《中學綠色化學實驗探究》課題研究方案

藍永紅

《中學綠色化學實驗探究》課題組為了使課題的研究與實施有章可循，便于操作和各項工作措施落實到位，特擬定如下課題研究方案。

一、課題的提出與理論假設

隨著素質教育的整體推進，以及培養學生的科學素養、創新精神和實踐能力在學科層面的有效實施和落實，有關化學實驗及教學理論與實踐研究有了較大的進展?；瘜W實驗可以使學生領悟和感受到科學給人類創造文明的同時，也伴隨著對環境的污染和對人類的危害。這就要求化學教師嚴肅認真地對每一個實驗，既要科學地、直觀地展示實驗所要達到的目的，又要以改進和創新實驗為突破口，進行綠色實驗的設計、廢液的回收再利用等，以點滴事例的實踐去教育學生、感染學生，增強學生的環保意識。

所謂綠色化學實驗，是指實驗所用試劑、實驗進行的條件、實驗產物對環境沒有或影響很小。探究綠色化學實驗，既減少化學實驗污染，又降低實驗事故的發生概率，減少廢棄物的產生和排放。

二、研究的目的和意義

綠色化學實驗的研究，使實驗現象更明顯，操作更簡便，充分體現了實驗在化學教學中的各項基礎功能。在培養學生科學素養包括實驗觀察能力、分析和解決實際問題的能力、實驗思維能力、實驗設計和創新能力的同時，讓學生充分認識到實驗本身就具有解決環境污染這一問題的能力，從而在日常教學中滲透環境教育，提升“綠色化學”這一新的理念。

三、課題研究的內容和實施步驟

為了更有效地進行《中學綠色化學實驗探究》課題的研究與實施，我們課題組成員分工協作，銳意改革，共同努力完成該課題的研究。

1.綠色化學實驗設計的指導思想

（1）轉變思想觀念，強化創新意識

綠色化學實驗無論是在內容的選擇上、實驗方案的設計上，還是在實驗教學的要求和評價上，不僅要注重學科訓練，更要側重培養學生的創新意識和誘發學生對科學實驗的興趣。改變過去的在實驗中“照方抓藥”“因陋就簡”的習慣做法，更不能把化學實驗當作完成教學任務，敷衍了事。

（2）拓展實驗功能

教師應引導學生把注意力放在實驗探究活動上，在積極、主動的實驗探究活動中形成化學實驗技能，使實驗技能的訓練與培養置于實驗探究活動中，將二者有機結合起來。更重要的是，使學生經歷和體驗獲得實驗結果的探索過程。只有親身經歷了這樣的過程，學生才能對什么是科學實驗有較為深刻的理解，才能在這樣的過程中受到科學過程和科學方法的訓練，形成科學態度、情感和價值觀，感受到綠色化學實驗的魅力。

（3）實驗綠色化設計貼近生活，貼近社會

身邊的化學及化學實驗，學生有更直接的感性認識，教師要善于發現和引導，將一些司空見慣的、枯燥無味的實驗換一個角度、換一種思維去理解、認識，并進行綠色化學實驗設計，讓學生將其上升到正確的理性認識，通過綠色化學實驗設計來解釋和解決日常生活和社會實際問題，使之成為“有用的化學”。

2.綠色化學實驗設計的原則

中學化學實驗綠色化設計以“綠色化學”為依據，具體原則是：（1）采用無毒無害的實驗原料；（2）在無毒無害的反應條件（如催化劑、溶劑）下進行反應；（3）具有原子經濟性，即反應中原子利用率達到100%，實現“零排放”；（4）會造成污染的廢棄物集中收集并處理后轉化為非污染物；（5）在實驗現象明顯的前提下，實驗藥品的用量能少不多，既不浪費藥品，又將污染減小到最低。

3.綠色化學實驗設計的內容

（1）化學試劑的綠色化

化學試劑的選擇盡量采用那些無毒無害試劑或有潛在環保屬性的試劑。如白磷自燃實驗，白磷有毒，燃燒產物P2O5對環境污染也較為嚴重。采用鎂粉和石英粉為原料，首先制備Mg2Si，然后將其投入水中，Mg2Si水解產生的SiH4在水面上遇空氣立即自燃，整個實驗安全、無毒、無污染，符合綠色實驗的要求。

（2）催化劑的綠色化

化學實驗中催化劑的選擇盡量避免使用有毒有害的物質作催化劑，如重金屬離子、強酸強堿；使用固體酸堿、酶無毒無害的物質作催化劑。

（3）化學反應的綠色化

化學反應中應盡量提高試劑的利用率，即使化學反應具有較高的轉化率，這樣不僅可以提高實驗的效率，而且可以避免產物帶來的環境污染問題。如CO還原CuO的實驗，為了防止未反應的CO排放到空氣中造成環境污染，同時也可以節約加熱CuO所需的能量，可設計將尾氣中CO燃燒的裝置。

（4）反應產物的綠色化

化學反應后的產物應盡量是無毒無害的物質，或以一種環境友好的物質狀態存在（如固態產物），這就是一種環境友好產品。如SO2的漂白性實驗，在試管中先加品紅溶液，再加少量稀HCl，然后放入一塊帶孔塑料板，將固體Na2SO3小心放置在塑料板上，在試管口套上一個氣球，傾斜或振動試管，使固體Na2SO3滲入混合溶液中，可觀察到溶液紅色褪色。加熱，再冷卻，可使二氧化硫漂白性實驗不斷呈現，并達到綠色實驗的要求。

4.綠色化學實驗設計的實施步驟

（1）在教學過程中滲透環境教育

中學化學實驗中有許多涉及環境污染和環境保護的內容，如二氧化硫的產生及酸雨的形成和防治、氮的氧化物及光化學煙霧、原電池的形成及電池中重金屬的污染、有機化學反應中有害物質的處理等，這些內容都可使學生對環境污染有更深刻的認識，并可在教師指導下開展研究性學習和綠色實驗的設計。

（2）改進實驗，提倡綠色化學實驗

①增加尾氣處理系統。中學化學教材中許多實驗是屬于粗放型的，只注重實驗結論，沒有考慮到對空氣的污染，如果教師能本著綠色化學的宗旨，改進現行實驗，不僅能減少污染，還可以使學生真正感受到保護環境的重要性。

在這里舉一例說明：高二教材中銅與濃、稀硝酸的反應，反應一旦開始，就不好控制，并會產生有毒氣體二氧化氮和一氧化氮，而一氧化氮在試管中立即與氧氣結合變成二氧化氮，其自身的顏色卻很難觀察到。這就要求我們在做實驗時，進行少許改進，既要控制反應，又要注意尾氣的處理，更要使現象明顯。為此，銅與稀硝酸的實驗可這樣改進：在一個潔凈的針管中加入少許銅片，排除空氣；另在一小燒杯中注入稀硝酸并微熱，用注射器吸取少量稀硝酸迅速用小膠帽（眼藥水瓶蓋）蓋住注射器吸口。當觀察到藍色溶液、無色氣體時（活塞會隨著氣體的產生緩慢外移），打開瓶帽，拉動活塞，吸入空氣，會看到氣體由無色變成紅棕色，此時迅速將氣體注入足量氫氧化鈉溶液中。這樣的實驗既簡單易行，效果明顯，又達到綠色實驗的要求。

②用密封的成品化儀器代替有毒實驗，避免了有害物質的產生。用密封的成品化儀器來完成有毒的化學實驗，這種儀器和藥品可循環使用，不存在污染毒害。如碘的升華實驗，可用碘錘來完成（碘錘的兩頭向內凹陷，內封有碘晶體），具體方法是：一頭滴冷水，另一頭在酒精燈上加熱，因冷水起到冷凝作用，碘升華后聚在碘錘上方內壁，反之也可。另外，溫度對化學平衡的影響的實驗，可采用密封有二氧化氮的U胖肚管來進行。

③把有害物質合理替換，也是解決污染問題的有效途徑。在不影響實驗效果的前提下，將某些易產生有害物質的實驗換成無害物質的實驗。在“比較電解質導電能力”的實驗中，教材用的酸、堿、鹽分別是鹽酸、醋酸、氫氧化鈉、氯水、氯化鈉，其中鹽酸、氯化鈉在通電時會發生電解，產生有毒物質（氯氣）。如果用稀硫酸代替鹽酸，用硫酸鈉代替氯化鈉，既能達到比較電解質導電能力強弱的目的，又能避免氯氣的污染，一舉兩得。

另外，多媒體課件也是實驗很好的替代品。如電解飽和食鹽水的實驗，會產生氯氣，同時學生對離子的移動缺乏理解，如果用電腦三動畫從微觀的角度詮釋微粒的運動，并顯示兩極的變化，效果比實驗好。

（3）在分組實驗中，引導學生養成良好的習慣

①學生實驗微型化，有利于減少污染，增加安全系數。搞微型化，從用量上加以控制。可將試管中的某些實驗改在點滴板上進行，這樣節省藥品、污染少、操作安全、速度快。

②“三廢”分類集中，引導學生回收利用。告訴學生大量廢棄物長期倒入下水管道后可能產生的隱患：制氫氣的鋅粒和廢酸可能在下水道富集引起爆炸、重金屬鹽類對水質的污染、眼鏡反應的廢液放久后變成氮化銀而引起爆炸，苯、苯膠、硝基苯等有毒致癌物這些廢棄物的任意排放，會損害自然環境。在高年級中大力提倡“三廢”的回收利用。如廢酸、廢堿的中和處理和循環使用，重金屬離子的沉淀轉化法，銀鏡反應的廢液和洗滌試管中提煉硝酸銀以備“鹵素”實驗之用。

（4）開放研究性課題，讓學生自主探求綠色化學實驗設計的新方式

在課題選擇上，教師應側重在不同年級，結合課本，有意識地引導學生。如在高一設置這樣一些課題：有關加碘鹽的調查報告、本地區降雨酸度的調查、夏季各類水的用量及化驗結果。在高二設置：白酒中甲醇含量的調查、電池的種類及回收的意義、白色污染的危害、水發食品中的甲醛含量的調查。

研究性課程的設置，意在培養學生獨立思考、自主學習，應加以合理引導，抓住機遇，從課題選擇上適當調整，促進學生關注社會、關注環境的意識。

（作者單位：江西省南康中學）