淺談化學實驗命題綠色化的七個方向

山東 孫 晶

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗在化學教學中占有重要地位。化學實驗過程中總是伴隨氣體、液體或固體物質(zhì)生成，這些產(chǎn)物中相當一部分涉及了有毒或有害物質(zhì)，會造成環(huán)境污染。綠色化學實驗的目標不是被動地治理污染，而是主動地減少和消除污染，化學高考命題正在悄然向以下七個方面進行傾斜與側(cè)重。

一、微

“微”即在保證實驗現(xiàn)象明顯的前提下，減少實驗藥品的用量。它包含兩層意義：一是采用微型化實驗，即在微型的儀器中進行實驗。二是采用微量化實驗。常規(guī)實驗的小量化是在不改變實驗方法、實驗操作的前提下，采用常規(guī)的小容量儀器，使藥品用量減量。如物質(zhì)的量濃度溶液配制實驗時可將500 mL容量瓶改為100 mL容量瓶；濃硫酸的脫水性實驗蔗糖的用量可減半；學生實驗均可采用小試管進行等。微型化、微量化實驗是采用非常規(guī)的微小裝置、微小用量進行實驗。

選項實驗現(xiàn)象結(jié) 論A滴有KSCN的FeCl2溶液變紅色Cl2具有還原性B滴有酚酞的NaOH溶液褪色Cl2具有酸性C石蕊溶液先變?yōu)榧t色后褪色Cl2具有漂白性D淀粉KI溶液中變藍色Cl2具有氧化性

解析：將濃鹽酸滴在KClO3晶體上，并用表面皿蓋好，這時由于濃鹽酸與KClO3晶體反應生成的Cl2彌漫在“密閉”的表面皿內(nèi)，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+，而使KSCN溶液顯紅色，說明Cl2具有氧化性，A錯。B中的紅色褪去有兩種可能：①Cl2與NaOH反應，消耗NaOH使堿性減弱，酚酞褪色；②HClO有強氧化性、漂白性，因而酚酞褪色。并非Cl2具有酸性之故，B錯。C項中與B相似，且干燥的Cl2無漂白性，C錯。

答案：D

二、組

“組”就是將幾個實驗組合在一起，這樣既節(jié)約了時間又減小了污染。如：氯氣的制備和性質(zhì)實驗、鹵素間的置換反應實驗、二氧化硫的制備和性質(zhì)實驗等，都可以把它們組合在一起進行命題。

例2如圖所示，在注射器中加入少量Na2SO3晶體，并吸入少量濃硫酸(以不接觸試紙為準)。則下列有關(guān)說法正確的是 ( )

A．藍色石蕊試紙先變紅后褪色

B．品紅試紙、滴有KMnO4溶液的濾紙均褪色證明了SO2的漂白性

C．NaOH溶液可用于除去實驗中多余的SO2

D．濕潤淀粉KI試紙未變藍說明SO2的氧化性強于I2

答案：C

三、封

“封”就是使有毒氣體的制備和性質(zhì)均在一個密閉的體系中進行。如：用塑料注射器進行Cu和濃、稀HNO3的反應；用塑料注射器貯存少量有毒氣體；P、Cu、H2在Cl2中燃燒；白磷和紅磷相互轉(zhuǎn)化；氯水的漂白性等實驗均可用橡皮塞“封”。

例3“封管實驗”具有簡易、方便、綠色環(huán)保等優(yōu)點，觀察下面四個“封管實驗”(夾持裝置未畫出，①②③均為微熱條件)，判斷下列說法正確的是 ( )

A．加熱時，①上部匯集了固體NH4Cl，說明NH4Cl的熱穩(wěn)定性比較好

B．加熱時，②③溶液均變紅，冷卻后又都變?yōu)闊o色

C．④中，浸泡在熱水中的容器內(nèi)氣體顏色變深，浸泡在冰水中的容器內(nèi)氣體顏色變淺

D．四個“封管實驗”中所發(fā)生的化學反應都是可逆反應

答案：C

四、代

“代”也包含兩層意思：一是借用多媒體手段代替做實驗。對一些污染比較嚴重的(如苯的溴代反應和硝化反應)、操作比較復雜且需時較長的實驗(如石油的分餾、石油的裂化、煤的干餾)均可用實驗錄像或者動畫模擬代替實驗，既能省時、省料、不污染，又能觀察到明顯的實驗現(xiàn)象，達到同樣的實驗效果。二是尋找代用品，降低實驗成本，但不影響實驗效果。如用塑料藥片板代替井穴板；用雞蛋殼代替碳酸鈣制備二氧化碳；用廢電池上的電極代替鋅制氫氣、代替二氧化錳制氯氣等，充分利用廢物，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識、經(jīng)濟意識，樹立綠色化的觀念。

例4充分利用能源、提高原子利用率、減少向環(huán)境排放廢棄物等都是綠色化學基本要求。①在有機實驗中，用溴的四氯化碳溶液代替溴的水溶液；②用稀硝酸代替濃硝酸溶解、回收含銀鏡試管里的銀；③用水浴加熱代替直接用酒精燈加熱；④接觸法制硫酸中采用“熱交換器”，利用余熱預熱冷原料氣和燒水；⑤工業(yè)合成氨中分離產(chǎn)物得到氫氣和氮氣再循環(huán)使用；⑥電解法冶煉鈉和鎂，選擇電解氯化鈉和氯化鎂，不電解對應的金屬氧化物。上述主要不是從綠色化學角度考慮的是 ( )

A．①③ B．②④

C．⑤⑥ D．③④

解析：②可減少環(huán)境污染；④接觸法制硫酸采用熱交換器，提高熱量利用率；⑤氫氣和氮氣循環(huán)使用，提高原料利用率；⑥鈉、鎂二種元素的氯化物熔點低于對應氧化物的熔點，節(jié)約能源。②④⑤⑥是從綠色化學角度考慮的。①用溴的四氯化碳溶液代替溴水，避免溴與水發(fā)生反應，防止副產(chǎn)物對反應干擾；③水浴加熱使受熱容器均勻受熱、便于控制溫度。①③不是從綠色化學角度考慮的。

答案：A

五、改

“改”即改進某些排放有害物質(zhì)的實驗，使有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，甚至是有益的物質(zhì)；或使某些操作復雜的實驗變得簡單，提高實驗的成功率。如銅和濃硫酸反應的實驗，可將銅片改為銅絲，通過抽提銅絲，使銅絲及時脫離反應體系，減少銅的消耗量和SO2的生成量；未反應的銅絲可反復使用，大大減少了銅的用量及實驗的準備工作。另外將產(chǎn)生的SO2通入品紅溶液改為將浸有品紅試液的濾紙直接放入Cu與濃H2SO4反應試管的中部，試管口塞一團浸有飽和Na2CO3溶液的棉花球，裝置簡單(省去了鐵架臺、鐵夾、帶塞的導管)、操作方便(用試管夾夾住試管，試管移動方便)、現(xiàn)象明顯。再如可將鈉與水反應的實驗作如下改進：將鈉投入盛有煤油和水(滴有酚酞)的培養(yǎng)皿中，上面扣一個倒置的漏斗收集氣體，檢驗生成的氣體，實驗安全，現(xiàn)象明顯，成功率接近100%；這樣避免了鈉與水反應劇烈而可能發(fā)生的危險，且隨時可將未反應的鈉從培養(yǎng)皿中取出，重新放入煤油中保存，節(jié)省藥品。

例5綠色化是化學實驗追求的目標。《化學教育》刊載了創(chuàng)新設計“鈉在空氣中燃燒實驗”裝置(如圖所示)。下列對于該實驗的描述錯誤的是 ( )

A．使用凹形載物片承載鈉的目的是防止鈉燃燒時炸裂試管

B．解決了鈉在空氣中燃燒產(chǎn)生濃煙造成污染

C．鈉先反應放熱，然后鈉受熱熔化

D．觀察到黃色火焰和生成淡黃色固體

解析：本實驗的改進體現(xiàn)了綠色化學要求，不會產(chǎn)生濃煙污染環(huán)境。因為凹形載物片承載鈉，鈉燃燒時不會炸裂試管。氣唧鼓入空氣，支持燃燒，會使現(xiàn)象更明顯。鈉熔點低，在空氣中燃燒時先熔化，后與氧氣反應。

答案：C

六、換

“換”即在不影響實驗效果的前提下，尋找一些無毒害藥品來替換有毒害藥品的使用，尋找一些對環(huán)境無影響的藥品來替換對環(huán)境影響較大的藥品使用。如溶液的導電性實驗，其中鹽酸和氯化鈉在通電時會產(chǎn)生有害的氯氣，可把它換為NaNO3和HNO3等。

例6燒堿的制備，在20世紀70年代常用水銀法，此法通過鈉汞齊(Na·nHg)，得到的燒堿質(zhì)量好，濃度高；目前已被離子交換法所取代。兩種生產(chǎn)方法如圖所示：

下列說法肯定不正確的是 ( )

A．水銀法被淘汰，可能原因是汞毒性大，易造成環(huán)境污染

D．離子膜法燒堿在陰極生成，水銀法燒堿在解汞槽中生成

答案：C

七、變

“變”包含兩層含義。一是將有毒的物質(zhì)變成無毒的物質(zhì)。如可以用點燃的方法把CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2；SO2、Cl2、H2S等可用氫氧化鈉溶液加以吸收，使之轉(zhuǎn)化為無毒的物質(zhì)等。二是將廢物變成有用的物質(zhì)。如將實驗室制氨氣后的氯化鈣固體進行回收，作為干燥劑使用；將碘的四氯化碳溶液進行回收提取碘；用廢熱水瓶膽制AgNO3溶液等。

例7某研究性學習小組擬從實驗室含碘廢液中進行回收碘，制訂兩種方案提取，他們的實驗方案如圖所示：

試回答下列問題

(1)方案一，說明廢水含有單質(zhì)碘可用的試劑是_______________________________________。

(2)方案一，步驟③反應的方程式為_______________________________________。

(3)方案二，用H2O2溶液而不用氯氣，理由是_______________________________________。

(4)方案二，步驟⑤的名稱是_______________________________________。

(5)方案二，蒸餾時用到的玻璃儀器，除接受器、錐形瓶、酒精燈外，還缺少的玻璃儀器有_______________________________________。

(6)測定產(chǎn)品中KI的純度，用到的試劑有KIO3、稀硫酸、淀粉及標準的Na2S2O3溶液，請寫出前兩種試劑的作用，用離子方程式表示：_______________________________________。