中学化学实验教学绿色化实践，本文主要内容关键词为：实验教学论文,中学化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
早在20世纪90年代，美国化学会（ACS）针对日益严重的环境污染问题，为“预防污染，保护环境”，提出了“绿色化学”的口号。现今，“绿色化学”已成为世界各国普遍接受并大力倡导、实施的“人类、自然环境”等可持续发展战略方针的重要组成部分。所谓绿色化学，就是设计研究没有（或尽可能小的）环境负作用，并在技术上、经济上可行的化学产品和化学过程。因此绿色化学又称环境友好化学或环境无害化学、清洁化学。在化学实验教学中化学教师要以身作则，采取有效方法和措施对实验中排放的“三废”进行控制和治理，从而使学生的环保意识、环保思维方式潜移默化地形成。
一、化工知识渗透是实验绿色化的重要前提
中学化学新教科书中有许多涉及化工生产知识的内容，是进行“绿色化学”意识渗透的素材。教学中采取实例讲解、对比实验和工业流程模拟等方法进行渗透，实践证明是行之有效的。
（1）介绍工业氨氧化法制硝酸时，引导学生总结其生产工业流程如下：
接着引导学生讨论，分析并总结归纳生产流程中涉及到的化工生产原理：
①增大反应物的接触面积和浓度（空气）；
②使用合适高效的催化剂；
③反应物循环氧化；
④中间产物多次循环氧化和吸收；
⑤选择适宜温度和利用余热；
⑥尾气的吸收利用等。
通过讨论分析使学生明确：（a）步是催化氧化，（b）步是循环氧化。从理论上讲选用合适高效率的催化剂，并经过多次循环氧化和吸收，氨的转化率可达到100％，即氨中的氮原子可全部转移到产物硝酸中。这种全部反应物的原子嵌并入期望的最终产物中，生产过程不产生任何废弃物，将污染消灭在生产的源头，整个反应过程对环境是友好的，是理想的“绿色化学”反应过程。
实际生产过程中未实现氮原子的零排放，故（c）步是对尾气中的NO和NO[，2]的吸收利用；NO+NO[，2]+2NaOH=2NaNO[，2]+H[，2]O，即是为防止尾气中的NO和NO[，2]等对空气的污染而采取的被动治理措施。得到的NaNO[，2]尽管是一种化工原料，但不是反应的生产物，且对环境也不是很友好。同时由于吸收处理后仍会有废气、废液排放，对环境仍有一定的影响。故（c）步只能属于“环境保护”范畴，（a）和（b）步等反应步骤才是“绿色化学”反应范畴。
（2）在讲氮元素这一章时，还可以介绍氮的固定有三条途径：①人工化学固氮；②雷雨时的闪电固氮；③豆科类植物根部根瘤菌的生物固氮。而人工化学固氮能耗高且工艺复杂，生产过程中易产生大量“三废”，而严重污染环境。雷雨闪电固氮固然很好，但在时间上不便于控制和掌握，对环境也不很友善，固氮量很有限且易流失，远远满足不了“绿色农业”需要。故研究如何像植物根瘤菌一样不消耗能源，不需要大量厂房和机械设备并对环境无污染的生物固氮，是化学家们不懈追求的“绿色化学”目标。
二、规范实验操作是实验绿色化的重要保证
中学化学实验要求学生做到基本操作正确而且规范化，使学生在药品的取用、物质的称量、液体的量取和转移、物质的加热、玻璃仪器的洗涤、溶液的过滤等做到动作准确、操作熟练、运用灵活。但是，大部分实验的药品用量在教科书中都未明确给出限量，多用“少许”、“少量”、“适量”、“一定量”等笼统地来限定，往往使学生很难把握药品的实际用量。这样既影响实验的科学性和实验的效果，又会造成药品的不合理使用，还会对环境造成一定程度的污染，从而不易培养学生的规范化操作。若将药品规定了用量和浓度，有些药品要取最小量或采用微型实验，既方便施教，又方便操作，更易让学生接受、观察和记忆，从而培养学生严谨的实验态度和科学的实验方法，同时节省药品，减少污染。如：制氯气时，每生产250mLCl[，2]，约需要MnO[，2]1g，所以，根据需要Cl[，2]的量来控制MnO[，2]的用量，防止在每次实验中都有过量的MnO[，2]被浪费；同时也不会因产生过多的Cl[，2]而造成环境污染，也节约了NaOH吸收液的用量。所以将定性实验中的药品定量化，既提高了实验的科学性，又为实验操作规范化奠定了基础，是减少环境污染的重要保证。
中学生一般凭兴趣做化学实验，不明确为什么要严格控制试剂用量。例如在检验SO[2-][，4]离子的实验中，学生往往加入较多的BaCl[，2]溶液。事先应向学生简要介绍钡化合物中毒性最大的是易溶于水的BaCl[，2]，水体中含钡最高允许浓度为1.0mg/L，过量的BaCl[，2]溶液转入废液，会造成潜在的水质污染、土壤污染。并且讲述硫酸钡是溶解度很小的不溶性盐，在1L的水中仅溶解1.05×10[-5]mol硫酸钡（25℃时），让学生自行换算成溶解度，明白在少量的SO[2-][，4]溶液中逐渐滴入BaCl[，2]溶液，就可观察到不溶于稀硝酸的白色沉淀。这样既节约了试剂用量，达到了实验的效果，又净化了环境。
三、进行实验改进是实验绿色化的有效手段
中学化学一些有毒物质参加或生成的实验，教科书中仍沿用旧的实验操作方法。费时费事，而且排污量较大，也没有采取有效的控制措施，长期以来一直危害着化学教师和学生的身心健康。若将这类实验进行改进，使操作更合理有效，又能控制或避免排污量，提高环境保护意识，培养学生相应的素质，以适应现代文明之需要。
（1）在演示白磷和红磷着火点对比实验时，可先用投影提出下列问题让学生思考：该实验①反应发生时燃烧物易爆溅；②燃烧时有大量白烟产生且有毒等。实验时应采取什么措施？这时学生各抒己见：铁片前面放块木板；铁片前面放块玻璃屏；铁片上方罩一玻璃罩；取用的药品尽可能少；反应发生后立即将铁架台移到教室外；打开窗户或采用排风扇排出烟雾等等。教师接着引导学生从不污染教室环境、不吸入有毒烟雾及安全和便于观察等角度出发讨论、分析。接着教师再做演示：开启排风扇和窗户，取用最小量约0.05g药品，当学生看到白磷和红磷先后燃烧的现象后，立即在燃烧物上方加盖沾有氨水的玻璃钟罩，并连同铁架台迅速移出教室外。以确保实验安全和强化学生的安全意识及环境意识。
（2）在浓硝酸、稀硝酸分别与铜片反应的实验中，释放出的NO[，2]、NO气体是具有强烈刺激性的气体，毒性很大，逸入教室中会危害师生的身体健康，并且观察反应产生的NO时，因无色气体NO会迅速被空气氧化，所以观察NO生成的现象不明显，为此又作了新的改进。
（一）实验装置（如图）
（二）实验操作
①将一根细长弯曲的铜丝放入注射器内，并用活塞压至顶端；
②用注射器吸入浓硝酸或稀硝酸，排出空气，并用橡胶片封住针孔；
③将稀硝酸和Cu进行反应的注射器针孔向上，拔下橡胶片，向下抽动活塞，吸入少量空气，迅速观察气体颜色变化；
④观察完实验现象后，将注射器内的溶液注入NaOH废液中。
经过改进后，操作简单，可随时利用注射器的朝向中止反应或继续反应，非常清楚地观察到稀硝酸与Cu反应生成的只是无色的NO气体，这样两者实验现象的区别明显。此实验是在一封闭系统内进行的，且很好地处理了NO[，2]、NO，防止污染空气。
四、推广微型实验是实验绿色化的重要途径
微型化学实验（简称ML实验），是在微型的化学仪器装置中进行的化学实验，从理论上讲，它是以尽可能少的化学试剂而获得比较明显的反应结果和准确的化学信息的一种新型实验方法。“ML”是一门新的实验技术，是80年代由美国几所大学首先发起的化学实验改革，它不是常规实验的简单微缩，而是在微型化的条件下对实验进行创新的再现。采取微型实验技术，不仅可以大幅度减少实验费用，而且可以扩大化学实验的覆盖面，提高化学教学质量，因此它一开始问世就深受广大教师、学生的欢迎。近些年在我国得到迅速发展，已经普及到大中专院校和中学。在环境因素困扰着可持续发展战略的今天，普及和推广微型化学实验具有特殊的时代意义。微型实验具有以下特点。
（1）成本低，微型实验仪器可以利用废弃物，像青霉素药瓶叫做试剂瓶、集气瓶；一次性输液器可做导气管、多用滴管；指甲油瓶可做酒精灯；塑料吸饮管可做取药管；装药片的塑料板可以做点滴板；可利用空易拉罐、胶棉引线和石棉网，制作铝热反应简易发生装置，等等。（2）试剂用量少，仅为常规实验的1/10至1/100。缩短实验时间（大约为常规实验的40％），同时也降低了水、电能源的消耗。微型实验的开设对毒性大、药品贵、耗量大、易燃、易爆、污染严重、操作复杂的化学实验尤为必要，它能杜绝或明显减少实验过程中给环境带来的污染。如卤素的性质实验，所用药品种类多，份量大，改用透明塑料制作的微型滴管及井穴板做实验，既减少了药品消耗及废物排放量，又保证了实验现象明显。又如，硫在氧气中燃烧的实验，若按常规实验每次需硫粉0.3g～0.5g，反应后生成SO[，2]为0.6g～1g，而改用微型实验每次仅需硫粉约0.02g，反应后生成SO[，2]为0.04g，排污量大大降低，正体现了绿色化学预防污染（而不是治理污染）的原则，所以，大力推广微型实验是实现实验教学绿色化的重要途径。
五、实验废物处理回收是实验绿色化的有力措施
保护环境，从教室、实验室做起，从我们做起。在化学演示实验和学生分组实验中，都存在着“废气、废液、废渣”的问题，这些实际问题的处理过程，是培养学生良好的环保习惯的难得机会。教师要充分利用实验教学的一切机会，要经常向学生提出：①你做实验前有没有考虑，你的实验会不会逸出有毒气体，排放有害液体，污染大气或水体，直接危害你及你周边同学的健康？②你知道不知道该实验药品的最佳用量要求，若改为微型实验，药品用量又是多少，在节约药品和减少污染物排放量上效益会有多大？③你有没有把实验后产生的能造成污染的废渣、废液倒入老师指定的废物桶内集中处理？④你有没有把污染过的实验仪器、实验桌凳清理干净才离开实验室？其目的是培养学生良好的环境道德、行为习惯。
化学实验室废弃物一般由较纯净的酸、碱、盐以及金属单质组成。金属片（如铝、铁、锌、铜等）实验后交到指定点回收再用：酸碱类废弃液要中和（如废酸叫用白灰乳或碳酸钠等中和）后，倒入下水道或倒入指定点统一处理；含锌、钡、锰等重金属离子的废液，可加入碱、碳酸盐或Na[，2]S，使金属离子转变为氢氧化物、碳酸盐或硫化物沉淀，残渣埋于地下；对于破损的实验仪器和设备，应尽可能修复利用或集中掩埋处理。这样对实验废弃物进行无害化处理既可培养学生良好的实验习惯，又使学生学到实际应用技术，还可节约资源、变废为宝、化害为利。故教师在实验教学中要以身作则，多花心血培养学生的各项环保技能，为国家培养具有环保能力和习惯的绿色接班人，这就是绿色化学教育的独特魅力之所在。
六、开展环保科技实验是实验绿色化的重要延伸
环境教育就其性质来看具有很强的实践性，仅在课堂上进行是不够的，课外环保科技实验是开展环境教育的又一重要渠道。通过实验现象让学生亲自体会到有害物质就在我们身边，它们随时随地侵害人类的生命、健康，保护环境就是保护我们自己。开展环境科技实验，学生不仅学会测定环境污染的本质，同时也学到分析问题解决问题的思维方法，培养了学生实际动手能力，提高了主动保护环境的自觉性。建议开展如下环保科技实验：①白酒中甲醇的测定实验；②测定烟草中尼古丁实验；③土壤酸碱性和雨水pH值测定实验；④从废定影液中回收金属银实验；⑤生活废水初步净化和再利用实验。现以“酸碱对值物生长的影响”为例。
（一）实验操作
选四个直径一样的口杯，取一块青苔生长旺盛的土块，等分为四小块分别置于四个口杯的底部，再选6根火柴，用橡皮泥将6根火柴按3、2、1根的不同数量粘附在3个口杯的内壁上，再准备4块硬纸板以备盖住杯口，如图所示：
用火柴点燃3个口杯中的火柴，发现有烟雾产生，由于火柴头的主要成分是氯酸钾和三硫化二锑，所以燃烧后形成的烟雾中有二氧化硫气体，由十生成的气体比空气的密度大，会残留在口杯中，为减少外界的影响，分别用硬纸板盖住4个口杯，进行观察。
（二）实验分析
由于二氧化硫气体的密度比空气大，所以二氧化硫气体会相对集中在口杯的底部并同潮湿的土块及青苔内的水分作用，使土块酸化，这种酸化土块对植物危害很大。通过观察发现，一周后，置有3根火柴的口杯内的青苔枯萎，有2根火柴的口杯内青苔状况稍好些，有1根火柴的口杯内青苔受害最小，而无火柴的口杯内青苔旺盛如初。
（三）实验结果
同学们感到惊讶，几根小小火柴头燃烧的废气对环境产生的危害如此严重！试想，每年数亿吨的煤炭燃烧排放的废气对人类赖以生存的环境产生的污染该有多么严重。
另外，组织学生参观附近的造纸厂、皮革厂、水泥厂等化工企业，观察生产厂家对排放废液的治理情况，或带领学生观看被污染的水系、土壤、农作物等，从中认识环境保护的重要性，激发他们的学习积极性。有条件的学校，可以带领学生参观污水处理厂或化工新型企业，了解现代科学技术和绿色化学技术在实际生产中的应用成果，使学生很好地掌握环境化学知识，增强他们学习绿色化学知识的兴趣。
总之，大力宣传普及绿色化学教育是时代发展的强烈要求，也是我们每位化学教育工作者一项义不容辞的责任。中学化学实验教学绿色化是通过实验教学各个环节的渗透拓展，培养和增强了学生的“绿色化学”和“环境保护”意识，进而促进学生可持续发展的价值观和价值取向形成，造就一代代维护绿色和平，维护人类家园——地球的新主人，为新世纪化学教育教学改进探索出新的途径。