高中化學環保創新實驗的開發與應用

徐建東

摘 要：化學實驗是化學教學和未來考核中的重要組成部分。進入高中階段后，化學實驗的內容和復雜程度都在提升，涉及的各類化學制劑也在增加，這對于化學實驗室環境的影響也相應的加大。在當前綠色環保理念主導下，教學改革中納入環境保護原則也是理所當然。因此化學實驗要圍繞環保這一關鍵性目標進行不斷的創新，在化學實驗資源有效開發、合理應用以及對學生的科學引導上下功夫，真正實現化學實驗污染減量化、環境友好化、操作規范化的總體教學目標。

關鍵詞：高中化學;實驗教學;環保創新;高中生視角

高中化學課程體系中，化學實驗是必不可少的。化學實驗是實踐性的操作，必然會需要各類的化學資源，而很多的化學反應都會對環境造成影響，有些甚至會破壞原有的生態環境，影響人體健康。因此化學教學中應當融入環保的理念，改變原有的化學實驗教學模式，從化學實驗資源的高效開發和循環使用、需求綠色環保型的化學實驗保護措施，以廢物利用、低耗排放、廢棄物治理廢棄物等好的觀念和實際探索方式為主，通過開展課題創新與實踐探究，形成一套具有特色、可操作性強的環保創新化學實驗教學資源庫。

一、高中化學環保創新實驗課程的開發要點

開展化學實驗環保創新工作，重點要以教材為核心，圍繞考核的方向和要求，在充分了解學生當前的化學基礎和環保認識的基礎之上，深入分析傳統化學實驗過程中存在的難點和堵點，特別是在化學實驗的環保方面存在的不足與短板。應當堅持以問題為導向，以綠色環保理念創新為引領，重點做到以下幾項工作。

（一）整理高中化學教材和考試大綱中關于在環境保護、資源回收利用、化學廢棄物治理和相關化學實驗資源高效利用方面的重點內容，形成專項的研究課題，在學生中間開展專題教學，在強化學生應試知識掌握的同時，也增加他們對化學實驗環保創新的理念意識、想法和經驗。通過案例或者實驗問題解決教的形式，讓學生可以在未來的實驗當中去主動地探索在確保實驗效果的基礎上如何更好地實現環保的目標，形成新的思路、方法，從而提升個人的化學實驗環保創新能力。

（二）做到創新理念宣導與具體的實驗實踐相銜接，在實際的實驗操作過程中，教師帶領學生一起去分析當前的實驗程序、實驗設備、使用規則上是否存在一些與環境保護理念不相符的問題，并結合個人的生活經驗和平常網絡、書本等其他渠道獲得的知識，提出改進的想法和建議。鼓勵學生在確保安全的前提下，課外嘗試對一些環保實驗的創新理念開展嘗試和驗證，向學生和教師及時分享結果與反思。

（三）持續的開發環保實驗資源，開展環保創新實驗的講座，把當前成熟的環保實驗模式、流程向同學們進行詳細地介紹。

（四）要對教材中的實驗進行深入的剖析，特別是針對具有低碳、節能、綠色概念的實驗題目，做好更加全面的導入和講授。教師可以嘗試運用導學案模式，先從實際問題入手，讓學生了解當前的實驗模式存在著怎樣的弊端，負面的影響有多大，這樣才會提升對開展環保實驗創新的重視程度，才會積極主動地投入相關的探索和學習中去。

（五）圍繞實際的化學實驗項目，對其使用的化學試劑、實驗設備設施、實驗方法開展能耗和污染的分析，加強環保實驗設備和實驗方法的探索創新，借鑒好的實驗模式，引進效率更高、污染更低的實驗設備，以提升實驗的環保程度。

二、高中化學環保創新實驗的重點應用方法措施

（一）實驗廢棄物科學再利用

很多化學實驗在原有的設計方案中，大多是在經過簡要的包裹或者除害后，當作廢棄物處理掉了。但是其中有很多的廢液殘渣是具有一定的再利用價值的。比如：在蘇教版教材中關于氯氣制取實驗中，反應結束后留下的二氧化錳，如果直接廢棄的話，可能會造成資源的浪費，更重要的是會對周圍的環境造成破壞。針對此種情況，就可以考慮是否可以利用強酸再次與其發生反應，產生氫氣，這樣可以實現其功用的二次發揮，從而提升它的利用效率。一方面能夠減少后續處理回收的成本[1]，另一方面對環境來說，污染的負擔相對減輕了。同時還有很多已經形成的廢棄物是可以經過簡單加工處理后進行回收的。比如：在二氧化硫的轉換實驗中，可以用氧化鈣代替其吸收劑，從而轉換為污染較小的排出物。利用化學性質的轉變來開展試驗過程中的廢棄物的二次利用，比如：可以把廢棄的化學性質未發生改變的易拉罐作為一些鋁質材料應用于化學實驗，以代替從市場中直接購買相應的鋁材，比較常見的就是鋁的氧化反應，在氧氣中燃燒，形成氧化鋁的實驗操作。

（二）實驗材料的循環利用

學生在化學實驗中不僅會用到純水、酒精等基礎性的資源能源，也會使用很多的試紙、試劑、化學原材料等資源。在實驗的過程中，教師應當全力普及節約理念和節約意識，讓學生關注到在實驗過程中如何從細節處做到材料資源的節約，包括了水的高效利用和循環使用，化學試劑的減量使用，對化學實驗廢棄物的有效回收利用。在這一過程中應當積極鼓勵學生去嘗試新的方法能夠讓廢液廢棄固體重新發揮效能，實驗設備的重復使用等。比如：蘇教版教材中有些實驗會用到氯化鐵和硫氰化鉀等物質，其回收的液體就能夠反復利用。還有在教材中關于強堿弱酸鹽的化學性質測定實驗中，用到了醋酸鈉溶液，觀察分析其水解的性質影響，可以把醋酸鈉晶體放到原有的試管中去，可以讓全年級的學生在做同類實驗時共享這些材料。這樣的細節處理措施，一方面可以高效地滿足化學實驗課中的很多試劑需要，更能夠實現多次循環利用，更加符合綠色環保實驗的理念[2]。

（三）積極嘗試運用新型化學實驗材料

化學實驗中，盡可能地找到一些替代品，來取代那些對環境污染嚴重，對人體和動植物有危害性的化學實驗材料，并且不斷創新材料的使用方法，以便更好地開展相關實驗，保護實驗室和周邊環境，更保護師生的身體健康。以經典的制氧實驗為例，通過高溫加熱高錳酸鉀和氯酸鉀都可以產生氧氣，不過其發生分解反應后生成的其他物質具有一定的污染性，需要花費一定的成本去進行處理后再行排放。所以有些國家就嘗試更加環保節約的制氧試驗，比如：可以通過電解水的方式使其分解為氫氣和氧氣，這樣的分解產物對環境都是無害的，不過應當在實驗的便利性和可操作性上下功夫。國內的部分教材也在探索將這種方式作為操作性實驗之一。

（四）不斷推動實驗小型化簡約化

小型化微型化的實驗主要有這幾個特點，包括了原料使用減量化、實驗設施的微型化等，這樣投入的原料越少，那么未來排除的污染物當量就會越小，也會節省一定的實驗時間，提升效率。而小型的儀器則可以更好的控制和操作，耗能也會相對降低，這完全符合化學實驗環保創新理念。微型化實驗當前已成為了高中化學實驗教學中創新改革的一個方向，它的實際所需量耗用成本通常是一般傳統實驗的百分之一，而設備與能源的消耗也會壓降一半以上[3]，這些顯著的優勢應促使它將會逐漸地替代原有的高耗能、高污染的傳統化學實驗。

三、從學生角度看提升化學實驗創新素養的具體措施

（一）不斷增強學生的實驗環保創新理念

以教材為核心，通過教材內大量的實驗案例入手，把之前已經向學生傳導的“廢棄物再利用”“環保節能”“循環高效實驗”的相關理念，融入具體的實際操作中。學生經過實踐的感知和體會，對于實驗環保創新的認識也更加深刻，對于如何踐行也有了較為明晰的路徑，從而在以后的實驗中身體力行地去把細節的環保理念做到實處，這樣日積月累，才能逐步地養成環保實驗的習慣，形成良好的環保創新的素養，強化環保實驗的應用能力。

（二）相關化學實驗實例分析

以從蘇教版教材中關于氧化還原反應的相關實驗為例來說。氧化還原反應是高中無機化學中的一個重要章節，其中有個最為常見和經典的實驗就是一氧化碳與氧化鐵發生的氧化還原反應。在該項實驗中，教材中提到為了防止剩余的一氧化碳和反應產生的二氧化碳會進入環境和人體內，造成一氧化碳中毒，所以要用一個塑料袋來罩住排氣口，讓其進入并密封收集。但是實際情況是一氧化碳是要連續不間斷地從玻璃導管中通過，流速和流量控制難度大，這樣的話就容易使得塑料袋因為大量氣體涌入而產生破裂，有毒的一氧化碳氣體就會跟著散入空氣當中去。或者塑料袋在收集一定程度后，同樣也要把一氧化碳釋放到空曠地域造成一定的污染。如何從根本上解決這一問題呢？這時教師就要引導學生去在分析一氧化碳的化學性質，一氧化碳在化學工業中的污染處理方法就是利用了它易燃燒的特性，所以可以架設一套讓一氧化碳燃燒的實驗裝置，將其通過導管再引到酒精燈的噴口處，使其充分燃燒后，形成了沒有毒性的二氧化碳，這樣即使沒有徹底地做到減排，但是很大程度上減少了實驗的污染性。此外這種做法可以讓一氧化碳作為廢棄物實現再利用，燃燒產生的熱能可以進一步地催化還原反應[4]，讓氧化鐵更快地被一氧化碳還原，提高了實驗的速率，并且會減少能源和材料消耗。

在實驗進行過程中，教學理念要更新，教學方法更要不斷地探索創新。比如：在毒性較大的一些實驗當中，可以嘗試運用混合法來把需要多次展開的實驗整合成為一次，這樣污染的控制與處理就會更加容易。如在鈉在氯氣和銅在氯氣中燃燒為例，二者都會用到氯氣，因為氯氣是有毒氣體，因此可以讓二者的實驗歸并，把光潔的銅絲插入到小塊的鈉單質中，中途注意要把鈉周邊的氧化成分清除干凈，而后再把鈉放在酒精上灼燒，待其幾乎熔化后快速伸入到氯氣中，并及時觀察其燃燒現象。這種方式就會在很大程度上減少了氯氣污染環境的概率，體現了實驗環保性的理念。

結束語

由此看來，在未來的化學實驗教學改革當中，把環保創新的理念和方法引入其中并不斷地強化完善是其重要的改革方向之一。它在減少污染物排放，提升化學實驗效率，壓降化學實驗成本，激發學生獨立思考和創造力方面都有著極為關鍵的推動作用。所以科任教師應當加大教學創新和探索力度，把環保創新做實做好。

參考文獻

[1]張紅，任淑霞，馬志廣，等.融入綠色環保理念的物理化學實驗綜合設計[J].實驗技術與管理，2018，35（06）：54-56+72.

[2]管俊峰.環保意識在高中化學實驗中的滲透探研[J].成才之路，2018（18）：80.

[3]陳蒙.綠色化學與環保理念推進大學化學實驗教學[J].化工管理，2017（34）：36-37.

[4]竺凌.高中化學環保創新實驗的開發與應用[J].實驗教學與儀器，2016（S1）：170-171.