地方應用型高校無機化學實驗綠色化、集約化研究

亓昭鵬，王溪溪，陳　龍，關婷婷，黃良芳

（黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山245041）

地方應用型高校無機化學實驗綠色化、集約化研究

亓昭鵬，王溪溪，陳龍，關婷婷，黃良芳

（黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山245041）

近年來，化學污染與環境保護已逐漸引起了人們的關注，探討和推行實驗綠色化、集約化已成為高校化學實驗教學改革的必然趨勢。結合黃山學院無機化學實驗教學的實際情況，分析了無機化學實驗綠色化、集約化的必要性、可行性，介紹了無機化學實驗教學中的一些具體措施和方法，旨在保障化學實驗教學效果的前提下，盡量減少實驗污染，提高學生的環保責任意識。

無機化學實驗；綠色化；集約化；環境保護

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，著名化學教育家戴安邦院士曾指出：“化學實驗室是實施全面化學教育最有效的場所”。在高?；瘜W化工各專業教學中，化學實驗教學占有較大的比例，通過化學實驗教學，可以訓練學生熟練掌握基本的化學操作技能，提升學生獨立思考、分析問題、解決問題的能力，為他們以后從事化學相關行業打下良好的基礎。因此，切實做好化學實驗教學，對培養具有扎實化學實驗基礎，具有獨立、協作以及科學創新能力的人才具有重要意義［1］。然而，在具體開展化學實驗教學的同時，化學污染尤其是高等學校化學實驗污染還沒有引起足夠的重視。在高校及科研院所里，由于教學和科研的需要，每天都有大批學生及研究人員進行著各類化學實驗，使用的化學藥品種類繁多，消耗量大，而且大部分具有腐蝕性、毒性，實驗過程中產生的“三廢”，即廢液、廢氣、廢渣等如果直接排放，日積月累必然會對環境造成極大污染。因此，防治化學實驗污染，已是刻不容緩。

黃山學院定位為地方應用型本科院校，2015年成功獲批安徽省地方應用型高水平大學建設項目，正處于轉型和發展的關鍵時期。目前，化學化工學院設有應用化學、制藥工程、化學工程與工藝、材料科學與工程4個工科專業，這4個專業均在第一學期開設無機化學實驗課程，如何開好大學第一門實驗課，對于培養學生良好的實驗習慣，嚴謹的科學態度，提高學生的環保責任意識等將產生重要影響。本文將結合我校無機化學實驗教學的實際情況，針對無機化學實驗綠色化、集約化的必要性、可行性等，介紹在無機化學實驗教學中的一些具體措施和方法。

1　樹立綠色化學理念、環保意識

綠色化學是上世紀90年代初由美國化學會最先提出的，Anastas教授將之定義為：“在設計、制造和應用化學品時，應運用一系列原理盡可能減少或消除有害物質的使用或生成”［2］。它又可以具體闡釋為所謂的綠色化學十二條原則，即預防廢物，原子經濟，低危害化學合成，設計安全的化學品，安全的溶劑和助劑，能源效率，可再生給料，減少衍生物，催化，降解，實時分析預防污染，安全化學。把綠色化學理念融合到化學及實驗教學中，是當今化學教育的一個重要課題，也是高校化學實驗教學改革的必然趨勢。

無機化學實驗是大學化學實驗的第一門必修基礎課，對于大部分大一新生來講，可能是首次真正意義上的接觸化學實驗，因而要十分重視無機化學實驗的第一堂課。在開設的第一個無機化學實驗里，除了認知基本實驗儀器以外，重點進行安全教育，加強學生的綠色化學理念、環保責任意識，并將這種理念貫穿于整個無機化學實驗課程體系中，希望通過教育，使學生在今后的學習、生活、工作中能夠將良好的習慣和意識保持下去，受益終身。例如在多年的實驗教學實踐中，搜集了有關化學實驗安全操作、儀器規范使用操作、環境污染與保護等相關視頻，以及一些典型的實驗事故教訓等，針對一些易犯的錯誤或不妥當的做法，和學生進行討論和交流，使他們認識到化學品的危險性及危害性，引導學生學習減少污染、治理污染的方法，從而培養學生良好的實驗習慣及綠色環保意識等。

2　推進化學實驗綠色化、集約化

綠色化學是最高層次的化學，由傳統化學向綠色化學的轉變可以看作是化學從 “粗放型”向“集約型”的轉變?；瘜W實驗綠色化、集約化是在綠色化學這一全新理念的指導下構建的化學實驗新方法和新體系［3，4］。開展并推廣化學實驗教學的綠色化、集約化，不僅符合黃山學院的辦學定位，符合國家厲行節約、杜絕浪費的方針政策，而且還能最大程度的減少環境污染，增強化學相關人員的環保意識。

2.1優化實驗設計和內容

以綠色化學理念為指導，在符合教學目標的前提下，改進和優化實驗內容，盡量開設低毒、無毒的實驗，或尋找替代品。對于實在無法避免的實驗，采用降低實驗用量的辦法，盡量減少實驗對環境造成的污染。例如我們在開設的“溶液的配制和天平的使用”實驗中，選用了一些如鹽酸、醋酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等試劑，并盡量降低其配制濃度，對實驗結束后產生的廢液做互相中和處理。在“醋酸解離常數的測定（pH法）”實驗中，對課本上所要求的分別移取5.00，10.00，25.00mL0.1mol·L-1標準醋酸溶液稀釋至 50.00mL進行了優化，即改為分別移取5.00，10.00，15.00mL進行稀釋，最后需要測定的0.1mol·L-1標準醋酸溶液的量也由 50.00mL改為10mL，即可滿足酸度計pH值的測量。相應地，在“酸堿反應與緩沖溶液”實驗中，緩沖對組分各取5.0mL即可滿足酸度計pH值的測量（課本中為各取10.0mL緩沖對組分）。在“氯化鈉的提純”實驗中，我們將氯化鈉的起始量減半為4.0g，所需其它試劑的量也相應減半，同樣取得了相同的教學效果。這樣預算下來，可以減少一半以上的試劑用量，大大減少了化學實驗對環境的污染。在“硫酸亞鐵銨的制備及定性分析”實驗中，使用廢鐵絲、廢石棉網、廢鐵屑等作為起始原料，變廢為寶，同樣減半反應用量以減少污染，并在硫酸溶解鐵屑環節增加了廢氣吸收裝置，即在錐形瓶口加直形干燥管，并在其中放置經碳酸鈉溶液浸過的棉花球以吸收H2S、PH3等酸性有毒氣體等，大大減少了有毒氣體的排放。對于“氧化還原反應”實驗中涉及到的鉛樹實驗，考慮到重金屬離子的污染性，改為教師演示、學生觀摩等方式。在保證正常開展實驗及達到預期實驗結果的前提下，通過這一系列舉措，不僅減少了對環境的污染，而且在潛移默化中培養了學生節約、環保的良好習慣，達到了較好的教學效果，得到了學生一致肯定和支持。

2.2推行化學實驗微型化

微型化實驗是指在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗，是上世紀80年代從美國發展起來的一種實驗方法，其試劑用量比常規實驗節約90%以上?；趯嶒炇野踩h境保護、實驗效果、經濟效益等綜合考慮，近年來化學實驗微型化在國內外得到了較廣泛的認可和使用，也必將成為高?；瘜W實驗改革的主要方向之一［5］。我們在“酸堿反應與緩沖溶液”實驗中的同離子效應，“氧化還原反應”實驗，以及“元素性質”等實驗中，采用點滴板來代替常規的試管進行實驗。例如在酸度對氧化還原反應產物的影響實驗中，使用點滴板，在已加有2滴0.01mol·L-1高錳酸鉀溶液的3個空穴中，分別加入2滴1mol·L-1硫酸、蒸餾水、1·mol·L-1氫氧化鈉溶液，混合均勻后，再依次加入幾滴0.1mol·L-1亞硫酸鈉溶液，即可觀察到3個空穴的顏色由最初的紫紅色依次變為無色、棕色沉淀、綠色。在利用四氯化碳萃取碘單質時，只需要加入4、5滴即可清楚的觀察到紫紅色產物。區別于常規實驗的幾毫升用量，該類定性實驗只需數滴試劑，即可觀察到明顯的實驗現象，不僅大大減少了實驗污染，而且節約了藥品，提高實驗的安全性。

2.3合理處理化學實驗“三廢”

在實驗過程中，不可避免的會產生一些有毒的氣體、液體和固體，有些化學“三廢”排放看似微不足道，然而如果聽之任之，日積月累，必定會對環境造成嚴重的影響。如何妥善處理“三廢”使之達到排放標準以盡量減小對環境的危害是擺在化學工作者面前的一個難題，也是每一個化學工作者義不容辭的責任和義務［6］。然而目前人們對于實驗室“三廢”的處理及回收意識還比較模糊、淡薄，例如有同學隨意將廢液、火柴梗、廢紙等倒入水池，對于實驗過程產生的有害廢氣也沒有進行合適的尾氣吸收處理等，造成環境污染，并進一步損害人體健康。針對這些問題，我們在實驗過程中注重從小處著手，言傳身教，培養學生良好的實驗習慣，指導學生學習對“三廢”進行科學的分類處理。如酸液、堿液要中和后排放；廢鉻酸洗液可用高錳酸鉀氧化法使其再生循環使用；有機廢液與無機廢液必須分開存放；對于含重金屬離子的廢液等，加堿或硫化鈉等讓其變成難溶氫氧化物或硫化物沉淀并分離處理；打壞溫度計不慎灑落金屬汞，可盡量收集并用硫磺粉覆蓋轉化；實驗中產生的有毒廢氣，應該根據其性質采取相應的措施進行吸收處理等。通過這些措施，使學生在實驗過程中逐漸掌握科學的“三廢”處理方法，并養成良好的實驗環保習慣。

3　結束語

在國家倡導全民厲行節約的背景下，探討和推行化學實驗的綠色化、集約化，不僅能節約大量的實驗藥品，降低學校的辦學成本，而且能夠最大程度的減少環境污染，同時能夠培養和提高學生的綠色環保、責任意識和綜合素質，是高校化學實驗教學改革的必然趨勢，因而具有重要的理論研究意義和實際應用價值。當然，高校化學實驗綠色化、集約化是一個系統工程，也是一個全員工程，需要各級領導、老師的共同重視和努力，從小處做起，帶動學生，言傳身教，在提高化學實驗教學質量的同時，為節能減排、綠色環保做出貢獻。

［1］大連理工大學無機化學教研室.無機化學實驗［M］.北京：高等教育出版社，2007：1-213.

［2］Anastas P T，Warner J C.Green Chemistry：Theory and Practice［M］.New York：Oxford University Press，1998：1-30.

［3］巴哈提古麗，陳慧英，李轉秀.綠色化無機化學實驗教學探索［J］.中央民族大學學報，2010，19（3）：86-89.

［4］李紅喜，郎建平.無機化學實驗教學改革的探索與實踐［J］.蘇州大學學報，2011，27（4）：92-94.

［5］陳建平，黃月琴.淺談淮南師范學院無機化學實驗教學的綠色化［J］.淮南師范學院學報，2011，13（3）：90-91.

［6］徐飛，李生英，張梅，等.大學無機化學實驗中“三廢”的綠色化處理［J］.實驗室科學，2008（2）：170-173.

責任編輯：胡德明

An Investigation into the Greening and Intensivism of Inorganic Chemistry Experiments in Local Applied Universities

Qi Zhaopeng，Wang Xixi，Chen Long，Guan Tingting，Huang Liangfang
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Huangshan University，Anhui Huangshan 245041）

Inrecentyears，extensiveattentionhasbeenattractedtochemicalpollutionand environmental protection.Exploring and practicing the greening and intensivism of inorganic chemistry experiments have become the trend for chemistry teaching innovation in universities.This paper analyzes the necessity and feasibility of inorganic chemistry experiments greening and intensivism，and introduces some specific methods，aiming to reduce experiment pollution and improve the students’consciousness of environment protection with the guarantee of good teaching effect.

inorganic chemistry experiment；greening；intensivism；environment protection

G642

A

1672-447X（2016）03-0119-003

2015-08-31

安徽省教育廳教學研究項目（2013jyxm214）；黃山學院教學研究項目（2012JXYJ22）；安徽省教育廳自然科學研究項目（KJ2015A259）

亓昭鵬（1979-），山東萊蕪人，博士，黃山學院化學化工學院副教授，研究方向為無機功能材料。