微型化學實驗 倡導綠色化學

摘要：環(huán)境保護是目前全世界人民最關心的問題，也是國際社會面臨的嚴重問題。在新課標化學教材中實驗所占的比重很大，實驗過程中往往會產(chǎn)生、排放大量的有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)的排放給環(huán)境造成了危害。我們可以用綠色化學觀點改進中學化學實驗，

即對中學化學某些實驗進行微型實驗，使其向無污染方向發(fā)展。

關鍵詞：環(huán)境保護；微型實驗；綠色化學

【中圖分類號】TQ016

環(huán)境保護是目前全世界人民最關心的問題，也是國際社會面臨的嚴重問題。在新課標化學教材中實驗所占的比重很大，實驗過程中往往會產(chǎn)生、排放大量的有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)的排放給環(huán)境造成了危害。我們可以用綠色化學觀點改進中學化學實驗，即對中學化學某些實驗進行微型實驗，使其向無污染方向發(fā)展。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，非常符合“綠色化學”的思想，既真正地保護了環(huán)境，又不失時機地把環(huán)保教育滲透于化學教學之中。筆者在教學實踐過程中充分體現(xiàn)“綠色化學”的思想，將化學實驗“微型”化，初見成效。

一、解決方案的內(nèi)容與實施

1、在保證獲取最有效實驗信息的前提下，采用盡可能少劑量實驗，對試劑“減量”或“降低濃度”或“微型”實驗儀器

如實驗室制取氯氣及氯氣性質(zhì)實驗中，因為氯氣是有毒氣體，泄漏到空氣中會嚴重污染大氣，影響身體健康。而且驗證氯氣性質(zhì)實驗較多，按照教材操作比較繁瑣，且不可避免造成氯氣泄漏。我們可以改進實驗措施，實驗用品及試劑有五條濾紙條，紙條上分別滴有（1）品紅試液；（2）石蕊試液；（3）淀粉一KI試液；（4）Na2S溶液；（5）KBr溶液；（6）高錳酸鉀晶體；（7）吸有濃鹽酸的膠頭滴管。實驗步驟：實驗時只須擠幾滴濃鹽酸即可發(fā)生變化。（1）褪色；（2）先變紅后褪色；（3）變藍；（4）出現(xiàn)淡黃色固體；（5）變?yōu)槌燃t色。這樣設計實驗后，實驗裝置簡單、現(xiàn)象明顯、所需藥品少、無污染。

2、改“演示實驗”為“演示實驗和學生實驗”的結(jié)合體

如電解飽和食鹽水實驗中，反應在U型管里進行，使得離子在兩極之間遷移距離過長，造成整個電路的電阻較大，電源功率損耗大，使陰、陽兩極產(chǎn)生的氣泡較少，很難收集到足夠的氫氣；用鐵棒作電極，電阻大，表面積太小，不利于氫氣的產(chǎn)生，也難收集到足夠的氫氣進行驗證實驗；尾氣不及時處理，會對環(huán)境造成污染，不符合綠色環(huán)保的新理念。我們也可以改進一下：將一塊濾紙裁成兩半，取一半平放在玻璃板上，用NaC1酚酞試液充分浸潤，分別用舊電池芯、鐵釘作陽、陰極按輕輕將電極卷在其中，并接通電源。通電2分鐘后，立即打開裹有碳棒的一端濾紙，滴人一滴碘化鉀淀粉溶液，濾紙變藍，證明陽板有氯氣生成，再打開另一端，發(fā)現(xiàn)濾紙變紅，證明NaOH在陰極生成。

這樣，實驗中藥品用量少，電極產(chǎn)物檢驗簡單，現(xiàn)象直觀，節(jié)省時間；實驗操作簡單，效果明顯，可用作教師演示實驗和學生實驗，以提高學生學習的參與度。

3、盡可能密閉可控、處理尾氣

例如，在銅和濃硝酸的反應中，利用注射器代替試管進行試驗：取一支10mL的注射器，抽出活塞，在針筒內(nèi)裝入0.04g銅屑，推上活塞并吸入0.1mL的濃硝酸，觀察現(xiàn)象，等反應完畢后將注射器中的液體小心排入廢液瓶中，裝有無色氣體的針筒內(nèi)再吸入空氣，可看到無色氣體變成紅棕色。改進后的裝置是封閉體系，易于對比觀察，效果明顯，藥品用量比改進前少得多，同時能防止有毒氣體二氧化氮的泄漏并污染空氣。結(jié)合汽車、飛機等運輸工具排放廢氣污染空氣而形成光化學煙霧的實例，對學生進行環(huán)境意識的教育，以提高學生的環(huán)保意識。實驗完畢，啟發(fā)學生利用已學知識對廢棄物進行處理，以防止重金屬銅和有氣體二氧化氮的污染，使學生養(yǎng)成從我做起，保護環(huán)境。

4、回收和重復使用試劑，提高藥品的利用率

回收未反應的原料、副產(chǎn)物（含“三廢”），如用KMnO4制取O2所得到的剩余物質(zhì)中主要含有MnO2、K2MnO4和未反應掉的KMnO4，這三種物質(zhì)的混合物均可用來加入濃鹽酸制取氯氣。再如像在《乙酸乙酯的制取》實驗中，由于最后的混和液中尚有相當?shù)臐饬蛩幔鸵髮W生集中倒在指定的廢物桶中，處理后再排放。還可以回收催化劑等非反應試劑，如《化學反應速率化學平衡》的催化劑對化學反應速率的影響實驗中，MnO2是H2O2分解生成O2的催化劑。在實驗結(jié)束時，要求學生將小試管中的H2O和MnO2一起倒入指定的回收容器（燒杯等）中，以便集中回收MnO2。

重復使用主要是將上一個實驗步驟中剩余的藥品以及回收來的化學藥品用到下一個實驗步驟中或用到其他的實驗中去。如前面提到的濃硫酸稀釋后，不是直接倒掉，而是用到后面的濃、稀硫酸的性質(zhì)比較實驗中去。再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于濃鹽酸制取氯氣的實驗中。這樣，大大減少了藥品用量，提高了藥品使用效率。

5、計算機仿真化學實驗

常規(guī)的、傳統(tǒng)的化學實驗不可避免地消耗許多藥品和大量的水資源，尤其是對一些試劑昂貴、實驗中容易引起爆炸或必須采用有毒、有害的試劑（如苯、苯酚、重金屬等）的實驗，并在整個實驗中排放較多的有毒氣體、有毒廢水，給師生身體健康帶來極大的危害，且對環(huán)境造成較大破壞的實驗，我們可以利用計算機多媒體技術，對實驗原理、裝置、流程、實驗過程進行仿真，用文字、聲音、圖像、動畫的效果讓學生在計算機屏幕上做實驗，達到身臨其境的感覺。如有毒溶劑的燃燒，有毒物質(zhì)的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化等實驗，這樣既讓學生學會了實驗方法，而且使那些毒性大、危險性大、試劑昂貴的實驗變成了綠色化的實驗，自始至終，不會對人體和環(huán)境造成污染。

但需要注意的是微型化學實驗不是常規(guī)化學實驗的簡單縮微或機械減量，也不是對常規(guī)實驗的補充，更不是與常規(guī)實驗的對立，而是在整個實驗過程中貫穿了綠色化學的思想，有效實現(xiàn)“盡可能小劑量實驗、省資源、少污染、減成本”，還增強學生的環(huán)境保護意識，是對中學化學常規(guī)實驗進行的改革和發(fā)展。因此，微型實驗雖然具有許多優(yōu)越性，但也并不是所有實驗都可用之代替的。在教學中，應根據(jù)實驗的內(nèi)容、目的、現(xiàn)象和定量要求等進行選擇，使常規(guī)實驗和微型實驗相結(jié)合，兩者取長補短，這樣可以發(fā)揮更好的教學效果。