中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綠色化設(shè)計(jì)

摘 要：目前環(huán)境的日益惡化，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化占據(jù)越來越重要的地位。本文以新時(shí)期中學(xué)化學(xué)教學(xué)為背景，探討在化學(xué)教學(xué)中實(shí)施綠色化學(xué)教育的重要性以及實(shí)施綠色化學(xué)教育的方法，對(duì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革的必要性。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué);環(huán)境保護(hù);化學(xué)教學(xué);綠色化設(shè)計(jì)

1 減少試劑用量、推行微型實(shí)驗(yàn)

教學(xué)過程涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)常常要求顯現(xiàn)明顯并且便于觀察，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法往往是加大實(shí)驗(yàn)試劑用量，但是這樣也不可避免的會(huì)對(duì)環(huán)境造成更大的污染，不符合綠色化學(xué)的教學(xué)原則。但微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)象明顯、污染少、安全環(huán)保、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)[1]。

例如：非水滴定法測(cè)定醋酸鈉的含量，教材上提出在分析方法中，稱取無水醋酸鈉試樣0.2g，加入20-25ml冰醋酸，溫?zé)崛芙狻Ｓ捎诒姿岬膿]發(fā)性強(qiáng)造成一部分揮發(fā)，污染環(huán)境，同時(shí)難以保證教學(xué)質(zhì)量。而作為標(biāo)準(zhǔn)溶液的高氯酸-冰醋酸溶液，在操作中亦會(huì)有損失，會(huì)影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。現(xiàn)將常量分析操作改為半微量式操作，試樣量減至0.05-0.09g，冰醋酸的加入量改為5ml，常量滴定管改為半微量的全自動(dòng)滴定管使標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量由原來的20-25ml減少到5-9ml，這樣在滿足分析對(duì)測(cè)定結(jié)果要求的邏輯下，減少了冰醋酸對(duì)環(huán)境的污染。然后對(duì)該實(shí)驗(yàn)回收的廢液進(jìn)行蒸餾、提純后得到的冰醋酸可重復(fù)使用[2]。

2 替換有毒試劑、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化

真正實(shí)現(xiàn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化是拒絕使用一些無法替代又無法回收的物質(zhì)，這是杜絕污染的根本方法。但在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中又常常有必須完成的實(shí)驗(yàn)中涉及一些有毒的藥品，此時(shí)就需要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃制定時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行修訂，盡量采用無毒、低毒或天然產(chǎn)物代替高毒化學(xué)試劑，既達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模址乐沽宋廴綶3]。

例如在中學(xué)階段我們做萃取實(shí)驗(yàn)時(shí)一般會(huì)采用四氯化碳作溶劑，但是由于四氯化碳的沸點(diǎn)低而且容易揮發(fā)，因此，在實(shí)驗(yàn)開展中就容易產(chǎn)生難聞的刺激性氣味，不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)對(duì)人的身體健康帶來嚴(yán)重影響，并且如果接觸四氯化碳150-200g/m3超過半個(gè)小時(shí)，就可能危及生命安全，還會(huì)對(duì)臭氧層帶來破壞。這種中學(xué)實(shí)驗(yàn)要求的萃取實(shí)驗(yàn)但又人體有害我們就可以其他的溶劑代替四氯化碳。由于中學(xué)階段的萃取是一種定性實(shí)驗(yàn)，只需要掌握其原理與一系列的萃取操作方法即可。因此，在有機(jī)溶劑的選擇上，應(yīng)該以達(dá)到萃取的效果為標(biāo)準(zhǔn)，不需要追求高萃取率。就現(xiàn)目前而言，二氯甲烷可以達(dá)到這樣的目的。再或者中學(xué)教材中要求的制取乙烯的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理是乙醇在催化劑的條件下脫水生成乙烯，在教材中使用的是濃硫酸，但濃硫酸具有強(qiáng)腐蝕性，會(huì)污染環(huán)境，而且該實(shí)驗(yàn)對(duì)溫度的要求高，否則會(huì)有很多副產(chǎn)品產(chǎn)生。這樣的實(shí)驗(yàn)就不符合綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想，因此我們可以用氧化鋁做催化劑來替代濃硫酸。該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行這樣的改進(jìn)同樣可以達(dá)到反應(yīng)速度快，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的目的，并且在實(shí)驗(yàn)過程中沒有二氧化硫氣體產(chǎn)生，不會(huì)干擾乙烯的檢驗(yàn)，也不會(huì)有濃硫酸剩余，不污染環(huán)境[4]。

3 串聯(lián)實(shí)驗(yàn)及化學(xué)試劑的再利用

串聯(lián)實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)就是上一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物可以用于下一個(gè)實(shí)驗(yàn)，是按照一定的實(shí)驗(yàn)順序進(jìn)行的，上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物用做下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物節(jié)約成本，同時(shí)節(jié)約時(shí)間，提高了試劑的使用效率，減少了環(huán)境污染[5]。

例如利用串聯(lián)實(shí)驗(yàn)可以將蒸餾實(shí)驗(yàn)和萃取實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，為了得到碘的四氯化碳試劑，可以使用四氯化碳對(duì)碘的水溶液進(jìn)行萃取，得到碘的四氯化碳試劑后，就可以進(jìn)行接下來的反萃取實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程是將碘的四氯化碳試劑中逐漸加入氫氧化鈉直到顏色完全消失，對(duì)四氯化碳進(jìn)行萃取。在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行蒸餾實(shí)驗(yàn)，通過蒸餾實(shí)驗(yàn)繼續(xù)提取出四氯化碳，在這一系列的串聯(lián)實(shí)驗(yàn)中，試劑一直只有四氯化碳和碘，但卻完成了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了成本并大大的提高了實(shí)驗(yàn)效率。這就充分達(dá)到綠色化實(shí)驗(yàn)的要求，為了讓學(xué)生進(jìn)一步了解串聯(lián)實(shí)驗(yàn)及化學(xué)試劑的再利用，還可以對(duì)乙醇系列實(shí)驗(yàn)做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。“工業(yè)乙醇的蒸餾”得到乙醇產(chǎn)品可留待“萘的重結(jié)晶”作為溶劑，重結(jié)晶的母液又可在下一個(gè)實(shí)驗(yàn)“簡(jiǎn)單分餾”中得以分離，回收的乙醇產(chǎn)品還可用于“從茶葉中提取咖啡因”，提取咖啡因后回收的乙醇由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一保管，留待下一級(jí)學(xué)生新一輪實(shí)驗(yàn)還可以再做“工業(yè)乙醇的蒸餾”實(shí)驗(yàn)，這樣也提高了溶劑的使用率并達(dá)到來了化學(xué)試劑回收的效果。

4 廢液的處理

實(shí)現(xiàn)中學(xué)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)還有另外一個(gè)很重要的方式就是對(duì)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)后對(duì)廢液的處理。我們通常所說的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的“三廢”主要是廢液，因此對(duì)廢液的處理勢(shì)在必行。廢液的處理主要包括廢液的再生和回收，回收可以減少資源的浪費(fèi)，成本的消耗，對(duì)環(huán)境也起到極大的保護(hù)作用[6]。

例如為了避免銀廢液對(duì)環(huán)境的污染，采取措施對(duì)銀廢液進(jìn)行回收和再生。在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)銀的使用最常見的是沉淀法，沉淀法測(cè)定水中氯含量的廢液，其主要成分是氯化銀。首先廢液中的Ag2CrO4可用氯化鈉溶液將其轉(zhuǎn)化為氯化銀沉淀，過濾后使氯化銀沉淀與溶液分離，加入過量的氨水使氯化銀沉淀溶解生成Ag（NH3）2+與其他不溶物分離，在Ag（NH3）2+溶液中加入過量的氫氧化鈉，使其轉(zhuǎn)化為氧化銀沉淀，加硝酸得到硝酸銀溶液。得到的硝酸銀溶液經(jīng)標(biāo)定后即可用做標(biāo)準(zhǔn)溶液，這樣產(chǎn)生的銀廢液既不會(huì)污染環(huán)境還可以節(jié)約資源達(dá)到廢物利用的效果。再比如對(duì)于萃取碘的四氯化碳、煤油可以用稍濃的氫氧化鈉溶液洗液、分液又可重新得到四氯化碳、煤油進(jìn)行重新使用，將化學(xué)沉淀劑[H3PO4+MgO或Mg（OH）2]與氨反應(yīng)，生成沉淀物以除去廢水中的氨氧。生成的MgNH4PO4是一種農(nóng)作物所需的復(fù)合肥料，已達(dá)到廢物回收利用的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]謝良木.綠色微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究應(yīng)用[J].全文版（教育科學(xué)），2016，2：70.

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[4]李和平，龍輝.改革有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與提高學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2007，5（4）：81-82.

[5]陳瑩.基于新課程理念下高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].科技新導(dǎo)報(bào)，2014，5（10）：104-110.

[6]汪朝陽.綠色化學(xué)通用教程[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2007：179-180.

作者簡(jiǎn)介

王慧（1993-），女，漢族，四川資陽，西華師范大學(xué)在職研究生，四川省蒼溪縣石門鄉(xiāng)小學(xué)校，研究方向：學(xué)科化學(xué)。