低碳環(huán)保理念在無機及分析化學試驗中的應(yīng)用

李燕中，鄔學清，吳亞麗，金 宏

（1.集寧師范學院 化學與化工學院，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)礦土土質(zhì)改性及綜合利用重點試驗室，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000）

目前，全球氣候變化嚴峻，低碳環(huán)保理念得到了更多的關(guān)注。人民日報在2021年4月發(fā)文[1]：力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。這是黨中央經(jīng)過深思熟慮做出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體。為此不僅是各行各業(yè)的工作人員要積極努力，每一位公民也要盡己所能去貢獻自己的智慧，以身作則去參與行動。

我校是師范類院校，目前在校大學生將來有相當一部分人會從事中小學的教學工作。通過在校期間培養(yǎng)學生的低碳環(huán)保理念，在無機及分析化學試驗中通過實踐環(huán)節(jié)，結(jié)合工作以及生產(chǎn)需求，培養(yǎng)學生的全局思維，多創(chuàng)造機會提升學生的統(tǒng)籌安排能力，提高動手能力，幫助他們走向工作崗位后，快速適應(yīng)工作要求，減少摸索試錯的代價。并能夠把低碳環(huán)保理念貫徹在自己的教學、工作、生活中，培養(yǎng)出更多有低碳環(huán)保理念的學生，給越來越多的學生和家長們帶來積極影響。無論是工作還是生活中，注重低碳環(huán)保理念，給社會帶來正向的引導作用，為國家實現(xiàn)低碳目標、為保護地球家園貢獻一份力量。

在我校，無機及分析化學試驗課程不僅為化學相關(guān)專業(yè)開設(shè)，生命科學的相關(guān)專業(yè)也開設(shè)了該課程。教材選用南京大學無機及分析化學試驗編寫組編制的《無機及分析化學試驗》[2]，根據(jù)教學大綱，有個別試驗內(nèi)容來自周朵等編著的《無機化學試驗》[3]。把低碳環(huán)保理念運用在無機及分析化學試驗中，可以從源頭開始落實，進行統(tǒng)籌安排，從試驗安全規(guī)則的注重、試驗內(nèi)容的設(shè)計規(guī)劃、試驗先后順序的安排、生成物的再次利用，以及試驗材料邊角料等進一步再利用，都能起到一定的作用。

1 要端正態(tài)度，嚴格遵守試驗室規(guī)章制度與安全操作規(guī)程

教育學生要端正態(tài)度，課前預習，做試驗過程中認真細致，試驗結(jié)束后規(guī)范整理試驗臺，總結(jié)試驗設(shè)計以及操作過程中的經(jīng)驗教訓，能防患于未然，避免很多事故的發(fā)生。學生進行化學試驗，很多儀器都是玻璃制品，不認真細致，很容易打碎玻璃儀器，不僅易造成自身受傷，還加大了儀器損耗。在第一節(jié)課程就進行化學試驗規(guī)則和安全知識的教育，讓同學了解化學試驗的安全規(guī)則。化學試驗涉及的危險因素有危險化學品、高壓、高溫等，如果不遵守試驗操作規(guī)程，很容易發(fā)生事故，造成學生的人身傷害和試驗室財產(chǎn)損失。所以必須要把安全放在第一位，以預防為主，防止試驗事故發(fā)生[2]。還要注意消防設(shè)施的使用培訓，比方說防火栓，確保讓每個同學都知道它的正確使用方法。有的試驗有引發(fā)火災(zāi)或者爆炸的風險，務(wù)必要讓學生清楚并掌握相應(yīng)的處理方法，一旦發(fā)生危險，能夠第一時間在自身安全的前提下迅速展開處理，防患于未然，把所有的隱患盡可能地排除。

2 統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計試驗方案，實現(xiàn)物料充分利用

1）將可再次利用的試驗產(chǎn)物用作另外一個試驗的原材料，循環(huán)利用。全局思維既可避免每次試驗后剩余溶液、固體丟棄造成的浪費，還能節(jié)省其他試驗需要準備的相應(yīng)物資開支。在這個試驗設(shè)計理念下，讓學生全程參與進來，能鍛煉全局統(tǒng)籌安排的能力，全方位思考在化學試驗設(shè)計、試驗方案實施、試驗剩余材料后續(xù)再利用的一系列關(guān)聯(lián)內(nèi)容。

例如硫酸亞鐵銨制備試驗的產(chǎn)物硫酸亞鐵銨，經(jīng)回收后，可以用于設(shè)計鐵的比色測定試驗方案。由于在pH為3～9的水溶液中，亞鐵離子與鄰菲咯啉生成穩(wěn)定的橙紅色的[Fe（C12H8N2）3]2+，因此利用它來比色測定硫酸亞鐵銨中亞鐵的含量[2]，不需要再加鹽酸羥胺溶液，可以測出吸光度并從標準曲線上查出相應(yīng)Fe2+的含量。

在氯化鈉的提純試驗中，可以把回收的氯化鈉再利用，用于制作下一個班級或者下一個年級學生做氯化鈉提純試驗的原材料，實現(xiàn)了試驗物資的重復利用。還可以進行試驗設(shè)計，將提純的氯化鈉再次利用。比如在大學生畢業(yè)設(shè)計中，設(shè)立一個論文題目就是氯化鈉中Cl-含量的測定，就用到了以往氯化鈉提純試驗中回收的氯化鈉。試驗中回收的氯化鈉，還可以用于學生畢業(yè)設(shè)計題目中，比如針對北方冬季寒冷下雪結(jié)冰時期長，用于制作快速融雪劑的研究工作中。

在溶液的配制試驗中，有一項試驗內(nèi)容是配制0.1mol/L的醋酸溶液[3]。疫情期間我校采取錯峰上課方案，每個班分兩組，每組10個試驗臺，將每個班配制好的醋酸溶液收集起來，進行標定。正好用作另外一個醋酸解離平衡常數(shù)測定試驗里面的醋酸溶液。除此之外，此回收的醋酸溶液還可以用于畢業(yè)設(shè)計課題干旱鹽堿地土壤改良劑的配方研發(fā)，以嘗試改良當?shù)馗珊蝶}堿地，使土地更適合植物生長。

第二項試驗內(nèi)容是粗略配制50mL濃度為3mol/L的硫酸溶液，回收整個班級配制好的硫酸溶液，可以稀釋成氯化鈉提純試驗中需要用到的2mol/L的硫酸溶液，以及用于硫酸亞鐵銨制備試驗中需要的3mol/L的硫酸溶液，還可以用于過氧化氫含量的測定（高錳酸鉀法）。除此之外，在科研項目和大學生畢業(yè)設(shè)計題目中，探討高嶺土的改性處理，采用硫酸改性處理高嶺土時，也用到了3mol/L的硫酸溶液酸化高嶺土。還有一項試驗內(nèi)容是用硫酸銅晶體粗略配制得到0.2mol/L的硫酸銅溶液，回收該硫酸銅溶液，可以用于間接碘量法測定銅鹽中的銅試驗所需硫酸銅。

趙樺萍等[4]嘗試把學生上完試驗課后剩余的 NaOH溶 液、HCl溶 液、EDTA、KMnO4溶 液、Na2S2O3等溶液統(tǒng)一收集起來，用于其他班級學生做試驗時繼續(xù)使用，避免不必要的試劑浪費，也節(jié)約了試驗經(jīng)費。

2）耗材邊角料的充分再利用，避免浪費。在氯化鈉的提純試驗、硫酸亞鐵銨的制備試驗、葡萄糖酸鋅的合成及組成測定等試驗中，有需要抽濾的環(huán)節(jié)，會用到布氏漏斗，用布氏漏斗抽濾使用的濾紙可以用大張濾紙按照布氏漏斗的內(nèi)徑去裁剪，多余的邊角料可以收集起來用于醋酸標準解離常數(shù)和解離度的測定試驗。當用酸度計測量溶液pH時，用去離子水清洗完玻璃電極，再用之前收集的濾紙邊角料蘸取多余的水分，可以節(jié)省濾紙用量。

3 滿足試驗?zāi)繕说那疤嵯拢瑴p量使用物資，合理節(jié)約開支

要節(jié)約使用藥品、水、電和煤氣，要愛護儀器和試驗設(shè)備。在試驗中用到pH試紙粗略測定pH時，可以將整本的pH試紙，橫向剪成三等份，測量時用玻璃棒蘸取待測液滴到剪小的pH試紙段上，再與比色卡進行對比，可以節(jié)省pH試紙，減少試驗室廢棄物的產(chǎn)生量。

另外一種低碳理念就是在做設(shè)計試驗的時候，取用少量的原材料就能達到試驗?zāi)康暮鸵?，可以盡量降低原材料的消耗。將部分常規(guī)試驗改為微型試驗，如微型試驗制備硫代硫酸鈉[5]，減少了試劑消耗，水電開支，不僅有效降低了試驗成本，還降低了人員中毒危險，減少試驗過程中發(fā)生燃燒、爆炸的風險，提升了試驗安全性[6]。

比如氯化鈉的提純試驗中，在教材中粗鹽原料是使用10g粗鹽，經(jīng)過重復實踐，發(fā)現(xiàn)5g粗鹽也可以達到試驗效果，還可以節(jié)省蒸發(fā)時間，減少濃縮時用于加熱的酒精燈內(nèi)酒精的消耗。硫酸亞鐵銨的制備試驗中，王永明嘗試用半微型試驗，將教材上使用的2g鐵屑用0.5g廢鐵絲代替，反應(yīng)物用量僅為常規(guī)試驗用量的20%左右。不僅節(jié)省了試劑用量，節(jié)約開支，還縮短了反應(yīng)時間[7]。

4 合理處置試驗產(chǎn)生的廢棄物，能回收利用的及時處理

試驗產(chǎn)生的廢棄物相對較少，主要是固體原料、生成物以及用完的塑料或者玻璃試劑瓶等，根據(jù)材質(zhì)的不同，分門別類單獨處理。對于普通固體廢物，只能丟入廢物缸里，集中處理，不得丟入水槽，以免水槽堵塞。有毒性或腐蝕性的化學廢液和廢渣，要分類收集在指定的容器中，以便集中處理。

黃志遠探討了對人體和環(huán)境有危害的金屬汞散落在試驗室的處理方法。金屬汞中毒常以汞蒸氣的形式引起，需要及時清理，由于其具有較大的脂溶性，擴散性強，易通過呼吸道進入肺泡，經(jīng)血液循環(huán)運至全身。而血液中的汞進入腦組織后，逐漸積累，當汞達到一定量時，就會對腦組織造成損害。用滴管或者經(jīng)硝酸汞等酸性溶液浸泡過的銅絲銅片等將汞收集到容器中并用水覆蓋。對于難收集的汞珠，可以用硫粉撒在汞珠表面形成毒性較低的硫化汞，再去清理[8]。

針對試驗室廢棄物處理方法的探索，可以充分調(diào)動學生的積極性和主動性，探索回收利用有價值的物質(zhì)，變廢為寶，不僅引導了學生的研究興趣，還進一步鞏固了所學知識，有利于培養(yǎng)學生的科研興趣和動手能力。

例如在化學反應(yīng)速率與活化能的測定試驗中，用到碘化鉀溶液，而該試劑價格昂貴，在常規(guī)試驗中，碘留在廢液中被丟棄，不僅造成資源的浪費，還會引起環(huán)境問題。周立敏等指導學生從廢液中回收碘化鉀，能減少環(huán)境污染，重復利用物資，又培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神[9]。

申麗華提出可以分別單獨收集酸性廢液和堿性廢液，之后混合，用酸堿中和反應(yīng)處理，最后調(diào)節(jié)廢液至pH為中性后再排放[10]。這種處理方法可以避免單獨排放酸性廢液和堿性廢液時，溶液對管道的腐蝕和水體的污染問題。

在硫酸亞鐵銨的制備過程中會溢出難聞的氣體，反應(yīng)過程中會有H2S和PH3等有毒有害氣體產(chǎn)生，對于如何減少或消除刺鼻性的氣體排放，減少試驗室空氣污染，不少教師和研究人員進行了探索。董志強等用廢鐵屑做原料，探討了在通風櫥中利用電熱板加熱啟動反應(yīng)[11]，200℃電熱板快速加熱5min，馬上關(guān)掉電熱板，之后反應(yīng)靠電熱板余熱以及反應(yīng)釋放的熱量繼續(xù)進行。由于不需要持續(xù)加熱，水分不會過多揮發(fā)，不必再補充水分，因此不需要打開通風櫥的門，也就不會有氣體逸出通風櫥。蔡吉清等用污染較小的鐵粉，采用試劑小量化方法，減少了有毒有害氣體的產(chǎn)生，減輕了試驗室空氣的污染[12]。

5 結(jié)束語

通過低碳環(huán)保理念在無機及分析化學試驗中應(yīng)用的實踐探索，有效培養(yǎng)了學生的探索精神。在每次試驗時，引導學生思考該試驗過程有哪些可以改進的地方，產(chǎn)生了哪些廢物，哪些物質(zhì)是有毒有害物質(zhì)，可以通過什么樣的處理方法來減少環(huán)境污染，進而對試驗涉及的內(nèi)容延伸探索，不僅加深了對所學理論知識的認知，加深對物質(zhì)屬性的認識，還提高了學習積極性，主動去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

教育學生要端正態(tài)度，嚴格遵守試驗室規(guī)章制度與安全操作規(guī)程，規(guī)避可能的任何安全風險，在實踐中學習統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計試驗方案，不斷完善，盡可能實現(xiàn)物料充分利用。并在滿足試驗?zāi)繕说那疤嵯拢瑴p量使用物資，合理節(jié)約開支，同時嘗試運用專業(yè)知識，探索處置試驗產(chǎn)生的廢棄物的合理方法，提高回收利用率。經(jīng)過不斷訓練，學生就會形成低碳環(huán)保思維，運用到自己的學習、工作和生活中。隨著他們將來踏上教書育人的工作崗位，也會引領(lǐng)自己的學生們在工作生活中貫徹低碳環(huán)保理念，為國家的低碳目標和人類美好的生存環(huán)境做些力所能及的事情。