芻議無機(jī)化學(xué)教學(xué)中綠色化學(xué)理念的有效滲透

劉明霞

摘 要：隨著人們對環(huán)境保護(hù)的重視，綠色化學(xué)理念越來越多地滲透到無機(jī)化學(xué)教學(xué)中。將環(huán)境保護(hù)和無機(jī)化學(xué)教學(xué)有效地結(jié)合起來，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的意識。本文介紹了綠色化學(xué)的發(fā)展情況，并且提出了將綠色化學(xué)有效滲透到無機(jī)化學(xué)教學(xué)中的具體途徑和措施。

關(guān)鍵詞：無機(jī)化學(xué)；教學(xué)；綠色化學(xué)

面對日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，20世紀(jì)90年代美國化學(xué)會（ACS）提出了“綠色化學(xué)”的理念。這一革命性的理念要求化學(xué)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化反應(yīng)對環(huán)境、健康和安全的影響降到最低，同時最大限度地利用資源，打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)。在我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想的指導(dǎo)下，綠色化學(xué)理念正在逐步滲透到無機(jī)化學(xué)教學(xué)的各個方面，真正地讓學(xué)生了解、掌握和運(yùn)用綠色化學(xué)理念，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)的意識。

一、綠色化學(xué)的發(fā)展情況

綠色化學(xué)是近十年才產(chǎn)生和發(fā)展起來的新興學(xué)科。經(jīng)過十幾年的不斷發(fā)展，取得了不少成果。

1.研究開發(fā)“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)。“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)是綠色化學(xué)理念的重要組成部分，即在化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每一個原子，將原料中的每個原子百分之百地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，不生成其他的副產(chǎn)物和廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”。如鈦硅分子篩上催化氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的原子經(jīng)濟(jì)新方法，沒有副反應(yīng)，不產(chǎn)生其他廢物，使得丙烯全部轉(zhuǎn)化為環(huán)氧丙烷，實(shí)現(xiàn)了原子之間百分之百地轉(zhuǎn)化。相對于傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)，“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)有著節(jié)省資源、轉(zhuǎn)化率高和污染小等顯著的優(yōu)點(diǎn)，成為今后綠色化學(xué)研究發(fā)展的重要方向。

2.采用無毒無害的原料參與反應(yīng)。為了使化學(xué)反應(yīng)能夠得到中間體或者產(chǎn)物，很多化學(xué)反應(yīng)都會涉及有毒有害的化學(xué)原料。在現(xiàn)有化工生產(chǎn)中，仍使用劇毒的光氣和氫氰酸等作為原料，嚴(yán)重威脅到人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，同時也對環(huán)境有著很深遠(yuǎn)的影響。為了人類的健康安全，需要用無毒無害的原料代替它們來生產(chǎn)所需的化工產(chǎn)品。如由二氧化碳代替光氣生產(chǎn)碳酸二甲酯的新方法，取代了傳統(tǒng)的光氣合成方法，反應(yīng)原料無毒無害，對人體和環(huán)境都沒有危害。

3.環(huán)境友好產(chǎn)品的不斷開發(fā)。環(huán)境友好產(chǎn)品，是指在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)對環(huán)境友好的產(chǎn)品，也稱為環(huán)境無害化產(chǎn)品或低公害產(chǎn)品。如在機(jī)動車燃料方面，隨著環(huán)境保護(hù)意識的提高，開始逐步推廣使用新配方汽油，減小由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴類引發(fā)的臭氧和光化學(xué)煙霧等對空氣的污染。新配方汽油要求限制汽油的蒸汽壓、苯含量，還將逐步限制芳烴和烯烴含量，要求在汽油中加入含氧化合物，如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。這種新配方汽油的質(zhì)量要求推動了有關(guān)汽油煉油技術(shù)的發(fā)展。

二、如何將綠色化學(xué)理念有效滲透到無機(jī)化學(xué)教學(xué)

1.結(jié)合教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)教育。無機(jī)化學(xué)的很多內(nèi)容都涉及環(huán)境保護(hù)，這就需要教師結(jié)合這些內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)教育。如在氧族元素、氮族元素的教學(xué)過程中，除了讓學(xué)生了解到硫、氮極其化學(xué)物性質(zhì)的同時，更應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生分析酸雨形成的原因和危害。針對存在的情況，啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)出減少酸雨形成的方案和應(yīng)該采取的具體措施，最后教師進(jìn)行適當(dāng)總結(jié)，使學(xué)生從根本上了解酸雨的危害。這樣學(xué)生必然對氧族元素、氮族元素的物理化學(xué)性質(zhì)更加深入的了解。

2.結(jié)合原子利用率進(jìn)行綠色化學(xué)教育。“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)是綠色化學(xué)理念的重要組成部分，即在化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每一個原子，將原料中的每個原子百分之百地轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。原子利用率為我們指出了清潔生產(chǎn)的方向，是判斷一個反應(yīng)是否為綠色化學(xué)反應(yīng)的重要依據(jù)。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過多條合成路線得到目標(biāo)產(chǎn)物，再通過分析每條路線的原子利用率以及副產(chǎn)物，找到一條最佳的合成路線。以實(shí)驗(yàn)室制氧氣為例，學(xué)生設(shè)計(jì)了三種實(shí)驗(yàn)方案：（1）2KMnO4= K2MnO4+MnO2+O2↑；（2）2H2O2=2H2O+O2↑（3）2KClO3=2KCl+ 3O2。由這三種方法可知，要制取1mol的O2需要2mol的2KMnO4、2mol的2H2O2和2/3mol的KClO3，其原子利用率分別為（1）16/（39+55+16*4）=10.12%；（2）16/（2+32）=47.06%；（3）48/（39+35.5+16*3）=39.18%。由計(jì)算分析可知：（1）原子利用率最低，副產(chǎn)物最多，對環(huán)境有污染，效果最差；（2）原子利用率最高，且副產(chǎn)物為H2O對環(huán)境無污染，為最佳方案。

3.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中體現(xiàn)綠色化學(xué)思想。教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)中結(jié)合實(shí)驗(yàn)可能用到的有毒、有害藥品進(jìn)行講解，使學(xué)生明白這些藥品對環(huán)境和身體健康的影響及防治方法。如腐蝕性的硫酸和Hg、Cr、Pd等重金屬對于土壤和水體有著嚴(yán)重的污染，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制用量。按照綠色化學(xué)理念，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用化學(xué)品應(yīng)遵循4R原則：減少用量（Reduce）、不用危險品（Reject）、循環(huán)使用（Recycle）、回收重用（Reuse）。如檢驗(yàn)溶液中硫酸根離子的時候，要減少氯化鋇的加入量，因?yàn)殇^離子是重金屬離子，對水體會有污染；酒精、四氯化碳作為良好的溶劑，可以通過蒸餾的方法將其回收利用。

三、總結(jié)

在無機(jī)化學(xué)教學(xué)過程中滲透綠色化學(xué)理念是切實(shí)可行的，這需要廣大化學(xué)教育工作者將教學(xué)活動中的具體事例與綠色化學(xué)理念相結(jié)合，使學(xué)生掌握綠色化學(xué)的概念，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時，環(huán)境保護(hù)的意識。

參考文獻(xiàn)：

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