淺議無機化學實驗教學綠色化

陳宏 萬新軍

（巢湖學院化學化工與生命科學學院，安徽 巢湖 238000）

隨著我國高等學校大規模地擴招，化學類學生的數量大幅上升，相應地，無機化學實驗教學也大量增加，化學試劑的消耗量和實驗“三廢”排放量急劇增長。據統計，“無機化學實驗”課教學所使用的藥品近150種，其中，鉛鹽、鉻鹽、鋇鹽、鎘鹽、汞及其化合物等毒性非常大，鎳、銅、鋅、錫、鈷等的化合物當濃度比較高時也有很強的毒性，并且氯仿、乙醚、苯等有機溶劑，還能對人體和環境產生比較嚴重的危害，實驗過程中產生的二氧化硫、硫化氫、二氧化氮、氯氣、一氧化碳等具有強烈的刺激氣味或毒性。因此，提出無機化學實驗教學綠色化的要求就是適時的和重要的。綠色化學實驗教學指在綠色化學理念的指導下，采取預防化學污染的新方案、新技術，對教學中的常規實驗進行適當改革而形成新的化學實驗方法。

1 無機化學實驗教學綠色化的重要性

無機化學實驗是重要的基礎實驗課程，一般在相關專業學生大一時開設。將綠色化學理念融入這門課的教學中，實現無機化學實驗綠色化，學生不但能得到一個良好的實驗學習環境，而且在剛進入大學時就潛移默化地受到綠色化學的熏陶，這對于培養其科學的環境觀點和資源觀點，提高其環保意識和責任意識，都具有相當大的意義[1]。

具體說來，無機化學實驗教學綠色化的意義主要有以下幾點。

1.1 保護實驗者的身體健康

在無機化學實驗教學中，學生要做大量的化學實驗，所用的化學藥品種類多，消耗量大；而且，大部分試劑和藥品具有腐蝕性或毒性，有的實驗還有有毒或有害物質的釋放。因此,在教學中,教師首先應該避免有毒、有害物質對學生身體健康的損害，在必要地訓練、培養學生的實驗技能的前提下，可以去除一些能產生很大毒性的實驗內容，或者選用無毒害的替代物對原來的實驗進行改造。例如：使用硫化鈉取代硫化氫氣體；把實驗中使用的有機溶劑改為綠色溶劑，選用去離子水或超臨界水作溶劑；對反應條件再改進，采用綠色催化促使反應在比較溫和的條件下完成；等等。這些措施能夠有效地保護實驗者的身體健康不受損害，在教學中上貫徹了“以人為本”方針。

1.2 培養學生的創新思維

教師帶領學生開展無機化學實驗綠色化的研究，一般的，主要包括實驗內容的再選擇、實驗藥品和試劑的再選用、實驗裝置的再設置、化學反應過程和操作步驟的再設計等。實踐表明，這些不僅可以減少甚至杜絕實驗對環境的污染和對學生身體的傷害，還可以大大激發學生學習化學的興趣，培育其創新思維和嚴謹的治學態度，強化訓練其動手能力，有利于他們了解現代化學的發展趨勢。

1.3 保護環境和節約實驗成本

按照目前普遍使用的無機化學實驗教材，化學藥品和試劑的使用量是非常大的。這主要是實驗設計不合理所造成的。通過實驗教學綠色化，科學合理地設計實驗方案，對許多只需微量試劑就能觀察到明顯實驗現象的實驗，減少藥品和試劑的使用量；循環使用某些化學試劑和藥品；對要開展的實驗的內容進行整合，合理安排實驗次序，將一些關聯的實驗串連起來；實現某些產物或副產物的回收利用，減少有毒、有害的廢棄物的數量和排放。這樣，既減輕了實驗對環境的污染，又節約了應用于實驗的資源和費用。

1.4 培養學生在實驗中保護環境的意識和能力

傳統的無機化學實驗方法對自身污染環境的問題考慮得很少。實際上，實驗需要消耗大量的化學試劑和藥品，如酸、堿、鹽及有機物，其中很多屬于有毒有害的物質；實驗過程中大量產生的廢氣、廢水、廢渣對人體和環境的危害日漸明顯，而這些廢棄物的種類和濃度沒有規律性，不能采取處理工業“三廢”的方法來處理，只能依據污染物的性質和實驗的特點，采取措施預防或減少污染。因此，在高校化學實驗教學中需要加強實驗也能危害環境的教育。通過對傳統無機化學實驗的綠色化改革，引導學生參與減少化學實驗污染及污染治理的實踐，培養學生強烈的環保意識和能力。

2 實現無機化學實驗教學綠色化的主要措施

無機化學實驗具有項目多、內容廣，藥品和試劑品種多、消耗量大、某些試劑和產物具有毒性等特點。因此，在無機化學實驗教學中實現綠色化，需要根據其特點采取下述主要措施。

2.1 教師的教學理念要切實轉變為綠色化實驗觀念

在無機化學實驗教學中，教師要安排實驗項目，設計實驗方案，配制所需試劑，為學生作實驗講解和演示，并直接指導學生的實驗操作，自始至終居于主導地位。可以說，教師的觀念和素質對于實驗教學成功與否起著關鍵作用，同樣的，也是綠色化實驗教學成功與否的關鍵[2]。要切實轉變教師的傳統實驗意識為綠色化實驗意識，并相應地提高其實驗教學素質。教師在課堂教學和實驗教學中要持續灌輸綠色化學思想。在設計實驗方案時，教師盡量要選擇污染小的項目；在無法避免使用有毒有害物質或者產生污染物質的情況下，實驗方案必須包含有效保護人身、環境安全和消除危害的措施內容。教師要充分掌握各種藥品、試劑的具體危害性。教師要掌握綠色化學實驗的基本思想和基本知識、技能，并自覺地運用這些知識、技能實現化學實驗的綠色化。教師更要勇于創新，關注發展中的化學實驗，不拘泥于教材，積極地采用、推廣那些符合綠色化學要求的實驗，以更好地實現保護實驗者健康、減少實驗對環境的危害、引導學生逐步樹立實驗環保意識的教學目的。

2.2 較大地改變現行實驗教學的內容

現在，無機化學實驗教學使用的試劑和藥品很多，其中元素化學實驗所占比例偏大。按照綠色化學觀念，要從源頭消除污染。在滿足實驗教學基本要求的前提下，對一些涉及有毒試劑的實驗內容進行改進和優化[3]。這可以從兩個方面采取措施：1、改進或去除劇毒實驗。在選擇無機化學實驗時，對危險性、毒性大，“三廢”難處理的實驗內容要去除，不使用或少使用一些無法回收、替代、重復使用和再生的藥品、試劑。2、尋找替代品，盡量用一些無毒或低毒的化學試劑來替代有毒試劑。例如，在沉淀—溶解平衡實驗中，沉淀離子及沉淀劑大部分使用Pb2+和CrO42-，雖然該實驗的現象比較明顯，但Pb2+和CrO42-屬于有毒重金屬離子，排放的實驗廢液將會對水資源造成嚴重污染，而選用Fe2+或Cu2＋與OH-反應，也可以達到相同的教學目的，但大大減少了實驗廢液的污染，成功地體現了無機化學實驗教學的綠色化。

2.3 采取微型化實驗教學

微型化實驗教學具有操作簡便，使用試劑量少，節約實驗經費，節省時間，減少環境污染等優點，是實現無機化學實驗教學綠色化的有效途徑之一[4]。微型制備實驗，通常是由常量實驗通過微型實驗方法轉變而成的，是把常規計量的化學實驗簡單化、縮小化，利用化學基礎原理重新設計、改造、組合各種儀器設備，獲取相應的化學知識。它可以減少化學藥品的使用量和對環境的污染，還可以拓寬學生設計實驗方案的思路，激發學生的學習興趣和創造力。例如，無機化學實驗中的性質實驗，現在一般是通過觀察比較明顯的實驗現象，如沉淀的形成、顏色的改變、氣體的生成等來驗證物質的化學性質，但藥品及試劑的使用量大。其實，只要實驗現象明顯，易于觀察，就可以達到良好的教學效果。所以，這樣的常量實驗可以用點滴板實驗來代替。常量實驗中一般要用1-2ml試劑用量，而使用點滴板實驗，可以大幅度減少試劑用量，僅使用1-2滴試劑就可以達到同樣明顯的效果。

2.4 回收、處理廢氣、廢液和廢渣

把實驗廢棄物質回收、處理和再利用，既能節省資源，又能增強學生的環保意識[5]。教師要正確掌握對廢氣、廢液、廢渣的處理方法，盡量綜合利用廢棄物。對于含有NO2和H2S等廢氣的實驗，應該增加吸收裝置，讓H2S通入硫酸銅溶液中，用堿溶液吸收 NO2、Cl2、SO2等酸性氣體。在實驗室中，要準備廢酸缸和廢堿缸，對腐蝕性或有害的廢液不能直接倒入下水道，而應分別儲存在這兩個缸內；并定期對其進行中和處理，用大量水稀釋后排入下水道。含有重金屬的廢液要倒入回收瓶，定期處理成低毒物質再排放。例如，鉻酸洗液具有毒性，排放前要加入一些強還原性物質，把它還原成低價鉻離子，再用廢堿液中和處理成低毒性的氧化鉻沉淀；在遠離水源的地方掩埋。還比如，銀鏡反應后試管上附著的銀，可用硝酸洗液洗滌，生成硝酸銀，再使用于銀元素系列性質的實驗中。

2.5 運用多媒體演示無機化學的實驗

采用現代化的多媒體教學方式，既可以讓學生全面掌握豐富的科學知識，又可以有效地對學生滲透環保意識[6]。對易爆、劇毒、危險、能產生有害物質的一類化學實驗，如果無法通過改變實驗方案來實現綠色化，就可以把實驗的原理、方法及操作步驟等制成多媒體課件，通過聲音和圖像的結合，直觀、清晰、生動地展示實驗操作過程給學生。這類模擬實驗能使學生感受到不同實驗條件下的實驗現象和結果，既生動形象，又節省時間和費用。

2.6 在實驗報告中鞏固綠色化學思想

寫作實驗報告時，學生除按照常規要求完成相應的數據處理和結果分析，還應該對處理此次實驗所產生的廢棄物的方法、效果進行總結。這是鞏固、強化學生綠色化學理念的十分重要的環節，具有承上啟下的作用。例如，對實驗產生的含CN-廢液的處理方法就有多種，高錳酸鉀法、配位法、臭氧法等，而具體選用哪種方法才是更加環保、經濟和科學的，就成為鍛煉和提高學生分析問題、解決問題的能力的一個重要環節。抓住此環節，通過比較和綜合分析的理性思考，學生就能夠提高自己處理實驗廢棄物的能力，為從根本上實現化學實驗綠色化奠定必要基礎。

3 結束語

進入新世紀，在我國高校迅猛發展，化學類學生大量增加，因而化學實驗規模迅速擴大的歷史條件下，化學綠色化已經表現出越來越大的必要性和重要性。而無機化學實驗教學的綠色化，需要在綠色化學觀念的指導下，通過教師統籌安排，設計和施行科學、環保的實驗方案和實驗過程，合理預防污染和處理無機化學實驗的廢棄物，才能逐步實現。概要說來，就是：師生牢固樹立無機化學實驗綠色化的理念，激發教師對傳統無機化學實驗方法進行改革，培養學生環境保護意識和科學創新精神[7]；設計并實施綜合性實驗，改進或去除一些有毒性的實驗內容；開展微型化實驗，回收利用實驗產物；采用多媒體實驗教學等現代實驗教學的方法和技術等。

[1]付國妮.綠色化學理念下的無機化學實驗教學研究[J].赤峰學院學報（自然科學版），2012，28（7）:216-217.

[2]胡明星，宿輝.綠色化學理念在高等化學教育中的融入[J].黑龍江高教研究，2009，（7）:175-176.

[3]劉冬蓮，劉爽，張寧，王偉.無機化學實驗教學改革的探索與實踐[J].唐山師范學院學報，2011，33（2）:133-135.

[4]李成未，鄭會勤，司晚令.無機化學實驗綠色化設計與研究[J].河南教育學院學報（自然科學版），2011，20（3）:59-61.

[5]董素清，岳冠華.解決學校實驗室污染問題的有效手段之——回收循環再利用[J].北京建筑工程學院學報，2002，18（1）:24-26.

[6]周云，唐亞文，陸天虹.無機化學實驗綠色化的探討[J].南京曉莊學院學報，2004，20（4）:103-105.

[7]白廣梅，李英.無機化學實驗的綠色化[J].實驗技術與管理，2006，23（2）:104-105.