綠色化學在高中化學實驗中應用初探

張曉玲

綠色化學在高中化學實驗中應用初探

張曉玲

我國有數以萬計的化學實驗室或化學實驗課堂，幾乎都在排放著這樣或那樣污染物，對我們廣大師生的身體健康存在一定危害。那么，如何既發揮化學實驗的教學功能，確保化學教學質量，又能有效減輕或避免化學實驗所造成的環境污染呢？這的確是對化學實驗教學提出的重大問題與挑戰。

一、問題驅動 探究綠色化學

帶著這一問題，筆者查閱了相關文獻，提出基于綠色化學思想的“綠色化學實驗”理念是解決上述問題的重要思路。

經過多年高中化學教學實踐，總結出實現高中化學實驗“綠色化”的主要策略：一是培養教師和學生的“綠色化”意識；二是應用綠色化學的思想來改進教材中有關高中化學實驗，盡可能的消除現行化學實驗的污染。

二、小試牛刀 綠色實驗改進

人教版高中化學必修1中三組實驗：濃氨水與濃鹽酸反應、銅與濃、稀硝酸反應這三個實驗。筆者發現在實驗室實際操作的過程中仍存在以下不足：

Ⅰ、濃氨水與濃鹽酸反應

實驗原理：NH3+HCl=NH4Cl

①由于濃氨水與濃鹽酸具有強烈揮發性，直接放置在燒杯中做實驗會造成大氣污染。

②產生的白煙仍有部分會從燒杯口向空氣中擴散，煙霧混在一起，不利于學生們觀察。

Peano軌跡在加工平面零件時得到了良好的效果，但對于非球面零件的加工，Peano軌跡無法確保達到預期的加工結果。因此，文獻[42] 在Peano軌跡(圖5(a))的基礎上提出了更適合于非球面零件加工的類Peano軌跡(圖5(b))，在對直徑為100 mm的非球面零件加工的實驗中，經過145 min的加工，使得面型誤差由PV=0.386 λ，RMS=0.056 λ收斂至PV=0.097 λ，RMS=0.011 λ(其中λ=632.8 nm)。

③實際實驗操作中，在滴加濃氨水、濃鹽酸后對實驗者的眼睛、鼻子造成較大的刺激。

Ⅱ、Ⅲ銅和濃硝酸、稀硝酸反應

實驗原理：Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3 Cu+8HNO3=Cu（NO3）2+2NO2↑+4H2O

2 NO+O2=2NO22NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+2H2O

①在［實驗Ⅱ］中結果學生觀察到的實驗現象是紅棕色的氣體，但無法說明其還原產物為NO氣體。②產生的NO的量不容易控制，而且在做實驗的過程中會產生的氣體量較大，浪費了大量藥品。③實驗裝置不夠簡單，采用排水法收集氣體會有硝酸生成，這樣會腐蝕師生手部的皮膚。④在實驗操作中不能很有效的控制化學反應的發生和停止。⑤實際操作的過程中步驟太繁瑣，反應后沒有后續的吸收裝置，會造成大氣污染，損害師生身體健康。⑥銅與稀硝酸反應所產生的一氧化氮氣體遇空氣立即變成二氧化氮，得不到較純凈無色氣體，對產物顏色的判斷存在影響，對實驗結論缺乏說服力。

為解決以上幾個問題，筆者自制教具和組織學生設計的實驗改進方案，經過反復試驗，巧妙利用廣口瓶和小口瓶改進實驗裝置，并且收到了很好的實驗效果。

實驗操作：

a、濃氨水與濃鹽酸反應

①用膠頭滴管向廣口瓶中滴加1ml右的濃氨水，并將小口瓶放入到廣口瓶中，立即用橡皮塞塞緊。②用10ml注射器吸取1ml右濃鹽酸注射到小口瓶中，立即有大量的白煙生成。

b、銅和濃硝酸反應

①向廣口瓶中倒入3ml-5ml稀NaOH溶液。②向小口瓶中放進2-3小塊銅絲，并將小口瓶放入廣口瓶中。③用10ml注射器吸取2mL左右的濃HNO3慢慢地滴加到小口瓶中。④立即能夠看到小口瓶內發生劇烈的反應，小口瓶中的溶液逐漸變藍，銅片表面產生的紅棕色氣體不斷從小口瓶中進入廣口瓶中，反應完畢后，待幾分鐘后發現廣口瓶中的氣體顏色由深變淺，直至變為無色。

c、銅和稀硝酸反應

①在廣口瓶中加入10mlNaOH溶液振蕩一下，使廣口瓶內壁上沾附一些NaOH溶液。

②取一只小口瓶，在小口瓶中加入一塊小銅片，用坩堝鉗夾住小口瓶送往廣口瓶底部。

③取1～2g紅磷置于燃燒匙（玻璃態）中點燃，迅速送入廣口瓶中燃燒，同時塞緊瓶塞。④大約4min后，白煙散盡，然后用一個10ml注射器吸取3ml硝酸，加2.5ml小口瓶中。可以觀察到瓶中的溶液變藍，同時銅片上產生無色氣體。

3.實驗改進的優點

①整個實驗過程在全封閉的狀態下進行，幾乎不向環境排放任何有害物質，符合綠色化學的理念；增強了學生的環保意識。②可降低實驗成本，節約實驗經費。③利用改進的演示實驗，增加了演示實驗的新穎性和綠色化，活躍了學生的思維發展。④可節省操作時間。

三、總結升華 綠色化學大有可為

通過探究化學實驗的綠色化，真切的感受到綠色化學實驗改進這更加有利于學生學習潛能的激發，學習化學充滿了樂趣。

首先，學生的知識結構得到優化和完善。化學實驗綠色化便是在于使學生在探究之前，就會主動查閱資料，自己設計方案，增強遷移效果。

其次，教師的思想觀念發生了變化。在化學實驗綠色化實踐過程中，教師們對其在化學教學中的作用逐漸有了更為深刻的認識，對教育過程本身也有了全新的感受。

總之，綠色化學是維護生態環境的化學，開展中學化學實驗的綠色設計，將綠色化學的思想真正的融入到化學實驗的教學中，學生的環保意識一定會越來越強，綠色化學對社會發展和環境保護一定會大有可為。

（作者單位：新疆生產建設兵團第七師高級中學）