芻議基礎化學實驗的綠色化

[摘 要]化學作為一門以實驗為基礎的學科，在為人類帶來豐富物質的同時，也帶來了嚴重的環境危機。基礎化學實驗作為高校化學專業的第一門實驗基礎課，由于其實驗過程中所使用的化學試劑種類多，有些試劑毒性大，對實驗室周邊環境造成嚴重污染而越來越受到人們的廣泛關注。基礎化學實驗中，實驗操作要規范化，推進實驗設計綠色化；發展循環實驗，實施實驗產物的回收利用，加強實驗“三廢”的處理，引進現代實驗新技術等，最終實現基礎化學實驗綠色化。

[關鍵詞]基礎化學實驗 綠色化學 環境保護 循環發展 回收利用

[中圖分類號] G642.432 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）09-0050-02

化學作為一門基礎性科學，與人類的生活息息相關。人們的生活離不開化學，而化學的基礎是實驗，因此，實驗在化學教學中占有相當重要的地位。基礎化學實驗是大學化學實驗課的基礎，實驗內容豐富，項目多，開設實驗的學生也多，從而導致實驗中使用的化學試劑種類多、耗費量大，部分試劑毒性大，使每個化學實驗室幾乎都成為一個小型污染源。這種“聚沙成塔”式的污染不容忽視。因此，減少基礎化學實驗中有毒試劑的用量及實驗中“三廢”的處理已成為一個亟需解決的問題。加快推進基礎化學實驗教學綠色化改革是解決此問題的根本途徑[1]。

一、基礎化學實驗綠色化措施

（一）實驗操作規范化

基本操作的正確和規范，是進行基礎化學實驗的前提和基礎，也是從源頭減少污染物產生的根本保證。實驗中，應避免操作錯誤而造成的重復實驗，正確把握試劑的用量、取用方法，避免違規操作而造成的試劑損失；糾正學生對于試劑取用“多多益善”的錯誤認識，減少試劑的浪費和對環境的污染。因此，規范化的實驗操作，良好實驗習慣的養成是非常重要的。總之，實驗中應使學生做到基本操作正確規范，避免操作錯誤，減少不必要的浪費，從操作上實現基礎化學實驗的綠色化。

（二）推進實驗設計綠色化

Anastas和Warner曾提出綠色化學12條原則[2]，可作為設計綠色化學實驗的指導和方針。其中優化實驗的內容、方式，以及實驗裝置的改進為基礎化學實驗的綠色化設計指明了方向。如SO2和H2S氣體反應的實驗，改進實驗后取飽和Na2SO3溶液與飽和Na2S溶液各3mL于同一試管中，滴加入0.1mol / L的鹽酸，有黃色煙霧產生，并在試管壁上有黃色粉末附著，觀察到的現象比直接混合氣體的現象還明顯，同時還減少了SO2和H2S氣體的污染[3]。現有的許多基礎化學實驗裝置在實驗過程中不但不易控制試劑用量而且不利于觀察實驗現象。因此，改進實驗裝置，消除環境污染，真正做到實驗綠色化是當今基礎化學實驗亟待解決的問題。

（三）發展循環實驗

所謂循環實驗，就是通過重新調整實驗順序，串聯合并原來在教材中彼此獨立的幾個實驗，構成一個連續有機的整體，即下一個實驗反應所需的反應物使用的是上一個實驗的生成產物，它可以是一個大實驗中若干個相關實驗的組合，也可以是幾個不同主題實驗的串聯。這樣，實現了實驗有毒物質或廢棄物的有效循環利用，既節省了藥品，又減少了污染。例如，教材中的銅與濃硝酸的反應，產生有毒氣體NO和NO2，對環境污染嚴重，產生的Cu（NO3）2如不合理利用也會造成浪費。為此，可將其設計成循環反應，將生成的Cu（NO3）2通過強堿溶液溶解、過濾、加熱后重新得到銅，將生成的氣體通入強堿溶液處理后經酸化得到硝酸溶液。這樣，不但解決了污染問題和試劑浪費的問題，而且還對單質及相應化合物的性質進行了鞏固和驗證[4]。

（四）實施實驗產物回收利用

當前的基礎化學實驗中，往往存在學生觀察到有關的數據和現象后，就直接棄置或排放實驗產物，造成環境污染的問題。因此，應嚴格要求學生統一回收反應后的生成物，然后根據回收物的化學特性，統一處理，或再次使用。例如，在做物質的制備實驗時，可以將學生制得的產品收集起來經處理后，再度利用于其他實驗中。如硫酸亞鐵銨的制備，實驗產物是硫酸亞鐵銨。如果將其廢棄，不僅會污染環境，而且還會浪費試劑。實際教學中，應先開設硫酸亞鐵銨的制備實驗，并將其實驗產物回收保存，然后用于其他實驗。如在物質氧化還原性質驗證的相關實驗中，可做Fe2+的來源。銀鏡反應后用硝酸洗滌試管得到的硝酸銀可再用于鹵素離子的鑒定及鹵化銀溶解性的探究實驗；用于碘萃取的四氯化碳得到的大量碘—四氯化碳溶液，可以加入硫代硫酸鈉使大量的四氯化碳被回收。通過以上方法，盡量做到化學試劑利用的最大化，減少環境污染和試劑浪費。

（五）加強“三廢”的處理

多年來， 基礎化學實驗室的“三廢”處理沒有一個系統的指導方法。一般的基礎化學實驗教材只有關于“實驗室安全知識”“實驗規則”等方面的要求， 僅少量教材中有關于“實驗室三廢處理”和“實驗室廢液處理的一般指導原則”。而其他基礎化學實驗參考文獻，對產生的含有毒性的廢液，都只是指導性地采取集中收集、堿液處理、定點深埋的原則。而在實際操作中， 由于各種因素的制約，以及基礎化學實驗室產生的廢液的量也不大， 每一次產生的時間短， 因此對廢液都是采取用大量自來水沖稀或直接排放的處理方法。而對產生的少量實驗室廢渣， 都作為普通垃圾來處理[5]。再加上少數師生的環保意識和責任意識不強，對化學廢液的識別、分類以及處理方法等相關知識缺乏全面而系統的了解，對實驗室廢液采取放任自流態度。有部分學生甚至將實驗室的廢液直接倒入下水道，而這些實驗廢液大多沿下水道進入城市污水管網或直接排入到江河湖海或滲入地下；另外，對于 固體廢棄物則不加以處理隨便棄置在垃圾堆里，直接污染著環境，嚴重損害人體健康。長此以往，污染物的累積必將對環境造成嚴重污染。因此，實驗室廢物的處理應優先考慮廢物的資源化。

（六）發展多媒體模擬實驗

綠色化學作為一門從源頭上阻止污染的化學，其目標和任務不是被動地治理環境污染，而是主動地防止化學污染。對于一些高風險、高成本、高毒性、會造成環境嚴重污染和難控制的實驗，可以在計算機上運用仿真模擬技術模擬整個反應過程，實現實驗“零排放”“零污染”。 如對基礎化學實驗中一些元素化合物的性質實驗實施模擬，由于這類實驗存在實驗時間較長，試劑使用種類較多且較大毒性的污染物多，污染物組成比較復雜、對環境污染比較嚴重，試劑回收后處理困難等問題，不僅對人體健康危害嚴重，而且對生態環境具有極大的破壞力。如p區、ds區、過渡系元素及化合物的性質檢驗就用到近100種試劑和藥品[6]，其中含有重金屬離子鎘離子、銀離子，鉛汞鹽、砷化合物等劇毒試劑。對于這一系列實驗，可有選擇性地保留一部分有典型代表性且對環境污染程度較小的進行實際操作。其他毒性較大、污染較嚴重的，可將實驗過程設計成模擬實驗，在計算機上實施操作、完成實驗。模擬實驗大大增強了實驗的可見度，使學生很好地掌握了性質實驗的基本操作方法，熟悉了元素及化合物的化學性質。同時，模擬實驗良好的界面及趣味性的動畫、聲音，極大地提高了學生的學習興趣，調動了學生的學習積極性和主動性。

（七）引進現代實驗技術

微波作為一種新型的能量形式，屬于電磁波的一種，頻率范圍0.3～30GHz，波長為1m～1mm，具有較強的穿透性和優異的選擇性，其在促進化學反應速率方面較常規方法反應速率提高2～3個數量級[7]，且具有操作方便、節能、反應條件溫和、對環境友好等優點。超聲波，由于其空化作用，具有提高物質在載體上的分散性，改善物質的表面形態，提高許多反應的速率等優點。將微波、超聲波技術引入基礎化學實驗中，不僅能節約能源，減少污染，而且還有助于先進科學技術的普及，激發學生的求知欲。同時，這些技術的引入對增強化學實驗內容的綠色化有十分重要的作用，也是實現基礎化學實驗綠色化的一個重要方法。

二、結語

綜上所述，利用基礎化學實驗的專業基礎課地位實施基礎化學實驗的綠色化是非常必要的。綠色化設計不僅有利于解決目前基礎化學實驗對環境的污染問題，同時還有利于調動學生學習的積極性，提高學生實驗技能和培養學生嚴謹治學的態度。更為重要的是，通過基礎化學實驗的綠色化的大力實施，可進一步培養學生的綠色化學和環境保護的意識，為全民環保意識的形成奠定基礎。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 劉艷，江虹.淺議化學實驗教學與綠色化學意識的培養[J].科技資訊，2008，（3）：146.

[2] 朱清時.綠色化學與可持續發展[J].中國科學院院刊，1997，（6）：415-416.

[3] 李軍，王小風，楊淑瓊.綠色化學實驗教學的研究[J].實驗技術與管理，2002，（1）：40-42.

[4] 劉艷，盧亮.化學實驗的綠色化設計初探[J].中國西部科技，2008，（4）：65-66.

[5] 朱萬強，陳文興，勾華等.無機化學實驗室“污水、污物”處理方法探討[J].遵義師范學院學報，2005，7（5）：73-76.

[6] 北京師范大學無機教研室.無機化學實驗（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2001.112-115.

[7] 汪朝陽主編.綠色化學通用教程[M].北京：中國紡織出版社，2007.150-153.

[責任編輯：黃春香]