemistry），是研究利用在化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)和加工生產(chǎn)過(guò)程中減少或消除產(chǎn)生對(duì)人類健康和環(huán)境有害的科學(xué)，其核心內(nèi)容是從源頭上減少或消除污染，實(shí)現(xiàn)原子利用率的最大化。化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成不同程度的污染，甚至影響師生身體健康。下面筆者結(jié)合高中化學(xué)實(shí)際教學(xué)，探討綠色化學(xué)理念下的高中實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

一、 微型實(shí)驗(yàn)探究二氧化硫性質(zhì)

對(duì)比常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是開展探究性學(xué)習(xí)最有效的工具，是走向探究性學(xué)習(xí)的現(xiàn)實(shí)選擇。探究性學(xué)習(xí)是學(xué)生自主地獲取知識(shí)和技能，體驗(yàn)和了解科學(xué)探究過(guò)程、方法，形成和提高創(chuàng)新意識(shí)，樹立科學(xué)的價(jià)值觀的活動(dòng)過(guò)程。開展探究性學(xué)習(xí)，如果使用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)儀器，由于儀器規(guī)格已經(jīng)定型，比較大，組裝麻煩，占用空間大，所需藥品量多，操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，再由于分組實(shí)驗(yàn)，難以實(shí)現(xiàn)每人動(dòng)手和隨時(shí)隨處通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。相比之下，微型實(shí)驗(yàn)儀器的小巧、簡(jiǎn)便、快速、節(jié)約、安全等優(yōu)點(diǎn)，方便每位學(xué)生隨時(shí)隨處遇到問(wèn)題就設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、做實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中思考并探討結(jié)論，開展探究性學(xué)習(xí)。

在二氧化硫的制取及性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)中，儀器組裝比較復(fù)雜，藥品用量多，而且容易造成二氧化硫逸出污染環(huán)境?；诖?，筆者使用了微型實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)完成這一系列實(shí)驗(yàn)（如圖1所示）。

（一） 用6孔井穴板代替6個(gè)反應(yīng)器，塑料滴管代替分液漏斗。先檢查氣密性：在后5個(gè)井穴中裝入少量水，蓋好長(zhǎng)進(jìn)短出的導(dǎo)管塞，在第1個(gè)井穴的長(zhǎng)導(dǎo)管上插入塑料滴管，擠壓滴管，各井穴中均有氣泡冒出，說(shuō)明氣密性良好。

（二） 把水倒入大燒杯，在第1個(gè)井穴中裝入小半勺亞硫酸鈉粉末，作為制取二氧化硫所用。

（三） 在第二個(gè)井穴中滴幾滴紫色石蕊試液，檢驗(yàn)二氧化硫的酸性；在第3個(gè)井穴中滴幾滴品紅溶液，檢驗(yàn)二氧化硫的漂白性；在第4個(gè)井穴中滴幾滴高錳酸鉀溶液，檢驗(yàn)二氧化硫的還原性；在第5個(gè)井穴中，滴幾滴酸化的硫化鈉溶液，檢驗(yàn)二氧化硫的氧化性；在最后一個(gè)井穴中加入幾滴氫氧化鈉溶液，進(jìn)行尾氣處理。

（四） 蓋好長(zhǎng)進(jìn)短出的塞子，吸1/5滴管的濃硫酸，插入第1個(gè)井穴的長(zhǎng)導(dǎo)管上，輕輕擠壓滴管，觀察現(xiàn)象?？梢院芸煊^察到紫色石蕊試液變紅，品紅和高錳酸鉀褪色，硫化鈉溶液中有黃色的渾濁，一次性驗(yàn)證了二氧化硫的幾種性質(zhì)。由此不難看出，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是更有利開展探究性學(xué)習(xí)的有效工具。

二、 整合裝置觀察鈉和氯氣反應(yīng)

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置是降低污染和改善危害，有效滲透綠色化學(xué)理念的重要途徑。教師可以立足實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，結(jié)合學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和技能，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、大膽探索、突破革新，適時(shí)適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，將實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染降低到最低程度。

例如，人教版化學(xué)必修2中講授離子鍵時(shí)列舉了金屬鈉與氯氣的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)操作方法是：取一塊綠豆大小的金屬鈉，用濾紙吸凈煤油，放在石棉網(wǎng)上，用酒精燈微熱。待鈉熔成球狀時(shí)，將裝有氯氣的集氣瓶迅速倒扣在鈉的上方。

經(jīng)過(guò)實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在以下缺點(diǎn)：1、要另外搭建制取裝置收集氯氣；2、預(yù)先收集的氯氣在課堂演示時(shí)會(huì)泄露而產(chǎn)生污染，影響課堂效果；3、氯氣用量大導(dǎo)致原料浪費(fèi)；4、難以控制加熱時(shí)間。時(shí)間過(guò)短，只能看見其冒煙而不見燃燒，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鈉燃燒起來(lái)，此時(shí)將氯氣瓶倒扣在其上時(shí)不能充分說(shuō)明鈉是在 Cl2中燃燒?；谶@些，筆者進(jìn)行了如圖2所示改進(jìn)。

（一） 實(shí)驗(yàn)裝置圖和藥品

1. 按如圖2組建好裝置，檢查裝置的氣密性，在具支試管Ⅰ中加入少量的高錳酸鉀固體，在管口插入吸有濃鹽酸的注射器。

2. 在具支試管Ⅱ內(nèi)放入少許石棉絨，在石棉絨上放一粒綠豆大的金屬鈉 （吸干煤油，除去氧化膜）。

（二） 實(shí)驗(yàn)操作

1. 打開止水夾a，關(guān)閉b、c。將適量濃鹽酸滴入裝有高錳酸鉀固體的具支試管Ⅰ中，當(dāng)具支試管Ⅰ充滿黃綠色氣體時(shí)，關(guān)閉止水夾a，打開b。用注射器收集約50 mL氯氣。關(guān)閉止水夾b。

2. 加熱具支試管Ⅱ，當(dāng)金屬鈉熔成球狀時(shí)，打開止水夾c，推壓注射器，使氯氣進(jìn)入具支試管Ⅱ，會(huì)發(fā)現(xiàn)金屬鈉燃燒，然后引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象：火焰呈黃色，有濃濃的白煙；撤去酒精燈，停止推注射器，則燃燒停止。再推，金屬鈉又燃燒，火焰忽亮忽滅。反應(yīng)后，試管壁附著白色固體氯化鈉。整個(gè)過(guò)程現(xiàn)象明顯。

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，關(guān)閉止水夾c。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

（1） 整個(gè)裝置固定在一塊紙板上，體現(xiàn)了新方法、新材料的應(yīng)用。

（2） 極好的解決了氣體的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)相統(tǒng)一的問(wèn)題，即用即得，操作方便，便于控制。

（3） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試劑用量少，節(jié)約藥品，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，符合實(shí)驗(yàn)微型化。

（4） 增加尾氣吸收裝置，避免對(duì)環(huán)境的污染，符合綠色化學(xué)理念。

（5） 用注射器取用、貯存氯氣比用集氣瓶更方便、安全。

總之，綠色化學(xué)是一種新的教育理念。我國(guó)在 2003 年由國(guó)家教育部正式頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中明確提出，在設(shè)計(jì)必修課程時(shí)，應(yīng)將綠色化學(xué)理念融入其中。在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生多參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)，潛移默化地滲透綠色化學(xué)理念，不僅符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。endprint