借鑒“綠色化學(xué)”理念解決實(shí)驗(yàn)“三廢”問(wèn)題

黃媛

【摘 要】本文論述在“綠色化學(xué)”理念指導(dǎo)下通過(guò)設(shè)計(jì)迷你型實(shí)驗(yàn)，規(guī)范操作步驟，選取最佳材料，進(jìn)行無(wú)害處理，開(kāi)展模擬演示等手段，解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“三廢”問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí)。

【關(guān)鍵詞】綠色化學(xué) 三廢問(wèn)題 降低劑量 安全第一

【中圖分類(lèi)號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）01B-0142-02

隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡劣，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性。作為一線的教育工作者，教師在日常教學(xué)中也應(yīng)當(dāng)滲透綠色環(huán)保的理念，幫助學(xué)生培養(yǎng)綠色環(huán)保的意識(shí)，并避免或減少教學(xué)過(guò)程中的污染。在化學(xué)教學(xué)中，樹(shù)立“綠色化學(xué)”理念，通過(guò)設(shè)計(jì)迷你型實(shí)驗(yàn)，規(guī)范操作步驟，選取最佳材料，進(jìn)行無(wú)害處理，開(kāi)展模擬演示等手段，解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“三廢”問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生形成綠色環(huán)保的思維模式。

一、設(shè)計(jì)迷你型實(shí)驗(yàn)，降低劑量

許多化學(xué)現(xiàn)象或者相關(guān)產(chǎn)物的形成所注重的都是各反應(yīng)物的比例而非劑量，因此，教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以在保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的情況下，盡可能少地使用化學(xué)試劑，或者盡可能通過(guò)一次反應(yīng)展示多種現(xiàn)象，這樣就可以降低實(shí)驗(yàn)用量，減少污染。

比如，在教學(xué)《富集在海水中的元素—— 氯》這一節(jié)時(shí)，筆者為學(xué)生講解 Cl2 所具有的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如其色態(tài)為黃綠色氣體，有刺激性氣味，有較強(qiáng)的氧化性，溶于水具有漂白作用等。為了加深學(xué)生對(duì) Cl2 的有關(guān)性質(zhì)的了解和掌握，筆者帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行制備 Cl2 的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)課堂上的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解到，Cl2 是一種毒性氣體，刺激性強(qiáng)，如果不慎吸入，將對(duì)人體造成巨大的危害。因此制造 Cl2 的過(guò)程要保證實(shí)驗(yàn)器具密封，并盡可能少地生產(chǎn) Cl2，盡量減少其對(duì)環(huán)境的危害。于是在教學(xué)中，為了滲透“綠色化學(xué)”的理念，筆者為學(xué)生準(zhǔn)備了少量的漂白粉[含 Ca（ClO）2+CaCl2]、稀硫酸以及小號(hào)的燒瓶、分液漏斗等，使學(xué)生通過(guò)反應(yīng) Ca（ClO）2+CaCl2+2H2SO4=2CaSO4+2Cl2↑+2H2O 制備氯氣（Cl2）。這一反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置十分簡(jiǎn)潔，減少了 Cl2 在裝置中的殘留，使產(chǎn)生的 Cl2 更加集中。此外，由于發(fā)生反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器具型號(hào)較小，因此不需生成太多氯氣，學(xué)生也可觀察到黃綠色氣體充滿了整個(gè)圓底燒瓶，對(duì) Cl2 的顏色形成一個(gè)清晰的印象和認(rèn)識(shí)。將其通到放有小的紅色花朵的燒瓶中，學(xué)生可以觀察到 Cl2 主要位于燒瓶底部，因?yàn)?Cl2 的密度比空氣要大，并且紅色小花很快就褪色成了淡黃色小花，這體現(xiàn)了 Cl2 的漂白作用。

從上面的例子可以看出，教師通過(guò)設(shè)計(jì)迷你型實(shí)驗(yàn)，合理配比并減少反應(yīng)物劑量，既能獲得顯著的實(shí)驗(yàn)效果，又能減少?gòu)U氣等的產(chǎn)生，向?qū)W生滲透了“綠色化學(xué)”的理念，有助于學(xué)生養(yǎng)成保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。

二、規(guī)范操作步驟，安全第一

幾乎每年都有學(xué)校發(fā)生化學(xué)事故，造成環(huán)境污染，甚至人員傷亡。絕大多數(shù)的化學(xué)事故都是由不規(guī)范的操作步驟導(dǎo)致的，因此，教師在教學(xué)過(guò)程中要注意規(guī)范學(xué)生的操作步驟，做到安全第一，這也是“綠色化學(xué)”理念的重要體現(xiàn)。

比如，在教學(xué)《化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器、使用方法及藥品的保存》這一課時(shí)，筆者為學(xué)生講述了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用儀器及其使用方法，以及特殊實(shí)驗(yàn)藥品的保存。常用儀器的使用不僅在高考中經(jīng)?？疾?，而且也是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中影響實(shí)驗(yàn)成敗甚至人身安全的重要因素。試管是實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的一種器具，但經(jīng)常有學(xué)生會(huì)搞錯(cuò)它的使用方法。比如，在加熱 H2O2 時(shí)加入的 H2O2 占到了試管的 ，這是非常危險(xiǎn)的一種行為，在加熱時(shí)液體最多占到試管的? 才是正確的。量氣裝置和洗氣裝置也是學(xué)生經(jīng)常弄混的兩類(lèi)裝置，從導(dǎo)管位置上看，量氣裝置是氣體從高出液面一端的導(dǎo)管進(jìn)入，將廣口瓶?jī)?nèi)的液體壓入量筒中，從而得到生成氣體的體積;而洗氣裝置則是氣體從插入液面一端的導(dǎo)管進(jìn)，從高于液面的導(dǎo)管出。如果把兩種裝置弄反的話，那么在量氣時(shí)氣體從液體中經(jīng)過(guò)時(shí)被少量吸收，而洗氣時(shí)氣體難以完全經(jīng)過(guò)時(shí)液體從而使殘留在瓶中的一部分未經(jīng)洗過(guò)，這都會(huì)造成氣體的損耗，從而難以獲得精確的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)操作不僅僅是正確使用儀器這么簡(jiǎn)單，有時(shí)還需要在操作時(shí)采取輔助措施，以保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。例如，CaC2+2H2O=Ca（OH）2+C2H2↑是制取 C2H2 的實(shí)驗(yàn)。但由于實(shí)驗(yàn)生成的 Ca（OH）2 微溶于水，可能會(huì)堵住疏導(dǎo) C2H2 的導(dǎo)管的口，從而發(fā)生危險(xiǎn)，因此可以將一點(diǎn)棉花塞在導(dǎo)管口附近，防止導(dǎo)管阻塞發(fā)生爆炸，并獲得產(chǎn)物 C2H2。

化學(xué)反應(yīng)是神奇的卻也是危險(xiǎn)的，只有規(guī)范操作，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)步驟，才能安全高效地完成實(shí)驗(yàn)。這樣做既不造成污染，又不傷害人身安全。這一點(diǎn)教師應(yīng)當(dāng)特別注意。

三、選取最佳材料，力求環(huán)保

許多同類(lèi)的化學(xué)反應(yīng)都有相似的反應(yīng)產(chǎn)物和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。利用這一點(diǎn)，教師在教學(xué)時(shí)可以選取最佳的實(shí)驗(yàn)材料，在保證實(shí)驗(yàn)效果的情況下，最大限度地減少?gòu)U液廢氣等的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)科學(xué)環(huán)保。

比如，在教學(xué)《化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法》這一節(jié)時(shí)，筆者為學(xué)生講述了蒸餾和萃取這兩種常用的液體混合物分離以及提純的方法、各種化學(xué)圖標(biāo)的意義等。這是學(xué)生學(xué)習(xí)高中化學(xué)的第一堂課，他們對(duì)這一切都充滿了興趣。本節(jié)課的重點(diǎn)在于蒸餾和萃取的操作，但筆者也為學(xué)生詳細(xì)介紹了化學(xué)藥品存放的注意事項(xiàng)，如易爆和不穩(wěn)定物質(zhì)要單獨(dú)儲(chǔ)存在陰涼處，劇毒物質(zhì)要做好標(biāo)記，易揮發(fā)物質(zhì)要做好密封，在空氣中易變質(zhì)、易自燃的物質(zhì)如鈉、白磷等要存放于對(duì)應(yīng)液體中，避免接觸空氣。筆者講到白磷的存放時(shí)，學(xué)生非常好奇：“老師，我們知道白磷放在水中是為了防止它自燃，那么自燃到底是怎樣一種現(xiàn)象呢？您能為我們演示一下嗎？”考慮到白磷具有較大的毒性，而且它燃燒產(chǎn)生的 P2O5 實(shí)際上是 P4O10，會(huì)以煙的形式污染空氣，危害人體健康，因此，筆者選用了另外一種材料，Mg2Si 進(jìn)行演示。Mg2Si 不會(huì)自燃，但其遇水可發(fā)生水解反應(yīng)，Mg2Si+4H2O=2Mg（OH）2+SiH4，生成的 SiH4 在水面上即可自燃，生成 SiO2 和水。在這個(gè)過(guò)程中，沒(méi)有氣體產(chǎn)生，生成的固體物質(zhì)無(wú)毒而且易于處理，對(duì)環(huán)境的影響微乎其微。學(xué)生想要觀察自燃現(xiàn)象，用 Mg2Si 代替白磷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，既達(dá)到了觀察自燃現(xiàn)象的目的，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，可見(jiàn)選取最佳實(shí)驗(yàn)材料的重要性。

產(chǎn)生污染物的實(shí)驗(yàn)可以巧妙地用類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)替代，選取最佳的反應(yīng)材料，可以獲得相似的實(shí)驗(yàn)效果，并可以將其對(duì)環(huán)境的污染降到最小，解決“三廢”問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“綠色化學(xué)”。

四、進(jìn)行無(wú)害處理，分解中和

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，很難避免某些污染物的產(chǎn)生。在這種情況下，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行無(wú)害處理，處理好實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的“三廢”。處理的過(guò)程大多也是化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，中和反應(yīng)等可以對(duì)廢液、廢渣等進(jìn)行很好的處理。

比如，在教學(xué)《硫和氮的氧化物》這一節(jié)時(shí)，筆者為學(xué)生講述了硫等非金屬單質(zhì)及其重要化合物的化學(xué)性質(zhì)。為了加深學(xué)生對(duì) SO2 的了解，筆者帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行了 SO2 的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。Na2SO3 和稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)可以生成 SO2，即

Na2SO3+2HCl=2NaCl+H2O+SO2↑

學(xué)生通過(guò)以上反應(yīng)獲得 SO2 后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn) SO2 易溶于水，而且能夠使原來(lái)為紫色的石蕊試液變成紅色，說(shuō)明它是酸性氧化物。筆者又讓學(xué)生將生成的 SO2 通入品紅溶液中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這時(shí)溶液褪色了。這一現(xiàn)象了說(shuō)明 SO2 的漂白性。但是靜置一段時(shí)間后加熱，學(xué)生發(fā)現(xiàn)溶液的顏色又恢復(fù)為紅色。這是因?yàn)槠追磻?yīng)發(fā)生后生成的物質(zhì)不夠穩(wěn)定，受熱易分解。這時(shí)學(xué)生回憶起來(lái)：“難怪我家的草帽現(xiàn)在都變黃了，當(dāng)時(shí)肯定是用 SO2 漂白的，太污染環(huán)境了。”筆者繼續(xù)說(shuō)：“是啊，我們剛才已經(jīng)學(xué)到了 SO2 等酸性氣體對(duì)我們的環(huán)境會(huì)造成極大的危害，那我們實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污染氣體要怎樣處理呢？可以直接排放到空氣中嗎？”學(xué)生齊聲回答：“不可以。”然后筆者為學(xué)生準(zhǔn)備了堿性溶液，學(xué)生也想到了，可以讓酸性氣體與堿性溶液發(fā)生中和反應(yīng)，這樣它就可以被吸收而不會(huì)被排放出來(lái)污染空氣了。通過(guò)這一處理，學(xué)生也意識(shí)到了處理“三廢”的重要性。

對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的“三廢”的無(wú)害化處理是實(shí)驗(yàn)的最后一個(gè)步驟，也是十分重要的一個(gè)步驟。這一步蘊(yùn)含的化學(xué)原理可能并不復(fù)雜，但其滲透的“綠色化學(xué)”的理念將會(huì)對(duì)學(xué)生造成深刻的影響，也使環(huán)境得到保護(hù)。

五、開(kāi)展模擬演示，替代高危

科技的發(fā)展使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)擺脫了試劑不足、有毒有害等的限制。傳統(tǒng)方式難以演示的化學(xué)反應(yīng)，只需教師預(yù)置好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬展示。學(xué)生在模擬操作的過(guò)程中即可觀察到相關(guān)的現(xiàn)象。

比如，在教學(xué)《氨? 硝酸? 硫酸》這一節(jié)時(shí)，筆者為學(xué)生講解了氨氣、硝酸、硫酸的化學(xué)性質(zhì)。因?yàn)榘痹诠I(yè)中的廣泛應(yīng)用，這一節(jié)在整個(gè)高中化學(xué)中有著比較重要的地位。而在這一節(jié)的內(nèi)容中，氨的學(xué)習(xí)尤為重要，因?yàn)樵趯?duì)氨的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以復(fù)習(xí)可逆反應(yīng)，N2+3H2=2NH3，這一反應(yīng)正向逆向同時(shí)進(jìn)行，可逆反應(yīng)是高考中常出現(xiàn)的一類(lèi)題;還可以復(fù)習(xí)氧化還原反應(yīng)，氨氣和 Cl2 可以發(fā)生反應(yīng) 3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2，氨氣中的 N 被氧化;而且可以為后續(xù)氨鹽等的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。此外，NH3 具有極易溶于水的物理性質(zhì)，因此有一個(gè)非常典型的噴泉實(shí)驗(yàn)。但由于氨氣有強(qiáng)烈刺激性臭味，且會(huì)破壞血紅蛋白的運(yùn)氧功能，實(shí)驗(yàn)對(duì)密封性要求極高。為了保證學(xué)生的人身安全，筆者利用 Nobook 虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生開(kāi)展了模擬演示。學(xué)生可以通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)器材如燒瓶、酒精燈等進(jìn)行模擬操作，認(rèn)真體會(huì)每個(gè)步驟，并且在正確的操作后可以看到明顯逼真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即在水與 NH3 接觸時(shí)引發(fā)噴泉。水中溶有酚酞，而氨溶于水生成氨水使酚酞呈現(xiàn)紅色，因此噴泉顏色為紅色。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在安全的情況下體會(huì)到了 NH3 極易溶于水的性質(zhì)。

有許多危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)環(huán)境、用品等的限制，的確不宜在高中課堂中進(jìn)行。利用計(jì)算機(jī)開(kāi)展的模擬演示實(shí)驗(yàn)，則可以幫助學(xué)生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步理解和掌握，避免了危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了“綠色化學(xué)”。

總而言之，“綠色化學(xué)”這一理念對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。借鑒這一理念，不僅可以減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的污染，解決實(shí)驗(yàn)的“三廢”問(wèn)題，而且可以引導(dǎo)學(xué)生形成綠色環(huán)保的理念，注意在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中降低劑量、力求環(huán)保、注重安全、分解中和、替代高危。這對(duì)于學(xué)生的個(gè)人發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的整體發(fā)展來(lái)說(shuō)，都具有重要的意義。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]趙麗娜，陸國(guó)志.高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“綠色化學(xué)”的研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（2）

【作者簡(jiǎn)介】黃 媛，女，大學(xué)本科，中學(xué)一級(jí)，現(xiàn)就職于柳州鐵一中學(xué)，研究方向：中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)。

（責(zé)編 盧建龍）