低碳環(huán)保理念在無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)中的應(yīng)用

李燕中，鄔學(xué)清，吳亞麗，金 宏

（1.集寧師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)礦土土質(zhì)改性及綜合利用重點(diǎn)試驗(yàn)室，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000）

目前，全球氣候變化嚴(yán)峻，低碳環(huán)保理念得到了更多的關(guān)注。人民日?qǐng)?bào)在2021年4月發(fā)文[1]：力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這是黨中央經(jīng)過(guò)深思熟慮做出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體。為此不僅是各行各業(yè)的工作人員要積極努力，每一位公民也要盡己所能去貢獻(xiàn)自己的智慧，以身作則去參與行動(dòng)。

我校是師范類(lèi)院校，目前在校大學(xué)生將來(lái)有相當(dāng)一部分人會(huì)從事中小學(xué)的教學(xué)工作。通過(guò)在校期間培養(yǎng)學(xué)生的低碳環(huán)保理念，在無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)中通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)，結(jié)合工作以及生產(chǎn)需求，培養(yǎng)學(xué)生的全局思維，多創(chuàng)造機(jī)會(huì)提升學(xué)生的統(tǒng)籌安排能力，提高動(dòng)手能力，幫助他們走向工作崗位后，快速適應(yīng)工作要求，減少摸索試錯(cuò)的代價(jià)。并能夠把低碳環(huán)保理念貫徹在自己的教學(xué)、工作、生活中，培養(yǎng)出更多有低碳環(huán)保理念的學(xué)生，給越來(lái)越多的學(xué)生和家長(zhǎng)們帶來(lái)積極影響。無(wú)論是工作還是生活中，注重低碳環(huán)保理念，給社會(huì)帶來(lái)正向的引導(dǎo)作用，為國(guó)家實(shí)現(xiàn)低碳目標(biāo)、為保護(hù)地球家園貢獻(xiàn)一份力量。

在我校，無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)課程不僅為化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)，生命科學(xué)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)也開(kāi)設(shè)了該課程。教材選用南京大學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)編寫(xiě)組編制的《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)》[2]，根據(jù)教學(xué)大綱，有個(gè)別試驗(yàn)內(nèi)容來(lái)自周朵等編著的《無(wú)機(jī)化學(xué)試驗(yàn)》[3]。把低碳環(huán)保理念運(yùn)用在無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)中，可以從源頭開(kāi)始落實(shí)，進(jìn)行統(tǒng)籌安排，從試驗(yàn)安全規(guī)則的注重、試驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)規(guī)劃、試驗(yàn)先后順序的安排、生成物的再次利用，以及試驗(yàn)材料邊角料等進(jìn)一步再利用，都能起到一定的作用。

1 要端正態(tài)度，嚴(yán)格遵守試驗(yàn)室規(guī)章制度與安全操作規(guī)程

教育學(xué)生要端正態(tài)度，課前預(yù)習(xí)，做試驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)真細(xì)致，試驗(yàn)結(jié)束后規(guī)范整理試驗(yàn)臺(tái)，總結(jié)試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及操作過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，能防患于未然，避免很多事故的發(fā)生。學(xué)生進(jìn)行化學(xué)試驗(yàn)，很多儀器都是玻璃制品，不認(rèn)真細(xì)致，很容易打碎玻璃儀器，不僅易造成自身受傷，還加大了儀器損耗。在第一節(jié)課程就進(jìn)行化學(xué)試驗(yàn)規(guī)則和安全知識(shí)的教育，讓同學(xué)了解化學(xué)試驗(yàn)的安全規(guī)則。化學(xué)試驗(yàn)涉及的危險(xiǎn)因素有危險(xiǎn)化學(xué)品、高壓、高溫等，如果不遵守試驗(yàn)操作規(guī)程，很容易發(fā)生事故，造成學(xué)生的人身傷害和試驗(yàn)室財(cái)產(chǎn)損失。所以必須要把安全放在第一位，以預(yù)防為主，防止試驗(yàn)事故發(fā)生[2]。還要注意消防設(shè)施的使用培訓(xùn)，比方說(shuō)防火栓，確保讓每個(gè)同學(xué)都知道它的正確使用方法。有的試驗(yàn)有引發(fā)火災(zāi)或者爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，務(wù)必要讓學(xué)生清楚并掌握相應(yīng)的處理方法，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，能夠第一時(shí)間在自身安全的前提下迅速展開(kāi)處理，防患于未然，把所有的隱患盡可能地排除。

2 統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)物料充分利用

1）將可再次利用的試驗(yàn)產(chǎn)物用作另外一個(gè)試驗(yàn)的原材料，循環(huán)利用。全局思維既可避免每次試驗(yàn)后剩余溶液、固體丟棄造成的浪費(fèi)，還能節(jié)省其他試驗(yàn)需要準(zhǔn)備的相應(yīng)物資開(kāi)支。在這個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)理念下，讓學(xué)生全程參與進(jìn)來(lái)，能鍛煉全局統(tǒng)籌安排的能力，全方位思考在化學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方案實(shí)施、試驗(yàn)剩余材料后續(xù)再利用的一系列關(guān)聯(lián)內(nèi)容。

例如硫酸亞鐵銨制備試驗(yàn)的產(chǎn)物硫酸亞鐵銨，經(jīng)回收后，可以用于設(shè)計(jì)鐵的比色測(cè)定試驗(yàn)方案。由于在pH為3～9的水溶液中，亞鐵離子與鄰菲咯啉生成穩(wěn)定的橙紅色的[Fe（C12H8N2）3]2+，因此利用它來(lái)比色測(cè)定硫酸亞鐵銨中亞鐵的含量[2]，不需要再加鹽酸羥胺溶液，可以測(cè)出吸光度并從標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上查出相應(yīng)Fe2+的含量。

在氯化鈉的提純?cè)囼?yàn)中，可以把回收的氯化鈉再利用，用于制作下一個(gè)班級(jí)或者下一個(gè)年級(jí)學(xué)生做氯化鈉提純?cè)囼?yàn)的原材料，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)物資的重復(fù)利用。還可以進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將提純的氯化鈉再次利用。比如在大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)立一個(gè)論文題目就是氯化鈉中Cl-含量的測(cè)定，就用到了以往氯化鈉提純?cè)囼?yàn)中回收的氯化鈉。試驗(yàn)中回收的氯化鈉，還可以用于學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中，比如針對(duì)北方冬季寒冷下雪結(jié)冰時(shí)期長(zhǎng)，用于制作快速融雪劑的研究工作中。

在溶液的配制試驗(yàn)中，有一項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容是配制0.1mol/L的醋酸溶液[3]。疫情期間我校采取錯(cuò)峰上課方案，每個(gè)班分兩組，每組10個(gè)試驗(yàn)臺(tái)，將每個(gè)班配制好的醋酸溶液收集起來(lái)，進(jìn)行標(biāo)定。正好用作另外一個(gè)醋酸解離平衡常數(shù)測(cè)定試驗(yàn)里面的醋酸溶液。除此之外，此回收的醋酸溶液還可以用于畢業(yè)設(shè)計(jì)課題干旱鹽堿地土壤改良劑的配方研發(fā)，以嘗試改良當(dāng)?shù)馗珊蝶}堿地，使土地更適合植物生長(zhǎng)。

第二項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容是粗略配制50mL濃度為3mol/L的硫酸溶液，回收整個(gè)班級(jí)配制好的硫酸溶液，可以稀釋成氯化鈉提純?cè)囼?yàn)中需要用到的2mol/L的硫酸溶液，以及用于硫酸亞鐵銨制備試驗(yàn)中需要的3mol/L的硫酸溶液，還可以用于過(guò)氧化氫含量的測(cè)定（高錳酸鉀法）。除此之外，在科研項(xiàng)目和大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中，探討高嶺土的改性處理，采用硫酸改性處理高嶺土?xí)r，也用到了3mol/L的硫酸溶液酸化高嶺土。還有一項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容是用硫酸銅晶體粗略配制得到0.2mol/L的硫酸銅溶液，回收該硫酸銅溶液，可以用于間接碘量法測(cè)定銅鹽中的銅試驗(yàn)所需硫酸銅。

趙樺萍等[4]嘗試把學(xué)生上完試驗(yàn)課后剩余的 NaOH溶 液、HCl溶 液、EDTA、KMnO4溶 液、Na2S2O3等溶液統(tǒng)一收集起來(lái)，用于其他班級(jí)學(xué)生做試驗(yàn)時(shí)繼續(xù)使用，避免不必要的試劑浪費(fèi)，也節(jié)約了試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

2）耗材邊角料的充分再利用，避免浪費(fèi)。在氯化鈉的提純?cè)囼?yàn)、硫酸亞鐵銨的制備試驗(yàn)、葡萄糖酸鋅的合成及組成測(cè)定等試驗(yàn)中，有需要抽濾的環(huán)節(jié)，會(huì)用到布氏漏斗，用布氏漏斗抽濾使用的濾紙可以用大張濾紙按照布氏漏斗的內(nèi)徑去裁剪，多余的邊角料可以收集起來(lái)用于醋酸標(biāo)準(zhǔn)解離常數(shù)和解離度的測(cè)定試驗(yàn)。當(dāng)用酸度計(jì)測(cè)量溶液pH時(shí)，用去離子水清洗完玻璃電極，再用之前收集的濾紙邊角料蘸取多余的水分，可以節(jié)省濾紙用量。

3 滿(mǎn)足試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的前提下，減量使用物資，合理節(jié)約開(kāi)支

要節(jié)約使用藥品、水、電和煤氣，要愛(ài)護(hù)儀器和試驗(yàn)設(shè)備。在試驗(yàn)中用到pH試紙粗略測(cè)定pH時(shí)，可以將整本的pH試紙，橫向剪成三等份，測(cè)量時(shí)用玻璃棒蘸取待測(cè)液滴到剪小的pH試紙段上，再與比色卡進(jìn)行對(duì)比，可以節(jié)省pH試紙，減少試驗(yàn)室廢棄物的產(chǎn)生量。

另外一種低碳理念就是在做設(shè)計(jì)試驗(yàn)的時(shí)候，取用少量的原材料就能達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，可以盡量降低原材料的消耗。將部分常規(guī)試驗(yàn)改為微型試驗(yàn)，如微型試驗(yàn)制備硫代硫酸鈉[5]，減少了試劑消耗，水電開(kāi)支，不僅有效降低了試驗(yàn)成本，還降低了人員中毒危險(xiǎn)，減少試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生燃燒、爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，提升了試驗(yàn)安全性[6]。

比如氯化鈉的提純?cè)囼?yàn)中，在教材中粗鹽原料是使用10g粗鹽，經(jīng)過(guò)重復(fù)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)5g粗鹽也可以達(dá)到試驗(yàn)效果，還可以節(jié)省蒸發(fā)時(shí)間，減少濃縮時(shí)用于加熱的酒精燈內(nèi)酒精的消耗。硫酸亞鐵銨的制備試驗(yàn)中，王永明嘗試用半微型試驗(yàn)，將教材上使用的2g鐵屑用0.5g廢鐵絲代替，反應(yīng)物用量?jī)H為常規(guī)試驗(yàn)用量的20%左右。不僅節(jié)省了試劑用量，節(jié)約開(kāi)支，還縮短了反應(yīng)時(shí)間[7]。

4 合理處置試驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物，能回收利用的及時(shí)處理

試驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物相對(duì)較少，主要是固體原料、生成物以及用完的塑料或者玻璃試劑瓶等，根據(jù)材質(zhì)的不同，分門(mén)別類(lèi)單獨(dú)處理。對(duì)于普通固體廢物，只能丟入廢物缸里，集中處理，不得丟入水槽，以免水槽堵塞。有毒性或腐蝕性的化學(xué)廢液和廢渣，要分類(lèi)收集在指定的容器中，以便集中處理。

黃志遠(yuǎn)探討了對(duì)人體和環(huán)境有危害的金屬汞散落在試驗(yàn)室的處理方法。金屬汞中毒常以汞蒸氣的形式引起，需要及時(shí)清理，由于其具有較大的脂溶性，擴(kuò)散性強(qiáng)，易通過(guò)呼吸道進(jìn)入肺泡，經(jīng)血液循環(huán)運(yùn)至全身。而血液中的汞進(jìn)入腦組織后，逐漸積累，當(dāng)汞達(dá)到一定量時(shí)，就會(huì)對(duì)腦組織造成損害。用滴管或者經(jīng)硝酸汞等酸性溶液浸泡過(guò)的銅絲銅片等將汞收集到容器中并用水覆蓋。對(duì)于難收集的汞珠，可以用硫粉撒在汞珠表面形成毒性較低的硫化汞，再去清理[8]。

針對(duì)試驗(yàn)室廢棄物處理方法的探索，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，探索回收利用有價(jià)值的物質(zhì)，變廢為寶，不僅引導(dǎo)了學(xué)生的研究興趣，還進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣和動(dòng)手能力。

例如在化學(xué)反應(yīng)速率與活化能的測(cè)定試驗(yàn)中，用到碘化鉀溶液，而該試劑價(jià)格昂貴，在常規(guī)試驗(yàn)中，碘留在廢液中被丟棄，不僅造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)引起環(huán)境問(wèn)題。周立敏等指導(dǎo)學(xué)生從廢液中回收碘化鉀，能減少環(huán)境污染，重復(fù)利用物資，又培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神[9]。

申麗華提出可以分別單獨(dú)收集酸性廢液和堿性廢液，之后混合，用酸堿中和反應(yīng)處理，最后調(diào)節(jié)廢液至pH為中性后再排放[10]。這種處理方法可以避免單獨(dú)排放酸性廢液和堿性廢液時(shí)，溶液對(duì)管道的腐蝕和水體的污染問(wèn)題。

在硫酸亞鐵銨的制備過(guò)程中會(huì)溢出難聞的氣體，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有H2S和PH3等有毒有害氣體產(chǎn)生，對(duì)于如何減少或消除刺鼻性的氣體排放，減少試驗(yàn)室空氣污染，不少教師和研究人員進(jìn)行了探索。董志強(qiáng)等用廢鐵屑做原料，探討了在通風(fēng)櫥中利用電熱板加熱啟動(dòng)反應(yīng)[11]，200℃電熱板快速加熱5min，馬上關(guān)掉電熱板，之后反應(yīng)靠電熱板余熱以及反應(yīng)釋放的熱量繼續(xù)進(jìn)行。由于不需要持續(xù)加熱，水分不會(huì)過(guò)多揮發(fā)，不必再補(bǔ)充水分，因此不需要打開(kāi)通風(fēng)櫥的門(mén)，也就不會(huì)有氣體逸出通風(fēng)櫥。蔡吉清等用污染較小的鐵粉，采用試劑小量化方法，減少了有毒有害氣體的產(chǎn)生，減輕了試驗(yàn)室空氣的污染[12]。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)低碳環(huán)保理念在無(wú)機(jī)及分析化學(xué)試驗(yàn)中應(yīng)用的實(shí)踐探索，有效培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神。在每次試驗(yàn)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考該試驗(yàn)過(guò)程有哪些可以改進(jìn)的地方，產(chǎn)生了哪些廢物，哪些物質(zhì)是有毒有害物質(zhì)，可以通過(guò)什么樣的處理方法來(lái)減少環(huán)境污染，進(jìn)而對(duì)試驗(yàn)涉及的內(nèi)容延伸探索，不僅加深了對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)知，加深對(duì)物質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)，還提高了學(xué)習(xí)積極性，主動(dòng)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。

教育學(xué)生要端正態(tài)度，嚴(yán)格遵守試驗(yàn)室規(guī)章制度與安全操作規(guī)程，規(guī)避可能的任何安全風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，不斷完善，盡可能實(shí)現(xiàn)物料充分利用。并在滿(mǎn)足試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的前提下，減量使用物資，合理節(jié)約開(kāi)支，同時(shí)嘗試運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，探索處置試驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物的合理方法，提高回收利用率。經(jīng)過(guò)不斷訓(xùn)練，學(xué)生就會(huì)形成低碳環(huán)保思維，運(yùn)用到自己的學(xué)習(xí)、工作和生活中。隨著他們將來(lái)踏上教書(shū)育人的工作崗位，也會(huì)引領(lǐng)自己的學(xué)生們?cè)诠ぷ魃钪胸瀼氐吞辑h(huán)保理念，為國(guó)家的低碳目標(biāo)和人類(lèi)美好的生存環(huán)境做些力所能及的事情。