綠色化學思想在實驗教學中的滲透

桂惠霞

摘 要 在日常生活中經常聽到霧霾天氣、白色污染等詞語，這些污染的存在主要是由于化工業的迅速發展。化學教師有責任和義務為學生講解綠色化學的知識，讓他們在一些實驗設計中體會綠色化學思想的內涵，用綠色化學思想去設計實驗、運用知識、回饋生活。

關鍵詞 綠色化學；實驗教學；

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）07-0142-03

1 綠色化學思想的基本內容

1990年，美聯邦政府通過了“防止污染行動”的法令，將污染的防止確立為國策。該法案條文中第一次出現了“綠色化學”一詞，以突出化學對環境的友好。綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學或清潔化學，核心內容是利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境造成的污染。綠色化學的研究主要是圍繞化學反應、原料、催化劑、溶劑和產品的綠色化展開的。在獲取新物質的化學反應中，反應物中原子全部轉化為欲制得的產物即原子利用率為100%（原子經濟性）。原子的利用率越高，意味著生產過程中廢物的排放量越少，對環境的影響也越小。綠色化學不是被動地治理環境污染，是一門從源頭阻止污染的化學，所以它又不同于環境保護。

目前，在人類的生產、生活中都貫穿著綠色化學的思想，如使用節能燈、太陽能熱水器、綠色冰箱，少使用一次性筷子、塑料袋、難降解餐盒等，處處體現了節能、減排、高效的思想。

2 綠色化學思想在實驗教學中的滲透

一些生產、生活中新產品的制備離不開化學實驗，實驗教學中的化學實驗是最基礎的，不論是生產、生活中用到的新產品，還是課堂教學中的新產物，其制備的實驗思想都是相通的。生產、生活中貫穿綠色化學思想，實驗教學中設計時原料的選取、催化劑的選擇、步驟的繁簡、產物的性質，均可以體現出綠色化學思想在其中的滲透。

綠色化學思想中“節能”的滲透

1）設計反應原理。在觀察實驗時現象要明顯，這就對試劑的用量有一定的要求。有的實驗是用量越多，現象越明顯，有的則不一定，所以在現象與用量之間，要找到合理的平衡點，用最少的試劑達到需要的效果。如《實驗化學》中硫代硫酸鈉溶液與硫酸溶液的實驗，如果用濃度太小，耗時太久，不符合課堂效率。既然試劑不能少，那可以改變一下合成路線，不過實驗的探索免不了失敗，需要無數次被打敗的勇氣。

下面以合成CuSO4為例來說明。

路線一：Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2↑+H2O

路線二：2Cu+O22CuO

CuO+H2SO4===CuSO4+H2O

路線三：Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+H2O

從原料的利用率來看，路線一中濃H2SO4只有1 mol利用，剩余的1 mol轉化為污染物SO2，選取對皮膚有腐蝕性的原料濃硫酸，既不能實現原料的充分利用，而且對環境造成污染；路線二和路線三都能實現原料的充分利用，而且沒有污染物產生。所以實驗的設計不僅僅局限于裝置的設計，合理的原料路線也是很重要的，好的開始是成功的一半。

2）設計實驗流程。有些實驗設計的原料用量很難調整，不過可以從設計流程入手，使原料參與循環利用，避免浪費。圖1是含苯酚的工業廢水的處理，可循環的物質有苯酚、CaO、NaOH、CO2等四種物質，達到原料最大化利用。

綠色化學思想中“減排”的滲透 偉大的科學家居里夫人與丈夫皮埃爾·居里一起先后發現了放射性元素釙和鐳，在她的指導下，第一次將放射性同位素用于治療癌癥。作為成功女性的先驅，她激勵了很多人，但因接觸放射性元素，死于白血病。實驗的過程中無法避免接觸一些有毒的物質，這或多或少對教師和學生的身體造成傷害，部分產物也會對環境造成污染。

書本的實驗是許多專家經過反復驗證的，所以在原理上是值得信賴和學習的。但是由于設備的限制，在課堂內做演示實驗時并沒有很好的尾氣處理裝置，導致有毒、有刺激性氣味的氣體逸出，影響學生學習效果和學習興趣。如何在尊重事實的基礎上既不降低他們的興趣，又能開發他們的思維？不如讓他們的智慧一起參與到實驗設計中來。

1）設計防污染裝置。下面以氯氣的相關實驗為例。

①氯氣與鈉的實驗：取黃豆粒大的一塊鈉，擦去表面的煤油，放在鋪有石棉和細沙的燃燒匙里加熱，等剛開始燃燒時立即連匙帶鈉伸進盛有氯氣的集氣瓶里，觀察發生的現象。

②氯氣與鐵或銅的實驗：用坩堝鉗夾住一束鐵絲或銅

絲，灼熱后立刻放入充滿氯氣的集氣瓶中，觀察實驗現象；然后把少量水注入集氣瓶中，用玻璃片蓋住瓶口，振蕩，觀察溶液的顏色。

實驗中會吸入一些氯氣，它通過呼吸道侵入人體，對上呼吸道黏膜會造成有害的影響，還會引起咳嗽、惡心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉。現在有許多關于氯氣的改進實驗。

①氯氣與鈉的改進實驗：將氯氣的制備與鈉的燃燒兩個實驗合為一體，依照圖2，擠壓膠頭滴管，利用生成氯氣放出的熱量將鈉融化。

②氯氣與銅的改進實驗：如圖3所示，先在上下帶塞的干燥管中充滿氯氣，然后取一個雙孔塞，一孔插上吸有NaOH溶液的膠頭滴管，一孔插螺旋銅絲，待銅絲在酒精燈上灼熱后插入干燥管，實驗結束再滴如NaOH溶液，防止氯氣的污染。

目前一些改進實驗中利用注射器的便捷，許多改進裝置中有用到，如銅和稀硝酸的反應將銅絲置于注射器中，然后用注射器吸入硝酸進行反應，不過從安全性角度考慮，用量要少。

2）替代有污染物質。塑料等有些物質雖對環境有污染，但由于自身不可替代的優點，一直被人們使用。隨著日益嚴重的白色污染，科學家不斷研究塑料的替代品。其中聚乳酸可以被加工成力學性能優異的纖維和薄膜，在生物體內可被水解成乳酸和乙酸，并經酶代謝為CO2和H2O，是可降解的物質。淀粉塑料可用于制造各種容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋，塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳氣體，不對土壤或空氣產生毒害，并且它在各種環境中都具備完全的生物降解能力。這些新物質雖不是課內實驗得來，但對科學素養的形成有一定的指導意義。endprint

3）使用無毒溶劑、催化劑。水是應用最廣泛的無機溶劑，在無機實驗中是必不可少的物質，但是在有機實驗中，酒精、汽油、氯仿及丙酮等是常用的有機溶劑。尤其是酒精，它既可以與水互溶，又可以與有機物互溶，而且易揮發、無毒，是作溶劑的很好選擇。例如：生活中用到的碘酒，草葉中黃酮類物質的提取，許多制備實驗中無機晶體如摩爾鹽的洗滌。

蘇教版《實驗化學》中對于過氧化氫分解反應催化劑的選擇上，分別選用CuO、Fe2O3、新鮮動物肝臟作為催化劑，研究催化效果。新鮮動物肝臟含過氧化氫酶，催化效率高，是一種典型的綠色催化劑，但由于自身的特性，如具有高度的專一性，高溫下催化劑活性降低等特點，使其只能針對某類物質在一定溫度范圍內進行催化。除此之外，綠色催化劑還有電極催化劑、光催化劑、膜催化劑等，許多還在研究階段，采用綠色催化劑是實現生產零污染的一個必然趨勢。

綠色化學思想中“高效”的滲透 綠色化學思想中的高效是指在相同的實驗時間內或更短時間內，學生能最大程度了解實驗原理，明白實驗步驟，觀察實驗現象，得出實驗結論，并留下深刻記憶。為了讓學生較好地掌握實驗要領，教師一般采用預先強調、學生實驗、糾錯、再強調，強調了多遍之后還是有部分學生沒記住，可能他們第一次就沒認真看演示實驗或真正動手實驗，導致教師再強調也無濟于事。所以課堂內吸引學生的注意力對實驗的高效有重要的作用。

下面以一位教師配制溶液的課堂片斷為例。該教師取出少量高錳酸鉀固體溶于水，學生看紫色溶液出來都在期待他的下一步操作；他將高錳酸鉀溶液直接倒入容量瓶，順手拿了張抽紙將容量瓶外壁擦了擦。學生在下面議論：“漏出來了，應該用玻璃棒引流。”接著他又拿了張抽紙將燒杯內壁擦了擦，紙又變紫色了，學生又在下面議論：“浪費了，要把燒杯中的溶液轉移到容量瓶中。”這位教師能把傳統的無色溶液的配制改為有色，增強了視覺沖擊，從而引導學生去探究引流和洗滌的要領。這種顏色的改變對于課本實驗而言也是一種提高課堂效率的設計。建議教師平時在進行演示實驗如滴定管和移液管的使用時，也可以用這個方法，讓學生能更清楚地觀察實驗，而不僅僅是坐在前幾排的學生，這樣可以加深學生的印象。

3 綠色化學思想在科學中的前景

與生活息息相關的一些用品，如綠色農藥（超高低毒農藥、氨基酸類農藥）、生物柴油的生產，超臨界二氧化碳替代有毒、有害溶劑的發展，一些“綠色化學挑戰獎”的設立，都顯示了綠色化學思想在現在和將來是制備新物質的靈魂思想。世界自然基金會和聯合國環境規劃署聯合發表的《2000年地球生態報告》顯示，若按現在速度消耗地球資源，會在2075年耗盡。從廢泡沫塑料中回收苯乙烯等原料進行循環利用，是一條實現化工業可持續發展的有效途徑。海、陸、空的污染讓人們不得不重視制備無毒、無污染的新物質是地球和人類迫切需要的，這就預示了綠色化學思想在科學中的不可替代性。

4 結束語

化學實驗是化學教學的根基，有助于培養學生的觀察現象、分析問題、解決問題的能力，原有實驗的不足促使學生有改良的期望，更有助于學生創新思維的開發、學科素養和探究精神的培養，激發學生學習化學的興趣，讓興趣作為他們思維前行的動力，為學科、為生活增添一抹綠色。■

參考文獻

[1]萬輝霞.巧做鈉與氯氣反應試驗[J].中學化學，2014（1）.

[2]周春美.巧借干燥管對氯氣性質演示實驗的微型化改進[J].中學化學，2014（2）.

[3]陳海萍，李敏.巧妙運用課堂教學資源 提高課堂實驗教學有效性[J].化學教與學，2014（2）.endprint