在高中實驗教學中體現(xiàn)綠色化學的思想

　　摘 要： 實驗是學習化學的基礎，保護環(huán)境是我們永恒的主題。綠色化學（Green Chemistry）是通過化學方法合成對環(huán)境無害或友好物質(zhì)的一門新興學科。綠色化學是可持續(xù)發(fā)展的需要，化學實驗綠色化是社會發(fā)展的需要，是學生身心健康發(fā)展的需要，是進行環(huán)境教育的需要。本文在論述“化學實驗綠色化”意義的基礎上，討論了如何在高中化學實驗教學中做到化學實驗的綠色化，從而達到使環(huán)保意識深入學生心中的目的。
　　關鍵詞： 高中化學實驗 綠色 化學思想
　　
　　《普通高中化學課程標準（實驗）》規(guī)定必修課程的設計要“體現(xiàn)綠色化學思想”，要讓學生了解“在化工生產(chǎn)中遵循‘綠色化學’思想的重要性”，還將“樹立綠色化學思想”作為《實驗化學》選修模塊“化學實驗基礎”主題的第三條“內(nèi)容標準”，并將“形成綠色化學的觀念”作為《實驗化學》選修模塊的課程目標之一。這在以往的化學教學大綱中是從未有過的，表明新課程標準的制定非常重視綠色實驗化學思想的形式和應用。
　　1.在實驗設計時考慮綠色化
　　在化學實驗中體現(xiàn)綠色化學思想，應首先重視化學實驗設計的綠色化，即選取綠色化的原料、采用“原子經(jīng)濟性”的化學反應，使所獲得的產(chǎn)物綠色化。所以要想在實驗中做到綠色化，最重要的是能夠做到實驗方案設計上的綠色化。在實驗設計過程中，教師要積極查閱相關資料，充分考慮試劑的用量、有毒物質(zhì)的使用和三廢的排放等問題，根據(jù)化學教學需要，發(fā)現(xiàn)、設計或選擇沒有污染和安全的實驗取代那些污染嚴重或危險性大的實驗。對于一個最佳的綠色實驗方案，在設計時要充分體現(xiàn)“微（微型化）”、“密（密封性）”、“組（組合實驗）”、“代（新型替代品）”、“改（改進實驗）”等思想。以下四例實驗的改進，在實驗設計時充分考慮了綠色化。
　　（1）濃度對2NO2?葑N2O4平衡影響實驗的改進 ，可得一個與原平衡體系完全相同的參照標準。溫度稍有變化即可辨別其顏色差別。裝置如圖1所示，三個連通著的容器里，盛有NO2和N2O4達到平衡的混合氣體，然后夾緊橡皮管A、B處，把一個燒瓶放入熱水里，把另一個燒瓶放入冰水（或冷水）里，觀察混合氣體的顏色變化，并與常溫時盛有相同混合氣體的錐形瓶中的顏色進行對比。
　　（2）二氧化硫與硫化氫反應的實驗。將二氧化硫收集于燒瓶后，按圖2裝置。緩緩通入硫化氫，即從燒瓶底部開始，沿著內(nèi)壁由上到下析出淡黃色物質(zhì)和水珠涌下。隨著析出硫的量增多，瓶壁顏色愈來愈艷麗，宛如一朵正在盛開的黃菊花。對于二氧硫與硫化氫混合的方法，一般做法有：①各收集在兩集氣瓶中，對口混合；②各收集在兩注射器中并聯(lián)通，在一端注入其中的一種；③把兩種氣體同時通入某一容器中，這些實驗現(xiàn)象雖也明顯，但遠不如上面的方法引人入勝。
　　（3）硫化氫受熱分解實驗的一點思考。硫化氫受熱分解實驗，有許多教學參考書都采用在通過硫化氫的長玻璃管上加熱的方法，甚至在玻管一端纏上濕棉花（冷凝），分解產(chǎn)物硫可在一端析出（如圖3-1），但實驗現(xiàn)象往往不明顯。原因可能為：①通過受熱的玻璃管，硫化氫分解量少；②玻璃管內(nèi)壁過于光滑或硫化氫流速太大，分解產(chǎn)物難以附著即被帶走。 將玻璃管改為干燥管，并在管內(nèi)兩邊放少許玻璃纖維（如圖3-2）。先通硫化氣一會兒（要燒掉），夾緊橡皮管，停止通硫化氫。加熱干燥管，即在管內(nèi)壁兩側析出黃色粉末（硫）。
　　（4）紅磷變白磷及燃燒的實驗 ，裝置如圖4所示。①用細鐵絲把米粒般大小的紅磷送入玻璃管中（內(nèi)徑4～6毫米，長15～20厘米）。加熱紅磷，開始時紅磷與玻璃管內(nèi)的空氣發(fā)生燃燒，但空氣不暢火焰即滅。紅磷升華成蒸氣，在兩側約2厘米遠處內(nèi)壁冷凝，各有一薄層白磷（部分帶黃色）析出，待紅磷剩下不多時停止加熱。
　　②過半分鐘玻璃管內(nèi)白磷發(fā)光燃燒，燒瓶內(nèi)產(chǎn)生大量白煙（而紅磷未燃）。燃燒產(chǎn)物溶于水生成了酸。
　　通過這樣的實驗方案設計，可從源頭上消除化學污染物的產(chǎn)生，真正體現(xiàn)化學實驗綠色化的理念，而且能加強學生的環(huán)保意識。
　　2.在實驗過程中體現(xiàn)綠色化
　　在實驗設計中已經(jīng)考慮了綠色化，更重要的是要在實驗過程中體現(xiàn)綠色化。在實驗過程中的綠色化可以體現(xiàn)在以下幾個方面。
　　（1）推廣使用微型化學實驗，節(jié)約藥品，減少污染。
　　微型化學實驗具有減少污染、現(xiàn)象明顯、快速、節(jié)約、安全等優(yōu)點。雖然化學教材中的實驗基本上規(guī)定的試劑用量都已經(jīng)是克量級，但考慮到一個班級、一個學校有這么多的學生要做實驗，如果每個學生在能夠保證實驗效果的基礎上減少用量，不僅可以減少藥品的浪費，而且可以減少對環(huán)境的污染。我們在實驗過程中嚴格督促學生按量取用試劑，糾正學生取用藥品“多多益善”的錯誤思想。鋁箔在氧氣中燃燒實驗所用的鋁箔可取自學生熟悉的口香糖（如綠箭等）的鋁箔包裝紙，將其背面的紙燒去。這種鋁箔既薄又純，很容易燃燒。實驗中用火柴引燃鋁箔較困難，可改用鎂帶來引燃。木炭還原氧化銅的實驗中的木炭可用激光復印機、打印機硒鼓中剩余的碳粉代替，碳粉顆粒很細，能與氧化銅粉充分接觸，實驗成功率較高，同時也是變廢為寶的體現(xiàn)。燒不壞的手帕是個比較經(jīng)典的趣味實驗，其實燒不壞的不只是棉手帕，用紙手帕（面巾紙）或普通的紙張代替棉手帕，實驗效果也很好。
　　（2）推行綠色化學，盡量用無毒、低毒試劑替代高毒試劑。
　　在保證實驗效果的前提下，用無毒害、無污染或低毒害、低污染的試劑替代毒性較強的試劑，盡量用無毒、低毒試劑替代高毒試劑。在一些特定實驗要用到高毒性藥品時，一定要用封閉的收集桶收集廢液。在滿足實驗要求的情況下，適當降低采樣量；不要購買暫時用不上的試劑；盡量利用可回收的試劑；應使用可降解的無磷洗滌劑；使用酒精溫度計，從而避免水銀溫度計可能帶來的汞污染。在萃取操作的演示實驗中，考慮到溴單質(zhì)的劇毒性，我將CCl4萃取溴水的實驗改為CCl4萃取碘水。這樣既可以防止因溴蒸氣的揮發(fā)而造成對學生的危害，又可以減少環(huán)境污染。
　　（3）妥善處理好化學實驗中的廢棄物。
　　化學實驗產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等都會對周圍環(huán)境造成不同程度的污染。如果我們對這些廢棄物進行合理利用，不僅可以減少對環(huán)境的污染，而且可以變廢為寶。
　　實驗室的廢棄化學試劑和實驗產(chǎn)生的有毒有害廢液、廢物，嚴禁向下水口傾倒或隨垃圾丟棄，不可將廢棄的化學試劑放在樓道、陽臺、庭院等公共場合。固體，一般應保存在（原）舊試劑瓶中，并注明是廢棄試劑，暫存在試劑柜中。液體，用塑料桶（分三類并印有標志）以分別收集含鹵素有機物、一般有機物、無機物廢液。廢液收集桶應隨時蓋緊，并放于實驗室較陰涼的位置。進入廢液收集桶的主要有毒有害成分須在《化學廢棄物記錄單》上登記，要寫有毒有害成分的全稱或化學式，不可寫簡稱或縮寫。桶滿后，將記錄單粘貼在相應的桶上。有害廢液不包括含劇毒試劑的廢液，劇毒廢液不可直接放入上述三類收集桶中。