綠色化學理念下的高中實驗改進二則

何大明++盧露苔++洪慶友??

摘 要：綠色化學是從源頭上減少或消除污染，實現原子利用率的最大化。本文通過微型實驗探究二氧化硫性質，整合裝置觀察鈉和氯氣反應，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，不僅符合課程標準的要求，還有助于培養學生的科學素養。

關鍵詞：綠色化學；實驗；改進

綠色化學（green chemistry），是研究利用在化學產品的設計、開發和加工生產過程中減少或消除產生對人類健康和環境有害的科學，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。化學實驗產生的廢水、廢氣、廢渣等會對周圍環境造成不同程度的污染，甚至影響師生身體健康。下面筆者結合高中化學實際教學，探討綠色化學理念下的高中實驗改進。

一、 微型實驗探究二氧化硫性質

對比常規化學實驗來說，微型化學實驗是開展探究性學習最有效的工具，是走向探究性學習的現實選擇。探究性學習是學生自主地獲取知識和技能，體驗和了解科學探究過程、方法，形成和提高創新意識，樹立科學的價值觀的活動過程。開展探究性學習，如果使用常規的實驗儀器，由于儀器規格已經定型，比較大，組裝麻煩，占用空間大，所需藥品量多，操作復雜，實驗時間長，再由于分組實驗，難以實現每人動手和隨時隨處通過實驗進行探究性學習。相比之下，微型實驗儀器的小巧、簡便、快速、節約、安全等優點，方便每位學生隨時隨處遇到問題就設計實驗、做實驗，從實驗中思考并探討結論，開展探究性學習。

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）。

（一） 用6孔井穴板代替6個反應器，塑料滴管代替分液漏斗。先檢查氣密性：在后5個井穴中裝入少量水，蓋好長進短出的導管塞，在第1個井穴的長導管上插入塑料滴管，擠壓滴管，各井穴中均有氣泡冒出，說明氣密性良好。

（二） 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。

（三） 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氫氧化鈉溶液，進行尾氣處理。

（四） 蓋好長進短出的塞子，吸1/5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，品紅和高錳酸鉀褪色，硫化鈉溶液中有黃色的渾濁，一次性驗證了二氧化硫的幾種性質。由此不難看出，微型化學實驗是更有利開展探究性學習的有效工具。

二、 整合裝置觀察鈉和氯氣反應

改進實驗裝置是降低污染和改善危害，有效滲透綠色化學理念的重要途徑。教師可以立足實驗的實際情況，結合學生已有知識經驗和技能，引導學生積極思考、大膽探索、突破革新，適時適當地改進實驗裝置，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，實驗操作方法是：取一塊綠豆大小的金屬鈉，用濾紙吸凈煤油，放在石棉網上，用酒精燈微熱。待鈉熔成球狀時，將裝有氯氣的集氣瓶迅速倒扣在鈉的上方。

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；4、難以控制加熱時間。時間過短，只能看見其冒煙而不見燃燒，加熱時間過長，鈉燃燒起來，此時將氯氣瓶倒扣在其上時不能充分說明鈉是在 Cl2中燃燒。基于這些，筆者進行了如圖2所示改進。

（一） 實驗裝置圖和藥品

1. 按如圖2組建好裝置，檢查裝置的氣密性，在具支試管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、c。將適量濃鹽酸滴入裝有高錳酸鉀固體的具支試管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，推壓注射器，使氯氣進入具支試管Ⅱ，會發現金屬鈉燃燒，然后引導學生觀察現象：火焰呈黃色，有濃濃的白煙；撤去酒精燈，停止推注射器，則燃燒停止。再推，金屬鈉又燃燒，火焰忽亮忽滅。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。

實驗改進后有以下明顯優點：

（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。

總之，綠色化學是一種新的教育理念。我國在 2003 年由國家教育部正式頒布的《普通高中化學課程標準（實驗）》中明確提出，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，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，不僅符合課程標準的要求，還有助于培養學生的科學素養。endprint