化學實驗教學與綠色化學教育

尹永奎 侯雨彤 李瑩 師冬菊 張海峰

[摘 要]化學是一門重要學科，與人們的日常生活有著密切的聯系。素質教育與新課程改革要求學生除了需要掌握扎實的理論基礎，還應具備相應的動手實踐能力，以確保自己所學的知識能夠被應用于日常生活中，解決各種各樣的問題。然而，由于缺乏正確思想的引導，化學實驗教學一直以來都處于一種“非綠色”的狀態，雖然提高了教學質量，但是實驗結果通常會產生污染，給周邊環境帶來不良影響。在素質教育的要求下，學生需要在化學實驗教學之中掌握綠色化學能力。文章對化學實驗教學和綠色化學教育進行分析和研究。

[關鍵詞]化學實驗教學；污染；綠色化學教育；化學實驗能力

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2017.12.070

綠色化學又名環境友好化學（EFC）、環境無害化學（EBC）或清潔化學（CC），其本質上是一種先進的教學理念，其要求研究者應用化學技術與化學方法來消除對環境存在污染和不良影響的原料、試劑、溶液、催化劑及各種各樣的相關產物與副產物。這種理念非常適用于當前的化學素質教育，學生正處于身體和智力迅速發育的時期，其不成熟的身體對有毒有害物質或廢物缺乏足夠的抵抗力，若是化學實驗中不堅持這種理念，其未來發展必將受到影響。因此，在進行化學實驗教學時必須堅持“綠色化學”教育。

1 綠色化學概述

1.1 綠色化學的定義

從廣義來說，綠色化學是一種先進的科學理念，其可以借助化學技術或化學方法來消除化學產品在設計、制造、使用中產生的有毒有害物質，以減輕化學產品對人們健康產生的危害，避免化學污染給環境帶來破壞，其從源頭上阻止了化學污染的擴散，是當前工業生產領域亟須實行的一種綠色生產理念。從狹義來說，綠色化學可以為學生提供保護，隔絕各類有毒物質、產物或副產物給學生身體帶來的傷害，是當前化學實驗教學中必須堅持的“教學理念”。

以原子反應為例，在綠色化學理念的要求下，所使用的催化劑與溶劑應該是無毒無害的，反應物原料除了需要滿足無毒無害的要求，還應該是一種具有可再生性的能源，而反應產物需要兼具可降解性、安全性以及可重復利用性，即使是化學反應的整個過程，也需要采用安全度較高的生產工藝，確保能源的高利用率，只有這樣才能確保化學生產的經濟性或化學實驗的安全性。

1.2 綠色化學的原則

（1）從源頭上阻斷有毒有害物質的產生，而不是在有毒有害物質產生后再行處理。

（2）盡可能地使參與反應的物質以及最終生成的物質不對環境和人類健康造成危害。

（3）在設計方案中，最好能使所有最初的反應物被嵌入到最終產物之中；反應后的遺留物應沒有或盡可能地少，或是沒有滯留在環境之中，或是降解為不具有毒性的產物。

（4）盡量少用甚至不用分離試劑或溶劑等輔助性物質，若必須用，則應確保其無毒或毒性盡可能低。

（5）出于經濟性和環境保護的需求，應盡量降低化學反應的能量消耗，或是將反應過程中的臨時性修改、基團保護與去保護等非必要衍生過程裁剪掉。

（6）若是滿足經濟性目標且技術上具有可行性，則應選用具有再生性的原料。

（7）催化劑應優選具有高選擇性的，不建議采取“通過提高反應物配料比”的選擇。

（8）化學物品應在保持原有功效這一前提下盡可能地無毒或低毒；分析方法應進一步開發，確保做到現場全面監控，以預防有害物質的生成，降低物質因形態變化而產生事故的風險性。

2 在化學實驗教學中推行綠色化學教育的重要意義

化學作為一門自然學科，以實驗為科研教育的基礎，我國受科技發展水平和教育理念影響，化學教學依然以傳統實驗方式為主，教師和學生在實驗中消耗大量的藥品，使用具有揮發性、易燃性的有毒試劑，進行危險性較大的實驗操作，給環境帶來污染的同時也給自身健康帶來威脅和安全隱患。而為了改變這種“損人損己”的現狀，教學工作者必須使化學實驗教學走上“綠色化學教育”這一必由之路，通過綠色化學內容來培養學生的綠色意識，使其具備綠色化學實驗能力。

可以說，推行綠色化學的教育理念，對于實驗教學有著非常重要的意義，首先素質教育對“綠色化學教育”有著迫切的要求，其次化學教學需要傳播綠色化學的觀點，最后學校需要通過綠色化學教育來培養學生的責任感與創新能力，使其能夠更好地面對社會與未來。可以說，綠色化學既提高了教學質量，也保護了環境，預防和治理了污染，非常符合當今社會“節能減排”的發展要求。

3 在化學實驗教學中推行綠色化學教育的具體方法

3.1 精選“綠色”實驗項目

在傳統化學實驗中，教師優先考慮的是實驗現象的鮮明性，重點在于使學生掌握基本操作技能，諸如最終產物、反應物的污染輕重與試劑、催化劑、產物的毒性則被教師無意識地忽視了，學生或是沒有得到保護，或是得到被動的保護，這無疑是不符合素質教育的基本要求的。而在綠色化學教育理念的指導下，教師除了需要保證實驗項目中的現象具有鮮明性、學生可以掌握基本的操作技能，其還需要兼顧到實驗的“綠色”要求。首先，教師應該以“保護環境、從源頭上杜絕污染產生”為出發點來篩選實驗項目，將對環境有較大污染的項目予以排除，優選一些污染小的環保型實驗，確保實驗中的反應物與產物毒性小、污染輕、廢物盡量少。

以溴苯類實驗為例，傳統實驗通常使用液溴與苯進行化學反應，原材料液溴具有較大的腐蝕性，苯則對人體造血系統有著鮮明的損害作用，基于“綠色化學教育”理念，教師應使用正丁醇與溴化鈉兩種安全物質替換掉苯與液溴。

3.2 為無法替換的化學實驗進行“綠化改進”

化學教學需要依照教學大綱進行，其中許多有機化學實驗是無法替代的，其與綠色化學理念并不是完全符合的，教學工作者可以基于當前既有的科研成果對項目中的某些設計方案作出改進。

3.2.1 使用綠色溶劑

在原有的教材中，柱色譜分離實驗所使用的原料為無水苯與乙醚，在化學反應中將鄰硝基苯胺與對硝基苯胺進行分離。但是苯的毒性是眾所周知的，所以可以按照1∶3的比例使用乙酸乙酯、石油醚制備洗脫劑，同樣可以取得理想的分離效果。而在分離亞甲基藍與熒光黃的化學實驗中，若是換用乙醇與水作為洗脫劑，同樣可以取得理想的結果。并且，由于所涉及的反應物具有安全性和可重復利用性，所以可以反復進行實驗來驗證不同混合物濃度、氧化鋁高度、探索柱直徑給分離結果帶來的影響。而結果證明，在1mg熒光黃加1mg亞甲基藍的樣品中滴入4滴1mL劑量、95%濃度的乙醇中，將會在最短的分離時間內獲得最明顯的分離效果，且所耗費的溶劑量也是非常少的。

3.2.2 使用綠色催化劑

在必開的實驗中有一種需要制備酯類化合物，教材中記載的催化劑為濃硫酸，這種物質多有酸性廢液與反應副產物，其本身則具有強氧化性，污染性大、危險性大。基于綠色化學教學理念，可以使用[SiO2/SO2-4]作為濃硫酸的替代物，既能減少污染，還能提高化學實驗的產率，且這種物質還具有可再生利用性。

3.2.3 使用綠色氧化劑

有機化學實驗——己二酸制備可以將其中的氧化劑進行替換，以達到綠色實驗與綠色教學的目的。乙二酸可以用于尼龍-6，6的生產，這種單體的制備通常以硝酸作為實驗氧化劑，但是這種物質可以產生氮氧化物等有毒氣體，若是使用過氧化氫作為氧化劑，那么所產生的副產物只是水，不具有污染性，也非常安全。

4 結 論

綠色化學實驗與綠色化學教育是素質教育的根本性要求，符合化學實驗的發展趨勢，學校應將二者有機結合起來，以確保化學教學的安全與無害。

參考文獻：

[1]陸泉芳，俞潔.化學實驗綠色化研究[J].實驗室研究與探索，2004（12）.

[2]宋桂苓.綠色有機化學實驗的探索和實踐[J].實驗室研究與探索，2006（8）.

[基金項目]黑龍江省高等教育學會高等教育科學研究“十三五”規劃課題（項目編號：16G450）；黑龍江省高等教育學會高等教育科學研究“十三五”規劃課題（項目編號：16G461）；黑龍江省教育廳科學技術研究項目（項目編號：12531747）；黑龍江省社科研究規劃項目（項目編號：15DED18）；牡丹江醫學院科學研究項目（項目編號：RS201511）。

[作者簡介]尹永奎（1980—），男，漢族，黑龍江人，碩士，講師。研究方向：化學教育；通訊作者：張海峰（1977—），男，漢族，黑龍江人，碩士，講師。研究方向：醫學管理。