初中化學(xué)“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)探究”中綠色化設(shè)計(jì)的實(shí)踐與思考

唐建平

摘 要： 本文以人教版初中化學(xué)“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)探究”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的綠色化的設(shè)計(jì)為例，闡述對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)，不但可以解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)污染、零排放，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與環(huán)保意識(shí)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 綠色化 環(huán)保意識(shí)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的基本途徑。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師若將綠色化學(xué)的思想貫穿日常教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、樹(shù)立節(jié)約意識(shí)和環(huán)保意識(shí)都具有十分重要的意義。近年來(lái)，我們以綠色化學(xué)的思想理念為指導(dǎo)，對(duì)中學(xué)化學(xué)教材中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了綠色化的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，取得了較好的效果。下面以人教版初中化學(xué)“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)探究”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)為例加以闡述。

一、問(wèn)題的提出

人教版初中化學(xué)課本P124頁(yè)“實(shí)驗(yàn)7-1”（2001年6月版）安排了“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)探究”，P125頁(yè)有關(guān)于燃燒所必需的三個(gè)條件的問(wèn)題討論，內(nèi)容為“本實(shí)驗(yàn)由教師演示，且在通風(fēng)櫥中或抽風(fēng)設(shè)備下完成”，但對(duì)于大多數(shù)初中校并不具備這樣的條件。若按照書(shū)上的設(shè)計(jì)方案，在第一步實(shí)驗(yàn)中學(xué)生看到：銅片上的白磷燃燒而銅片上的紅磷和水中的白磷都沒(méi)有燃燒。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于紅磷暴露在空氣中燃燒，使教室里彌漫著一股很濃的五氧化二磷的氣味，直接影響到學(xué)生的身體健康。第二步實(shí)驗(yàn)中，用導(dǎo)管向水底的白磷通入氧氣（或空氣），由于導(dǎo)管與白磷的接觸面積較小，水下白磷會(huì)到處“亂跑”，部分白磷會(huì)浮上水面燃燒，存在嚴(yán)重的安全隱患，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)束后白磷常有剩余，若不及時(shí)處理，對(duì)環(huán)境將造成嚴(yán)重污染。基于以上幾方面的原因，必須對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化的設(shè)計(jì)與改進(jìn)。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)的實(shí)踐

根據(jù)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本理念，即減少用量、循環(huán)利用、回收再用、再生、拒絕使用危害物等，在保證操作安全、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的基礎(chǔ)上，對(duì)以上實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化設(shè)計(jì)的研究，結(jié)果如下：

1.實(shí)驗(yàn)藥品、試劑用量的綠色化設(shè)計(jì)

根據(jù)綠色化學(xué)的要求，結(jié)合白磷有毒的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)中選擇盡量少的白磷，而且讓紅磷得到再利用。

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程的綠色化設(shè)計(jì)

人教版初中化學(xué)課本P124頁(yè)關(guān)于“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)探究”的設(shè)計(jì)：

實(shí)驗(yàn)7-1：在500mL的燒杯中注入400mL熱水，并放入用硬紙圈圈住的一小塊白磷。在燒杯上蓋上一片薄銅片，銅片上一端放一小堆干燥的紅磷，另一端放一小塊已用濾紙吸去表面上水的白磷（如圖7-4），觀察現(xiàn)象。若用導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)上述燒杯中的白磷，通入少量氧氣或空氣（如圖7-5），觀察現(xiàn)象。

圖7-4 燃燒的條件 圖7-5 白磷在水下燃燒

我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中對(duì)上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了綠色化的改進(jìn)設(shè)計(jì)，方案如下：

方案1：（如圖1）將吸干水的白磷、紅磷加入到短粗口徑試管內(nèi)，塞上橡皮塞、再將試管同時(shí)浸入熱水里，觀察現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出盛紅磷的試管留著下一班的學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)用。這樣設(shè)計(jì)的目的是既防止白磷燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷逸散，危害人體健康，又節(jié)約了藥品，減少了污染。

方案2：（如圖2）在方案1的基礎(chǔ)之上，將橡皮塞改為了單孔塞，且增加了導(dǎo)管和氣球。這樣設(shè)計(jì)的目的是避免橡皮塞因試管內(nèi)氣體熱膨脹而松動(dòng)，提高實(shí)驗(yàn)成功的幾率并且較安全。

若將圖7-5中的直角導(dǎo)管換成較短的直角導(dǎo)管并接上一個(gè)倒置的漏斗（如圖3），將熱水里的白磷用小漏斗罩住，通入空氣，排盡漏斗內(nèi)的水，讓白磷在水下漏斗內(nèi)安全的燃燒，并且漏斗還起到固定白磷的作用；氧氣的供給裝置最好選擇用過(guò)氧化氫制取氧氣的裝置（如圖4），因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)單易操作，但要注意的是注入過(guò)氧化氫后要及時(shí)的關(guān)閉分液漏斗的活塞，防止內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大，氧氣從分液漏斗下端跑出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

圖1 圖2 圖3 圖4

實(shí)踐證明：改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)不僅無(wú)需在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，而且可由學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

3.水中剩余白磷和試管中剩余紅磷的綠色化處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，白磷和紅磷的回收和處理便成為師生關(guān)注的焦點(diǎn)。我們結(jié)合本實(shí)驗(yàn)后廢渣和廢液的處理問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，要求學(xué)生查閱相關(guān)的資料，了解處理該廢液可能的途徑和方法，經(jīng)過(guò)小組討論，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的廢液處理方案。學(xué)生經(jīng)過(guò)研究，提出多種研究方案，如將白磷燃燒后的剩余物及洗滌廢水倒入教師指定容器內(nèi)，再加堿液中和處理后排放。又如在上述方案2中，將單孔塞換成雙孔塞，并增加一個(gè)裝有堿性溶液的滴管，白磷燃燒后立即處理掉其生成物，防止打開(kāi)橡皮塞后造成二次污染。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)的思考

從以上案例可以看出，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的綠色化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)污染、零排放。而對(duì)該實(shí)驗(yàn)的探究和討論，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，而且強(qiáng)化了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育。學(xué)生敢于對(duì)書(shū)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討、質(zhì)疑，并自己動(dòng)手設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深層次的思考、分析。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)，真正實(shí)現(xiàn)“在實(shí)驗(yàn)中探究，在探究中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中思考，在思考中提升”，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，科學(xué)素養(yǎng)也得以提高。

由此可見(jiàn)，對(duì)于教材中某些污染比較嚴(yán)重的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，會(huì)大大解決實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，使師生在良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中工作和學(xué)習(xí)。這樣環(huán)境教育將不再是口號(hào)，不再是形式，而是可以培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新能力的有效方式。

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