借鑒“綠色化學”理念解決實驗“三廢”問題

黃媛

【摘 要】本文論述在“綠色化學”理念指導下通過設計迷你型實驗，規范操作步驟，選取最佳材料，進行無害處理，開展模擬演示等手段，解決化學實驗中的“三廢”問題，培養學生綠色環保意識。

【關鍵詞】綠色化學 三廢問題 降低劑量 安全第一

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）01B-0142-02

隨著生態環境的日益惡劣，人們越來越意識到環境保護的重要性。作為一線的教育工作者，教師在日常教學中也應當滲透綠色環保的理念，幫助學生培養綠色環保的意識，并避免或減少教學過程中的污染。在化學教學中，樹立“綠色化學”理念，通過設計迷你型實驗，規范操作步驟，選取最佳材料，進行無害處理，開展模擬演示等手段，解決化學實驗中的“三廢”問題，培養學生形成綠色環保的思維模式。

一、設計迷你型實驗，降低劑量

許多化學現象或者相關產物的形成所注重的都是各反應物的比例而非劑量，因此，教師在進行實驗教學時，可以在保證實驗質量的情況下，盡可能少地使用化學試劑，或者盡可能通過一次反應展示多種現象，這樣就可以降低實驗用量，減少污染。

比如，在教學《富集在海水中的元素—— 氯》這一節時，筆者為學生講解 Cl2 所具有的物理性質和化學性質，如其色態為黃綠色氣體，有刺激性氣味，有較強的氧化性，溶于水具有漂白作用等。為了加深學生對 Cl2 的有關性質的了解和掌握，筆者帶領學生進行制備 Cl2 的實驗。通過課堂上的學習，學生了解到，Cl2 是一種毒性氣體，刺激性強，如果不慎吸入，將對人體造成巨大的危害。因此制造 Cl2 的過程要保證實驗器具密封，并盡可能少地生產 Cl2，盡量減少其對環境的危害。于是在教學中，為了滲透“綠色化學”的理念，筆者為學生準備了少量的漂白粉[含 Ca（ClO）2+CaCl2]、稀硫酸以及小號的燒瓶、分液漏斗等，使學生通過反應 Ca（ClO）2+CaCl2+2H2SO4=2CaSO4+2Cl2↑+2H2O 制備氯氣（Cl2）。這一反應的實驗裝置十分簡潔，減少了 Cl2 在裝置中的殘留，使產生的 Cl2 更加集中。此外，由于發生反應的實驗器具型號較小，因此不需生成太多氯氣，學生也可觀察到黃綠色氣體充滿了整個圓底燒瓶，對 Cl2 的顏色形成一個清晰的印象和認識。將其通到放有小的紅色花朵的燒瓶中，學生可以觀察到 Cl2 主要位于燒瓶底部，因為 Cl2 的密度比空氣要大，并且紅色小花很快就褪色成了淡黃色小花，這體現了 Cl2 的漂白作用。

從上面的例子可以看出，教師通過設計迷你型實驗，合理配比并減少反應物劑量，既能獲得顯著的實驗效果，又能減少廢氣等的產生，向學生滲透了“綠色化學”的理念，有助于學生養成保護環境的意識。

二、規范操作步驟，安全第一

幾乎每年都有學校發生化學事故，造成環境污染，甚至人員傷亡。絕大多數的化學事故都是由不規范的操作步驟導致的，因此，教師在教學過程中要注意規范學生的操作步驟，做到安全第一，這也是“綠色化學”理念的重要體現。

比如，在教學《化學實驗常用儀器、使用方法及藥品的保存》這一課時，筆者為學生講述了化學實驗中常用儀器及其使用方法，以及特殊實驗藥品的保存。常用儀器的使用不僅在高考中經常考查，而且也是在實驗過程中影響實驗成敗甚至人身安全的重要因素。試管是實驗中經常用到的一種器具，但經常有學生會搞錯它的使用方法。比如，在加熱 H2O2 時加入的 H2O2 占到了試管的 ，這是非常危險的一種行為，在加熱時液體最多占到試管的? 才是正確的。量氣裝置和洗氣裝置也是學生經常弄混的兩類裝置，從導管位置上看，量氣裝置是氣體從高出液面一端的導管進入，將廣口瓶內的液體壓入量筒中，從而得到生成氣體的體積;而洗氣裝置則是氣體從插入液面一端的導管進，從高于液面的導管出。如果把兩種裝置弄反的話，那么在量氣時氣體從液體中經過時被少量吸收，而洗氣時氣體難以完全經過時液體從而使殘留在瓶中的一部分未經洗過，這都會造成氣體的損耗，從而難以獲得精確的結果。實驗操作不僅僅是正確使用儀器這么簡單，有時還需要在操作時采取輔助措施，以保證實驗順利進行。例如，CaC2+2H2O=Ca（OH）2+C2H2↑是制取 C2H2 的實驗。但由于實驗生成的 Ca（OH）2 微溶于水，可能會堵住疏導 C2H2 的導管的口，從而發生危險，因此可以將一點棉花塞在導管口附近，防止導管阻塞發生爆炸，并獲得產物 C2H2。

化學反應是神奇的卻也是危險的，只有規范操作，嚴格遵守實驗步驟，才能安全高效地完成實驗。這樣做既不造成污染，又不傷害人身安全。這一點教師應當特別注意。

三、選取最佳材料，力求環保

許多同類的化學反應都有相似的反應產物和實驗現象。利用這一點，教師在教學時可以選取最佳的實驗材料，在保證實驗效果的情況下，最大限度地減少廢液廢氣等的產生，實現科學環保。

比如，在教學《化學實驗基本方法》這一節時，筆者為學生講述了蒸餾和萃取這兩種常用的液體混合物分離以及提純的方法、各種化學圖標的意義等。這是學生學習高中化學的第一堂課，他們對這一切都充滿了興趣。本節課的重點在于蒸餾和萃取的操作，但筆者也為學生詳細介紹了化學藥品存放的注意事項，如易爆和不穩定物質要單獨儲存在陰涼處，劇毒物質要做好標記，易揮發物質要做好密封，在空氣中易變質、易自燃的物質如鈉、白磷等要存放于對應液體中，避免接觸空氣。筆者講到白磷的存放時，學生非常好奇：“老師，我們知道白磷放在水中是為了防止它自燃，那么自燃到底是怎樣一種現象呢？您能為我們演示一下嗎？”考慮到白磷具有較大的毒性，而且它燃燒產生的 P2O5 實際上是 P4O10，會以煙的形式污染空氣，危害人體健康，因此，筆者選用了另外一種材料，Mg2Si 進行演示。Mg2Si 不會自燃，但其遇水可發生水解反應，Mg2Si+4H2O=2Mg（OH）2+SiH4，生成的 SiH4 在水面上即可自燃，生成 SiO2 和水。在這個過程中，沒有氣體產生，生成的固體物質無毒而且易于處理，對環境的影響微乎其微。學生想要觀察自燃現象，用 Mg2Si 代替白磷進行實驗，既達到了觀察自燃現象的目的，又不會對環境造成污染，可見選取最佳實驗材料的重要性。

產生污染物的實驗可以巧妙地用類似的實驗替代，選取最佳的反應材料，可以獲得相似的實驗效果，并可以將其對環境的污染降到最小，解決“三廢”問題，實現“綠色化學”。

四、進行無害處理，分解中和

在化學實驗的過程中，很難避免某些污染物的產生。在這種情況下，教師應引導學生進行無害處理，處理好實驗產生的“三廢”。處理的過程大多也是化學反應的過程，中和反應等可以對廢液、廢渣等進行很好的處理。

比如，在教學《硫和氮的氧化物》這一節時，筆者為學生講述了硫等非金屬單質及其重要化合物的化學性質。為了加深學生對 SO2 的了解，筆者帶領學生進行了 SO2 的相關實驗。Na2SO3 和稀鹽酸發生反應可以生成 SO2，即

Na2SO3+2HCl=2NaCl+H2O+SO2↑

學生通過以上反應獲得 SO2 后進行實驗探究，發現 SO2 易溶于水，而且能夠使原來為紫色的石蕊試液變成紅色，說明它是酸性氧化物。筆者又讓學生將生成的 SO2 通入品紅溶液中，學生發現這時溶液褪色了。這一現象了說明 SO2 的漂白性。但是靜置一段時間后加熱，學生發現溶液的顏色又恢復為紅色。這是因為漂白反應發生后生成的物質不夠穩定，受熱易分解。這時學生回憶起來：“難怪我家的草帽現在都變黃了，當時肯定是用 SO2 漂白的，太污染環境了。”筆者繼續說：“是啊，我們剛才已經學到了 SO2 等酸性氣體對我們的環境會造成極大的危害，那我們實驗產生的污染氣體要怎樣處理呢？可以直接排放到空氣中嗎？”學生齊聲回答：“不可以。”然后筆者為學生準備了堿性溶液，學生也想到了，可以讓酸性氣體與堿性溶液發生中和反應，這樣它就可以被吸收而不會被排放出來污染空氣了。通過這一處理，學生也意識到了處理“三廢”的重要性。

對實驗產生的“三廢”的無害化處理是實驗的最后一個步驟，也是十分重要的一個步驟。這一步蘊含的化學原理可能并不復雜，但其滲透的“綠色化學”的理念將會對學生造成深刻的影響，也使環境得到保護。

五、開展模擬演示，替代高危

科技的發展使得化學實驗教學擺脫了試劑不足、有毒有害等的限制。傳統方式難以演示的化學反應，只需教師預置好實驗數據，即可由計算機進行模擬展示。學生在模擬操作的過程中即可觀察到相關的現象。

比如，在教學《氨? 硝酸? 硫酸》這一節時，筆者為學生講解了氨氣、硝酸、硫酸的化學性質。因為氨在工業中的廣泛應用，這一節在整個高中化學中有著比較重要的地位。而在這一節的內容中，氨的學習尤為重要，因為在對氨的學習中，學生可以復習可逆反應，N2+3H2=2NH3，這一反應正向逆向同時進行，可逆反應是高考中常出現的一類題;還可以復習氧化還原反應，氨氣和 Cl2 可以發生反應 3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2，氨氣中的 N 被氧化;而且可以為后續氨鹽等的學習打下基礎。此外，NH3 具有極易溶于水的物理性質，因此有一個非常典型的噴泉實驗。但由于氨氣有強烈刺激性臭味，且會破壞血紅蛋白的運氧功能，實驗對密封性要求極高。為了保證學生的人身安全，筆者利用 Nobook 虛擬實驗室為學生開展了模擬演示。學生可以通過鼠標對各個實驗器材如燒瓶、酒精燈等進行模擬操作，認真體會每個步驟，并且在正確的操作后可以看到明顯逼真的實驗結果，即在水與 NH3 接觸時引發噴泉。水中溶有酚酞，而氨溶于水生成氨水使酚酞呈現紅色，因此噴泉顏色為紅色。通過模擬實驗，學生在安全的情況下體會到了 NH3 極易溶于水的性質。

有許多危險的實驗受實驗環境、用品等的限制，的確不宜在高中課堂中進行。利用計算機開展的模擬演示實驗，則可以幫助學生對相關實驗進行初步理解和掌握，避免了危險，實現了“綠色化學”。

總而言之，“綠色化學”這一理念對環境保護具有重要意義。借鑒這一理念，不僅可以減少化學實驗教學中的污染，解決實驗的“三廢”問題，而且可以引導學生形成綠色環保的理念，注意在化學實驗中降低劑量、力求環保、注重安全、分解中和、替代高危。這對于學生的個人發展以及生態環境的整體發展來說，都具有重要的意義。

【參考文獻】

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【作者簡介】黃 媛，女，大學本科，中學一級，現就職于柳州鐵一中學，研究方向：中學化學課堂教學。

（責編 盧建龍）