對高校化學實驗教學過程中綠色化教育的探索

摘要高校化學實驗是化學教學過程中的重要環節，能幫助學生深入理解化學知識并形成良好的化學思維習慣，但實驗過程中產生的廢棄物給環境帶來了危害。根據綠色化學的理念，對高校化學實驗教學進行綠色化學教育的探索，采用優化實驗方案，重視廢棄物的回收利用和開展仿真實驗，效果顯著。同時有助于培養學生的創新意識、環保意識和減少環境污染，對教師專業素質的提高也有重要意義。

關鍵詞 高校化學實驗 實驗教學 綠色化學

中圖分類號：X 789文獻標識碼：A

Exploration for the Green Chemistry Teaching in College Chemistry Experiment

WEI Yu， LIU Yamin， LV Ruihong， LI Yuxian

（College of Pharmacy， He'nan University of Traditional Chinese Medicine， Zhengzhou， He'nan 450008）

AbstractCollege chemical experiments are very important part of chemistry teaching， which can help the students to understand chemistry knowledge and form good thinking habit. But waste materials in experiment are harmful to the environment. Under the notion of green chemistry， we establish and study green chemistry experiments in college by optimization of experimental program， recycling of waste materials， and carrying out simulation experiments. The teaching results are satisfied. It can cultivate the students’ innovation ability and protecting environment consciousness. It also reduces environmental pollution and is significant to improve teacher's profession qualities.

Key wordscollege of chemical experiments; experiment education; green chemistry

0 引言

綠色化學又稱環境友好化學、清潔化學等，具體是指采用無毒害的原料，以“原子經濟性”為原則，在無毒害的反應條件（催化劑、溶劑） 下進行反應，充分利用原料，實現“零排放”，即充分利用資源且不產生污染。綠色化學最大特點在于化學反應和過程中沒有（或盡可能小的）產生環境副作用，且這一反應和過程在經濟上和技術上又是可行的。化學實驗是化學教學中不可缺少的重要環節，目前，各個高校正在開展各種各樣的化學實驗，其目的在于培養學生觀察、認識和理解化學反應過程的能力，驗證理論和掌握化學實驗的基本技能，是進行科學實驗工作方法的初步訓練，使學生在實驗過程中逐步培養其獨立思維、獨立工作以及嚴謹的科學態度和良好的實驗室習慣。但是在目前的實驗教學過程中，教師往往側重于學生的觀察、動手能力以及分析問題、解決問題的能力，卻忽視了對實驗過程中產生的廢液、廢渣以及有害氣體的處理。這些“廢液”、“廢渣”及有毒氣體會對環境產生污染，需要引起每位化學工作者的重視，并采取必要的措施予以防范。結合我校開設的化學實驗的情況，對化學實驗教學進行了綠色化教學的探索，將綠色化學理念貫穿于整個實驗教學中：采用優選實驗內容、改進實驗方案，重視廢棄物回收利用等方法，體現綠色化學教育思想，在降低環境污染的同時培養學生的創新意識和環保意識，提高學生的實驗操作技能，把綠色化學教育思想融合于化學實驗教學中，有效地減少化學實驗過程中對實驗環境所產生的污染，培養學生的綠色化意識也是目前高校化學實驗教學改革的重點，對預防環境污染也有重要意義。

1 優化實驗內容

1.1 優選實驗方案，使實驗內容“綠色化”

在實驗教學中，我們常常從眾多實驗項目中挑選一些具有代表性的實驗用于教學，能夠實現同一個目的、實驗現象明顯、操作簡便的不同實驗之間可以相互替代。比如酸堿電離測定實驗，其目的是要求學生掌握電離度的測定方法以及pH計的使用方法，具體測定的對象是醋酸還是丙酸就顯得不是很重要了。再如分析化學中銀量法標準溶液的配制與標定，實驗中AgNO3具有較強的腐蝕性，皮膚接觸后會引起灼痛并被腐蝕變黑，而實驗中學生的自我保護意識不強，很容易引起危險。因此就可以選用類似的滴定實驗，如高錳酸鉀標準溶液的配置與標定來代替銀量法，使學生掌握標準溶液的配制方法和根據指示劑顏色變化來判斷滴定終點的方法。由此可見，在實現同一實驗目的前提下選擇哪種測定物并不重要，主要應以保護環境為出發點，盡可能選擇對人和環境危害小的測定物來進行實驗。

1.2 優選實驗藥品和試劑，使實驗產物 “綠色化”

在化學實驗時應盡量選擇水、乙醇、丙酮等溶劑和酸堿、無機鹽類等藥品，盡量避免使用對環境有毒害或易揮發的藥品和有機溶劑，尤其是鹵代烴類溶劑的使用。另外，選擇產物為沉淀或無毒害物質的實驗。比如酸堿中和滴定實驗，其原理是H++OH- = H2O，這就是一個綠色化學實驗。因為NaOH 和HCl中和反應徹底，產物NaCl 和H2O 是環境友好的，酚酞和甲基橙也能無害降解。在這個實驗過程中既可以讓學生掌握酸堿滴定管的使用方法、滴定時誤差的來源及滴定終點顏色變化的判斷，又能保護環境，減少對人的傷害。因此，選擇類似這種實驗既能達到實驗目的，又使學生掌握了相關實驗技能，避免毒害物的產生，可謂一舉兩得。

1.3 優選實驗方法，使實驗過程“綠色化”

在常規的實驗中，化學試劑的用量比較大，如果采用先進的儀器，如將超聲、微波等現代分析技術代替常規實驗方法應用于實驗，就能使實驗過程“綠色化”。如將微波應用于有機化學反應中可降低反應溫度，減少藥品用量，提高反應速率，減少副反應，提高原子利用率。學生利用微波做己酸乙酯合成實驗，就體會到微波合成比常規實驗具有反應物用量少，速度快，副產物少等顯著優點。因此通過改進儀器、制備技術等實驗方法，不僅能夠節約資源和經費，還能有效地減少一些污染問題。

2 重視實驗廢棄物的回收利用

化學實驗過程中產生廢物排放，這是不可避免的問題。但是重視廢棄物的回收利用，減少環境污染，可以增強學生的綠色化學意識和環保意識。如分析實驗中常用的一些鹽酸、氫氧化鈉、高錳酸鉀、重鉻酸鉀等標準溶液，用完后如果隨意倒掉，一方面會造成藥品的浪費，另一方面還會造成對環境的嚴重污染。由于化學實驗廢棄物中污染物種類齊全、品種繁多，相應的處理方法也就多種多樣。我們根據“廢液”、 “廢渣”、“廢氣”中所含物質進行分類處理。總的來說，其根本目的是：通過處理，達標(濃度控制或總量控制)排放。

（1）無機酸堿類。廢無機酸先收集于陶瓷缸或塑料桶中，然后用過量的碳酸鈉或氫氧化鈣的水溶液中和，或用廢堿中和，中和后加入大量水沖稀后排放。氨水、氫氧化鈉，用實驗收集的廢酸中和后，再用大量水沖稀后排放。

（2）含汞離子的廢液。可用堿將廢液pH調至8~10，加入過量硫化鈉，使其生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亞鐵作為共沉淀劑，生成硫化鐵沉淀可將硫化汞微粒吸附沉淀，然后靜止分離，清液可排放，殘渣可用焙燒法回收汞或制成汞鹽。

（3）含鉻離子的廢液。含鉻廢液中加入還原劑，如硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、鐵屑，在酸性條件下將六價鉻還原成三價鉻，然后加入堿，使三價格形成Cr(OH)3沉淀，清液可排放。沉淀干燥后可用焙燒法處理，使其與煤渣一起焙燒，處理后可填埋。

（4）含砷離子的廢液。加入氧化鈣，使pH為8，生成砷酸鈣和亞砷酸鈣沉淀，在Fe3+存在時共沉淀。或使溶液pH大于10，加入硫化鈉，與砷反應生成難容、低毒的硫化砷沉淀，收集后集中處理。

（5）含酚廢液。低濃度含酚廢液可加入次氯酸鈉或漂白粉，使酚分解為水和二氧化碳。高濃度含酚廢液可使用丁酸乙脂萃取，再用少量氫氧化鈉溶液反復萃取，調節pH后，進行重蒸餾，提純后回收使用。

（6）含氰廢液。低濃度廢液可加入氫氧化鈉調節pH為10以上，再加入高錳酸鉀粉末（3%），使氰化物分解。若是高濃度的，可使用堿性氯化法處理，先用堿調至pH為10以上，加入次氯酸鈉或漂白粉，經充分攪拌，氰化物分解為二氧化碳和氮氣，放置24小時排放。含氰化物廢液也不得亂倒或與酸混合，以免生成有劇毒的揮發性氰化氫氣體。

（7）含氟廢液。加入石灰使生成氟化鈣沉淀，以廢渣的形式處理。

（8）混合廢液及含有機試劑廢液的處理。互不作用的廢液可用鐵粉處理，調節廢液pH3-4，加入鐵粉，再調成堿性，加入高分子混凝劑使其沉淀，清液可排放，沉淀物作為廢渣處理。天然藥物化學實驗過程中產生有機試劑廢液，如三氯甲烷的廢液，可依次用水、濃硫酸、鹽酸羥胺溶液等處理后，進行蒸餾就可以回收利用。中藥化學實驗中常常有很多乙醇廢液，可將其先收集在大容器內，蒸餾后重新利用。對于含少量被測物且易揮發的有機廢液如乙醚等應集中儲存，儲存容器上貼上標簽、寫明種類、儲存時間等，以便回收利用。

（9）對于常見固體廢棄物可以實行分類處理。實驗中產生的“廢渣”其組成非常復雜，有各種廢棄玻璃瓶及被試劑污染的廢紙屑等。這些固體廢棄物不能一丟了之，以免造成水土污染。對此，我們對這些廢棄物進行分類，對于廢棄的玻璃瓶，如各種酸試劑瓶、乙醇瓶等集中起來，由事先聯系好的招標廠家統一回收，為這類廢棄物的回收利用提供了有利的保障。不能重新回收利用的“廢渣” 和不能自然降解的有毒廢物，應集中到焚化爐焚燒處理。

（10）在無機化學及中藥化學等實驗中常常產生各種廢氣，化學實驗中常常產生難聞、有毒、有害、有腐蝕性的氣體，如含有氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物、氯氣、氨氣等成分的廢氣，目前多通過通風櫥、通風罩、換氣扇等排到室外，經空氣稀釋后排放到大氣中。另外，實驗室管理人員可利用業余時間，在實驗室養植一些花草樹木，這樣可使師生感覺到實驗室的空氣清新淡雅，還能起到凈化空氣，吸收毒氣的作用。據相關資料表明，菊花可將廢氣中60%的SO2滯留，月季花能吸收H2S、HF、苯蒸汽；山茶花能抗御SO2、HCl、鉻酸和硝酸煙霧等有害物質的侵害；桂花對化學煙霧有特殊的抵抗能力，對HCl、HF、苯酚等污染物有不同程度的抵抗性。

3 利用現代教學手段，開展仿真實驗

對于一些價格昂貴、實驗中必須采用有毒、有害的試劑(如苯、重金屬、砷化物等)或容易引起爆炸的實驗，或排放較多的有毒廢氣和廢水的實驗，如醚的過氧化物爆炸、砷化物的相互轉化等實驗，我們可以采用計算機多媒體系統進行仿真實驗。利用計算機高級圖形功能模擬實驗環境，達到輔助實驗教學的目的。通過對實驗儀器的剖視和實驗過程的仿真，使學生了解實驗機理及儀器操作原理。這樣既讓學生掌握了實驗內容，又使那些毒性大、危險性較大、試劑昂貴的實驗變成了綠色化學實驗，降低對人體的危害和環境的污染。采用多媒體模擬仿真實驗是今后化學實驗綠色化研究的重要方向，是減少實驗室廢棄物污染和保護環境的最佳途徑。

4 結語

在化學實驗教學中進行綠色化學教育，有利于學生實驗技能的培養和綜合素質的提高，通過對廢棄物進行適當的處理和回收，既可以減少它們對環境和人體造成的損害，又可以節約資源和實驗經費。在實驗過程中進行綠色化學理念的滲透還可以培養學生的環保意識和創新意識，擴展學生的知識面，激發他們學習化學知識的興趣，而且在對廢棄物的處理過程中實驗技能也得到了進一步的提高。因此，把綠色化學理念滲透到化學實驗教學中，不僅可以減少實驗過程中對環境產生的污染，還能夠促進和提升教師知識結構（下轉第22頁）（上接第10頁）和對實驗方法的變革，對提高教師專業素質具有積極的現實意義。

基金項目：河南省教育科學“十一五規劃”2010年課題（2010-JKHAG-0300）

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