基于綠色化學理念的中學化學實驗改進策略

何大明++關寧

【摘 要】本文論述運用綠色化學理念改進中學化學實驗，從源頭上減少或消除污染，實現原子利用率的最大化，將綠色化學理念滲透到高中化學實驗教學中，通過實驗創新，引導學生積極思考、大膽探索，理解化學知識，掌握技能，培養學生的綠色環保意識。

【關鍵詞】綠色化學 實驗教學 環保意識

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）06B-0034-02

綠色化學（green chemistry），是研究在化學產品的設計、開發和加工生產過程中減少或消除對人類健康和環境有害影響的科學。其核心內容是從源頭上減少或消除污染，實現原子利用率的最大化。目前中學化學實驗產生的廢水、廢氣、廢渣等都會對周圍環境造成不同程度的污染，甚至影響師生健康。我國在 2003 年由教育部正式頒布的《普通高中化學課程標準（實驗）》明確提出，在設計必修課程時，應將綠色化學理念融入其中。在平時的實驗教學中，教師應讓學生多參與化學實驗的創新與改進，潛移默化地滲透綠色化學理念，培養學生的科學素養。

一、開展微型實驗，有效實現實驗綠色化

對比常規化學實驗來說，微型化學實驗是開展探究性學習有效的工具之一。在分組實驗時，如果使用常規的實驗儀器，組裝費時，占用空間大，所需藥品量多，實驗時間長，難以實現使每人動手和隨時隨處做實驗進行探究性學習的目的，這給探究性學習帶來一定的局限性。相比之下，利用微型實驗儀器的小巧、簡便、快速、節約、安全等優點，方便學生在遇到問題時可以隨時隨處設計實驗、觀察實驗現象，從實驗中思考并探討結論，從而更有效地開展探究性學習。

比如，在二氧化硫的制取及性質探究實驗中，儀器組裝比較復雜，藥品用量多，而且容易造成二氧化硫逸出污染環境。基于此，筆者使用了微型實驗儀器來完成這一系列實驗（如圖 1 所示）。

圖1 二氧化硫的制取及性質探究實驗

（一）實驗原理

1.SO2 的制備

Na2SO3+H2SO4（濃）=Na2SO4+SO2+H2O

2.性質檢驗

酸性：SO2+H2O=H2SO3（可逆反應）

漂白性：SO2 使品紅溶液褪色。

還原性：2KMnO4+5SO2+2H2O=K2S04+2MnSO4+2H2SO4

氧化性：Na2S+SO2+H2O=H2S+Na2SO3

2H2S+SO2=3S+2H2O

3.尾氣處理：SO2+2NaOH=Na2S03+H2O

（二）實驗藥品

亞硫酸鈉固體、濃硫酸、硫化鈉溶液、紫色石蕊試液、高錳酸鉀溶液、品紅溶液、濃氫氧化鈉溶液。

（三）實驗步驟及現象

1.用 6 孔井穴板代替 6 個反應器，用塑料滴管代替分液漏斗。

2.檢查氣密性良好。把水倒入大燒杯，在第 1 個井穴中裝入小半勺亞硫酸鈉粉末，作為制取二氧化硫所用。

3.在第二個井穴中滴幾滴紫色石蕊試液，檢驗二氧化硫的酸性；在第 3 個井穴中滴幾滴品紅溶液，檢驗二氧化硫的漂白性；在第 4 個井穴中滴幾滴高錳酸鉀溶液，檢驗二氧化硫的還原性；在第 5 個井穴中，滴幾滴酸化的硫化鈉溶液，檢驗二氧化硫的氧化性；在最后一個井穴中加入幾滴濃氫氧化鈉溶液，進行尾氣處理。

4.蓋好長進短出的塞子，吸滴管的濃硫酸，插入第1個井穴的長導管上，輕輕擠壓滴管，觀察現象。

可以很快觀察到紫色石蕊試液變紅，說明生成了酸性的物質；品紅溶液褪色說明 SO2 具有漂白性；高錳酸鉀溶液褪色體現了 SO2 的還原性；硫化鈉溶液中產生黃色的渾濁，說明 SO2 具有一定的氧化性。通過這樣的微型實驗一次性探究了二氧化硫的幾種重要性質。

（四）改進后的優點

1.利用微型實驗將 SO2 的制備與性質實驗一體化，裝置簡單，實驗現象明顯，實驗藥品用量少，整個實驗在一個密閉體系中完成，基本不造成污染，符合綠色化學的理念。

2.本試驗裝置將 SO2 的多個重要性質在同一個實驗中進行探究，有利于學生理解和記憶，有利于開展探究性學習，從而很好地落實新課改的要求。

總的來說，利用微型實驗進行化學實驗創新和改進能夠激發學生的學習興趣，產生更好的教學效果。教師在整個教學中應不斷向學生滲透綠色化學思想，促進教學理論知識與實踐知識的結合，使學生能在了解化學知識中提高保護環境的意識，從而提高綠色化學的教學質量。

二、整合實驗裝置，提高綠色實驗成效

改進實驗裝置是降低污染、避免危害、有效滲透綠色化學理念的重要途徑。教師可以根據實驗的實際情況，引導學生積極思考、大膽探索，通過整合實驗裝置，將實驗對環境的污染降低到最低程度。

例如，人教版化學必修 2 中講授離子鍵時列舉了金屬鈉與氯氣的反應，經過實際操作，發現該實驗存在以下缺點：（1）要另外搭建制取裝置收集氯氣；（2）預先收集的氯氣在課堂演示時會泄露而產生污染，影響課堂效果；（3）氯氣用量大，導致原料浪費。基于此，筆者進行了如圖 2 所示的改進。

（一）實驗裝置圖和藥品

圖2 金屬鈉與氯氣的反應裝置

1.按如圖 2 組建好裝置，檢查裝置的氣密性，在具支管 Ⅰ 中加入少量的高錳酸鉀固體，在管口插入吸有濃鹽酸的注射器。

2.在具支試管 Ⅱ 內放入少許石棉絨，在石棉絨上放一粒綠豆大的金屬鈉 （吸干煤油，除去氧化膜）。

（二）實驗操作

1.打開止水夾 a，關閉 b 和 c。將適量濃鹽酸滴入裝有高錳酸鉀固體的具支管 Ⅰ 中，當具支試管 Ⅰ 充滿黃綠色氣體時，關閉止水夾 a，打開 b。用注射器收集約 50 mL 氯氣。關閉止水夾 b。

2.加熱具支試管 Ⅱ，當金屬鈉熔成球狀時，打開止水夾 c，推動注射器，使氯氣進入具支試管 Ⅱ，會發現金屬鈉燃燒，火焰呈黃色，有濃濃的白煙，反應后，試管壁附著白色固體氯化鈉，整個過程現象明顯。

3.實驗結束時，關閉止水夾 c。

（三）實驗改進后的明顯優點

1.整個裝置固定在一塊紙板上，體現了新方法、新材料的應用。

2.極好的解決了氣體的制取與性質實驗相統一的問題，即用即得，操作方便，便于控制。

3.實驗過程中試劑用量少，節約藥品，實驗現象明顯，符合實驗微型化。

4.增加尾氣吸收裝置，避免對環境的污染，符合綠色化學理念。

5.用注射器取用、貯存氯氣比用集氣瓶更方便、安全。

三、節約實驗藥品，體現綠色化學思想

高中化學的有些實驗并沒有實驗藥品用量的具體標準，而常采用“適量”“少量”“足量”等模棱兩可的詞，有一些化學藥品的用量明顯過高，造成浪費現象。教師在做實驗時應盡量在實現實驗效果的前提下，以節約的方式完成化學實驗。

比如在原電池原理教學中，學生按課本“活動與探究”的要求很容易完成原電池實驗。但是有幾點不足：（1）用燒杯盛放的稀硫酸溶液用量多，比較浪費，不符合綠色化學理念；（2）由于鋅片不純，鋅片上仍有大量氣泡并很快模糊一團，難以觀察現象，同時有酸霧般的刺激性氣體造成空氣污染；鋅片或者鋅粒散落在裝置或者水槽里，處理起來較麻煩。基于這些原因，筆者進行了如圖 3 改進。

圖3 原電池實驗

實驗過程：

1.用導線將銅絲和鋅片連接電流計的正負接線柱。

2.把濾紙放在器皿的表面上，再往濾紙上滴加幾滴稀硫酸。

3.把銅絲、鋅片與濾紙接觸，電流計指針發生偏轉，鋅片上幾乎觀察不到有氣泡產生，而銅片上卻產生大量的氣泡，實驗效果非常明顯。

本實驗操作簡便、快速，無需洗滌燒杯等儀器，每次實驗最多只需更換濾紙；鋅銅和溶液用量均很少，避免了稀硫酸的用量大而造成的浪費和一定的空氣污染，而且實驗效果好。濾紙實驗無廢水排放，有利于環保，符合綠色化學要求。

當前，化學教育工作者已經很重視對化學實驗進行創新與改進，使化學實驗教學有了一定的改善，但還不夠深入。如何通過化學實驗教學滲透綠色化學理念，如何通過實驗培養學生的實驗探究能力，如何讓化學實驗更好地培養學生的科學素養等，還有待進一步提高。總之，綠色化學是一種新的教育理念，把綠色理念滲透到高中化學的實驗改進和實驗設計中很有必要，是素質教育的重要的體現，它有助于培養學生的綠色環保的意識以及保護環境的責任感。

【參考文獻】

[1]李思思.基于綠色化學理念的實驗改進[J].成功（教育），2015（10）

[2]馮鈴慧.淺談初中化學教學中如何滲透綠色化學教學增強學生的環保意識[J].科學咨詢（教育科研），2016（4）

（責編 盧建龍）