中學化學實驗綠色化研究

綠色化學是一個具有明確的社會需求和科學目標的新興理念。從科學觀點看，綠色化學是對傳統化學思維方式的更新和發展；從環境觀點看，綠色化學利用化學的原理、技術和方法減少或消滅對人類健康、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑、產物等的使用和產生；從經濟觀點看，綠色化學合理利用資源和能源、降低生產成本，符合經濟可持續發展的要求。綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，不再處理廢物。

在教學中，化學實驗綠色化設計的內容應從改進實驗原理、控制實驗條件、改進實驗方法、循環使用溶劑、妥善處理好實驗廢棄物等五個方面進行考慮，以實現實驗的綠色化。

1.改進實驗原理。比如“氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體混合吸熱制冷”原料不易得，且產生濃烈的氨味，使坐在教室前排的學生個個掩鼻，課堂秩序一片混亂。如果采用生石灰加水放熱反應，原料易得，產品石灰水還可回收用于樹木的消毒，既可節約藥品，又十分容易與學生的日常生活相聯系，有利于學生發散思維的培養。

2.控制實驗條件。比如“在兩支試管中分別加入稀鹽酸，將兩個各裝有碳酸鈉、碳酸氫鈉粉末的小氣球分別套在兩支試管口，將氣球內的碳酸鈉與碳酸氫鈉同時倒入試管，觀察反應現象”。缺點是無法驗證碳酸鈉與碳酸氫鈉反應的快慢。改進做法如下圖所示：U形管的底部放一個厚約2-3cm的膠塞（直徑與U形管內徑相同），將U形管底部分為兩部分，然后分別加入碳酸鈉和碳酸氫鈉。將兩個管口分別用與三通管相連的單孔膠塞堵住，向長頸漏斗加入稀鹽酸，使酸液以相同速度分別滴入管內，可以觀察到兩支管內都能發生反應，都有氣體產生，但劇烈程度不同，生成的氣體從側支管排入氣球中，從兩個氣球充盈程度不同、充氣速度快慢，能得到形象直觀的感性認識。

3.改進實驗方法。“用棉花包住過氧化鈉，放在石棉網上，并在棉花上滴幾滴水，觀察棉花的燃燒”。石棉纖維燃燒的產物有致癌作用，對師生的身體健康有一定的損害，且滴水導致棉花弄濕。可以改進為：在鐵板上放一層薄棉花，在棉花上放置約一藥匙過氧化鈉（2克左右），用玻璃導管對準棉花吹，數秒鐘后，觀察到淡黃色的過氧化鈉逐漸變成橙黃色，旋即冒煙，隨后著火劇烈燃燒；把鐵板上的灰用水浸泡，過濾；濾液滴入稀鹽酸，會觀察到氣泡產生；證明產物不是氫氧化鈉而是碳酸鈉，從而說明用玻璃導管吹氣主要是二氧化碳，少量的水不影響實驗的演示。這個演示能使學生歷久不忘。

4.循環使用溶劑。“鹵素各單質的活動性比較實驗”是在試管中完成的，而飽和氯水和溴水則存在著氯氣和溴蒸氣的逸出污染（一個班五六十名學生同時實驗，污染很嚴重）。創新為串聯實驗：在一張濾紙中心處，滴一滴飽和溴化鈉溶液，待其濕潤后，再滴一滴氯水，濾紙呈現黃色斑點；在呈黃色斑點處，再滴一滴碘化鈉溶液，斑點顏色變為淺褐色；在淺褐色斑點處，再滴一滴淀粉溶液，濾紙上斑點變為藍色。這個實驗藥品簡單，現象明顯有趣。另外也可用點滴板或玻璃片來代替試管完成此實驗。氯水和溴水用量的減少，大大減輕了因氯氣和溴蒸氣所造成的污染。

5.妥善處理好實驗廢棄物。“碘的升華實驗”，可用“碘錘”（兩頭向內凹陷，其內密封有碘晶體）來完成。其方法是在其中一頭滴入約1ml冷水，另一頭在酒精燈火焰上加熱，因水的冷卻作用，碘升華后可凝聚在“碘錘”上方內壁上，下次實驗時再在“碘錘”另一頭倒入水，在有碘晶體凝結的一頭加熱即可。

綠色化學目前尚未發展成為如無機化學、有機化學、物理化學、分析化學這樣的獨立體系，但作為一種指導思想，一種研究策略，它是切實可行的。因而作為中學化學教師，我們雖然沒有能力來編制教材，設置綠色化學的有關內容知識，但應該而且能夠在課堂教學、實驗等方面，想方設法地向學生滲透綠色化學的思想，用綠色實驗來充實教學內容。這不僅可以創新教學內容，培養學生的科學素養，而且能讓學生自然地接受綠色化學，具有綠色化學意識，自覺地用綠色化學的眼光看待社會生活中存在的化學問題。

中學化學教材中有些內容已經具備綠色化學意識，但有些有待進一步加強和完善。作為化學教師，我們不能等，不能靠，而是要先做起來。在國外，一個啟普發生器或一個霍夫曼電解實驗裝置成功后就能發表、定形、生產、推廣，并長久落實在教材中，但我們的一些構思巧妙、效果較好、方法科學的研究成果被廣泛采用尤其是進入教材的極少。在下一步的工作中，我們力爭多做些在理論上完備、操作上簡便、效果上明顯、費用上經濟，能有力促進學生思維發展的綠色化學實驗案例。