開展綠色化學(xué)實驗 培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識

龐守浩

(宿遷市匯文中學(xué) 江蘇宿遷 223800)

開展綠色化學(xué)實驗 培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識

龐守浩

(宿遷市匯文中學(xué) 江蘇宿遷 223800)

本文以蘇教版高中化學(xué)(必修1)“用四氯化碳萃取溴水中的溴”這個實驗的綠色化設(shè)計為例,闡述對化學(xué)實驗的綠色化設(shè)計,不但可以解決化學(xué)實驗所帶來環(huán)境污染問題,實現(xiàn)實驗過程無污染、零排放,而且可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與環(huán)保意識。

化學(xué)實驗；綠色化；環(huán)保意識

化學(xué)實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的基本途徑。在化學(xué)實驗教學(xué)中,教師若將綠色化學(xué)的思想貫穿于日常教學(xué)中,對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力、樹立節(jié)約意識和環(huán)保意識都具有十分重要的意義。近年來,我們以綠色化學(xué)的思想理念為指導(dǎo),對中學(xué)化學(xué)教材中的部分實驗進(jìn)行了綠色化的設(shè)計與改進(jìn),取得了很好的效果。下面本人以蘇教版化學(xué)（必修1）中“用四氯化碳萃取溴水中的溴”這個實驗的綠色化設(shè)計為例加以闡述。

一、問題的提出

蘇教版化學(xué)（必修1）第17頁【觀察與思考】欄目中,安排了“用四氯化碳萃取溴水中的溴”的實驗,第18頁有用分液漏斗對萃取后的混合液進(jìn)行“分液”的實驗操作。 在教學(xué)過程中,這兩個實驗我們是設(shè)計成學(xué)生分組實驗,在課堂上由學(xué)生來完成的。該實驗現(xiàn)象明顯,在實驗過程中,學(xué)生能很明顯地看到溴被四氯化碳從水溶液中萃取出來的現(xiàn)象以及兩種互不相溶的液體分層的現(xiàn)象,也能夠順利進(jìn)行分液操作。但在實驗過程中,由于溴的大量揮發(fā),使教室里彌漫著一股很濃的溴蒸氣的氣味。在實驗過程中,我觀察到有的學(xué)生用手捂住口鼻、有的學(xué)生屏住呼吸,這不但使學(xué)生實驗的熱情和積極性降低,而且直接影響到每個學(xué)生的身體健康。實驗結(jié)束以后還回收到大量的廢液,如果不加以處理,對環(huán)境將造成嚴(yán)重的污染?；谝陨蠋讉€方面的原因,對這個實驗進(jìn)行綠色化的設(shè)計與改進(jìn)已勢在必行。

二、化學(xué)實驗的綠色化設(shè)計的實踐

在對化學(xué)實驗的改進(jìn)與設(shè)計過程中,怎樣才能既保證化學(xué)實驗的科學(xué)性,又能體現(xiàn)綠色化學(xué)實驗的思想,實現(xiàn)實驗過程的始終無污染或盡量減少污染？我們課題組根據(jù)綠色化學(xué)實驗的基本理念（即減少用量、循環(huán)利用、回收再用、再生、拒絕使用危害物）,在保證實驗現(xiàn)象明顯的基礎(chǔ)上,對以上實驗進(jìn)行了深入的研究。具體的措施概括如下：

1.實驗藥品、試劑的綠色化設(shè)計

根據(jù)綠色化學(xué)的要求,結(jié)合溴比碘易揮發(fā)的性質(zhì),我們決定實驗中萃取物選用碘,從源頭上解決由于溴的大量揮發(fā)造成的空氣污染問題。

常用的萃取劑有苯、汽油、四氯化碳。由于苯易揮發(fā),且有毒,汽油常常呈現(xiàn)黃色,易揮發(fā)且多數(shù)為裂化汽油,所以被排除,故萃取劑我們選用四氯化碳。

2.實驗藥品、試劑用量的綠色化設(shè)計

實驗中碘水的濃度應(yīng)該多大呢？實驗時碘水、萃取劑四氯化碳各取用多少為宜？

首先,我們通過對比實驗,確定實驗中碘水的濃度。得出的結(jié)論是：碘水的濃度宜小不宜大。因為實驗中碘水的濃度過大,不但萃取的效果不好,萃取后水層、四氯化碳層液體顏色對比不明顯,而且還會增加萃取劑的用量,造成浪費。實驗證明,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1%（其配制方法：在100mL蒸餾水中先加入少量碘化鉀固體,再加1g碘晶體,攪拌使其溶解）的碘水實驗效果較好。

接下來,要確定實驗中藥品、試劑的用量問題?？紤]實驗現(xiàn)象明顯和實驗綠色化的要求,我們在能夠保證實驗現(xiàn)象明顯、操作方便的前提下,盡量減少藥品與試劑的用量。經(jīng)過反復(fù)實驗驗證,最終確定實驗中取用10mL碘水和5mL四氯化碳進(jìn)行萃取實驗為宜。

3.實驗過程的綠色化設(shè)計

在實驗過程中,我們要求學(xué)生要嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)計好的用量取用藥品、試劑。萃取、分液實驗結(jié)束以后,要求學(xué)生將實驗后得到水溶液和碘的四氯化碳溶液分別倒入指定的容器中,以便集中處理。

4.廢液處理的綠色化設(shè)計

萃取、分液實驗結(jié)束后,萃取物和萃取劑的回收和處理便成為師生關(guān)注的焦點。怎樣處理才能夠既能體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念,變廢為寶、降低污染,又能提高學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力呢？我們課題組結(jié)合本實驗后廢液的處理問題,引導(dǎo)化學(xué)興趣小組的學(xué)生進(jìn)行了研究性學(xué)習(xí)。要求學(xué)生查閱相關(guān)的資料,了解處理該廢液可能的途徑和方法,經(jīng)過小組討論,設(shè)計出科學(xué)合理的廢液處理方案。學(xué)生經(jīng)過研究,提出了多種研究方案,如蒸餾法、過氧化氫法、硝酸銀法、亞硫酸鈉法、氫氧化鈉法等。但多數(shù)方案只考慮到萃取劑的回收,而沒有考慮碘的回收和利用問題。

結(jié)合學(xué)生的方案,師生共同討論,最終我們設(shè)計了如下綠色方案進(jìn)行萃取物、萃取劑的回收。具體實驗步驟和原理概括如下：

【步驟1】向萃取、分液后回收的碘的四氯化碳溶液中加入6mol/L氫氧化鈉溶液,直至四氯化碳溶液由紫色變?yōu)闊o色,碘單質(zhì)與氫氧化鈉溶液發(fā)生了如下反應(yīng)：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O,把混合液靜置,液體分為兩層,通過分液操作,分離出下層的四氯化碳液體可以反復(fù)使用。從分液漏斗的上口倒出上層水溶液做下面的實驗。

【步驟2】向上述步驟1實驗后回收的水層溶液中滴加4mol/L的硫酸,調(diào)節(jié)溶液的pH=7,此時溶液呈棕黃色,反應(yīng)原理如下所得到的碘水與萃取實驗回收得到的水層溶液混合,可以作為碘水繼續(xù)進(jìn)行萃取實驗。經(jīng)過多次循環(huán)使用后,碘水的濃度會降低,實驗中可根據(jù)比例再補充加入適量的碘單質(zhì),使碘水的濃度保持在1%左右。

三、化學(xué)實驗綠色化設(shè)計的體會

從以上案例可以看出,通過對實驗方案的綠色化設(shè)計,實現(xiàn)了實驗過程基本無污染、零排放。在實驗中,碘水和四氯化碳均實現(xiàn)了循環(huán)使用,而且綠色化的廢液回收、處理方案簡單易行,有很大的推廣價值。

可見,對于教材中某些污染比較嚴(yán)重的傳統(tǒng)實驗,只要我們多動腦筋,對原實驗方案進(jìn)行綠色化的設(shè)計與創(chuàng)新,就會大大減少實驗帶來的環(huán)境污染問題,使師生在良好的實驗環(huán)境中工作和學(xué)習(xí)。這樣,環(huán)境教育將不再是口號,不再是形式。

[1] 陳靜.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中綠色化學(xué)意識的滲透[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2007,(8)

[2] 夏凱.萃取實驗的綠色化研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2008,(7)

[3] 滿旭.從碘的四氯化碳溶液中回收四氯化碳的探究[J].化學(xué)教學(xué),2007,(9)

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江蘇《化學(xué)教與學(xué)》雜志社

1008-0546(2010)06-0071-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2010.06.029