化学实验中的绿色化技术

化学实验中的绿色化技术
摘要绿色化技术是新课程化学实验倡导的实验技术之一，但是使用现有的仪器使化学实验技术绿色化显得力不从心。

为此，我们研制了一些装置，并从实验前的准备、实验的实施和实验产物的处理3个阶段对化学实验绿色化技术进行了探索，为开展绿色化学实验和改进实验仪器提供了思路。

关键词绿色化技术改变转移方式微孔滴瓶密封装置过滤排风
在近些年的新课程化学实验教学改革中，化学实验绿色化已经成为热点问题之一。

所谓化学实验绿色化是指在化学实验中选用安全、无害的化学试剂，尽量减少试剂的用量来获取所需要的信息，并使实验产物绿色化［1］。

对于一些有毒有害的化学实验还要采用绿色化技术，使实验过程对实验场所及其周围环境的污染降低到最低限度。

目前，人们普遍认同：化学实验绿色化主要包括化学实验的绿色化设计、微型化仪器和绿色化技术3个方面。

20世纪90年代中期以来，国内外学者和广大化学教师在微型化学实验研究中取得了丰硕的研究成果。

与此同时，化学实验绿色化设计工作也有若干成果出现。

然而，专门讨论“绿色化技术”方面的文章尚不多见。

为此笔者将中学化学实验绿色化技术研究工作整理出来与同行们交流，以期推动此项研究的深入开展。

在一些具体的化学实验过程中采用绿色化技术，这是一个令人感兴趣的问题。

为了表述方便，我们把一个完整的实验过程分为3个阶段：①实验前的准备；
②实验的实施；③实验产物的后处理。

只有在化学实验的每个阶段都采用了绿色化技术，化学实验全过程都不污染环境（或极少污染），才能称此类化学实验的技术为绿色化技术。

我们的研究工作如下。

1 在转移化学试剂过程中尽量减少或消除试剂的挥发
实验者用传统方式转移液态试剂的时候，通常采用直接倾倒的方式。

当转移那些易挥发且有毒有害化学试剂的时候，不但会造成一定量试剂的损失，而且严重地污染了实验场所及其周围的环境（图1所示）。

即使改在通风橱内操作，也只是有毒有害物质的转移，而不是绿色化学倡导的预防或消除的办法。

我们试用了2种转移液体试剂的绿色化装置：
（1）挤压式装置
此类装置是通过外部施压进行试剂转移的，所以称为“挤压式装置”。

其中一种由软质塑料瓶和单孔塞构成（可由塑料洗瓶改制而成），内置一段导管L（图2所示），平时用外盖B封严。

使用时取下外盖，在A处接一段弯管。

由于器壁可以受压变形，所以只要用手轻轻挤压器壁，试剂就被挤压出来。

另一种由玻璃容器和加压塞构成（图3所示），它类似于盛放洗手液的容器。

当需要转移某液体试剂的时候，只要从顶部轻轻施压，试剂就可以被源源不断地转移出来。

这2种装置使试剂的转移挥发度减至最低，且十分安全。

（2）微孔滴瓶
所谓“微孔滴瓶”就是在细口瓶的瓶口处内嵌一个凹形塑料盖，凹盖中央有一小孔，孔内刚好插入一支拉制好的塑料多用滴管颈。

由于多用滴管的颈很细，粘附的试剂极少，所以极大地减少了试剂的挥发；凹盖中央的园孔比起滴瓶口来也可以忽略不计，因此，瓶内的试剂基本上不会挥发出来，所以它也能极大地限制有害试剂的挥发。

此装置的应用在重庆市涪陵区中学化学教师实验技能培训班上受到欢迎。

（3）抽取式装置
这类装置由一个玻璃瓶和2支注射器构成（图4所示）。

瓶内储存试剂，瓶口用胶塞儿密封。

C为一支注射器针筒。

根据需要可在针筒内放置脱脂棉、泡沫塑料、干燥剂或还原剂等，以防止瓶内的试剂扩散、变质。

D为一支拔去针头、套上一段细导管（导管有很好的化学稳定性）的注射器。

将其活塞儿向上提拉，瓶内的试剂就可以被吸入注射器内，再转移到有关容器中。

这种转移方式基本上也克服了传统转移方式的弊端。

2 挥发有害物质的化学反应在完全密封状态下进行
在传统化学实验中，一些产生有毒有害物质的化学反应通常是在敞口容器中进行的。

例如，浓、稀硝酸与铜片的反应，通常使用普通试管。

挥发出的NO2、NO不但污染环境、有害健康，而且造成实验者心理恐慌。

如何防止或减少有毒有害物质在化学反应中的挥发也是化学实验绿色化技术必须解决的问题。

我们在研究工作中除了借鉴传统实验的密封装置之外，还寻找或开发了几种装置，可以防止或减少有毒有害物质的挥发：
（1）注射器和多用塑料滴管
注射器具有良好的密封性和容积的可调性，不但在转移化学试剂中发挥了很好的作用，而且在化学反应发生的过程中，也能发挥其独特的作用。

例如，浓、稀HNO3与铜片反应的实验、制取Fe(OH)2的实验，如果在注射器中进行，则实验效果和现象都十分理想。

多用塑料滴管是一种微型化学实验仪器，物美价廉。

有些实验也可以在多用塑料滴管中（与井穴板配合使用）进行。

（2）利用常规仪器重新组装密封装置
在进行某些实验时，如果常规敞口容器不能满足要求，应重新设计实验装置，使实验技术绿色化。

例如，在我系06级学生的“硫酸亚铁铵的制备”实验中，传统做法是把铁屑与稀硫酸放入锥形瓶中，然后在水浴上加热。

由于铁屑中含有很多杂质，所以在加热过程中挥发出的有害气体使学生们咳嗽不止。

我们只在锥形瓶口系牢一个小塑料袋，有害气体就被限制并溶解在塑料袋内的蒸气里。

实验室内空气清新如初，颇受学生欢迎。

当进行H2S与SO2两种气体之间反应的实验时，可以选择一个广口瓶，内置2个青霉素小瓶（也可以用医药包装板上的小凹穴代替小瓶），小瓶内分别放入FeS和Na2SO3，由顶部分别向2个小瓶内滴入稀盐酸，产生的H2S和SO2立刻在瓶内发生反应，而丝毫不会泄漏出去（图5所示）。

实验结束时再滴入少量NaOH溶液，清除瓶内可能残存的有害气体。

（3）微型实验室
当我们找不到十分理想的绿色化学实验装置的时候，还可以把有毒有害实验放到“微型实验室”里去操作。

所谓“微型实验室”实际上是一个没有底儿的长方体玻璃罩，使用时将其扣在一块水平的橡胶桌面上（图6所示）。

“微型实验室”的两个侧面E、F和背面G各设有一个圆孔，供实验者将手伸进和退出。

当实验者的手退出罩外之后，圆孔自动封闭。

在微型实验室顶面也有一个圆孔(黑色的)。

并且在圆孔内置入一个网状圆盒，盒内置一块海绵，海绵上浸有可以吸收有毒有害气体的溶液（一般为酸、碱溶液），这样有毒有害气体就被控制在“微型实验室”内，实验后向“微型实验室”内鼓风，消除所有的毒害气体。

3 实验产物的无害化处理
教学中的化学实验与化工企业的生产不同，它的目标不是为了获得一定量的产物，而是通过产物获得某些信息。

所以在获得所需要的信息之后，实验产物就是“废弃物”。

从这个意义上讲，化学实验是生产“废弃物”的过程。

因此，化学实验产物的处理是绿色化学实验中的重要环节。

如何对实验中的“废弃物”进行处理呢？我们认为有以下几种途径：
（1）综合利用
在绿色化学实验研究中我们发现：在某些情况下，一个实验的产物可以作为另一个实验的原料［2］。

因此抓好实验产物的综合利用、收回重用、循环使用是一条重要的途径，也是实施绿色化学实验的一条原则。

综合利用的范围可大可小，可以在校内进行，也可以在校际之间进行，甚至可以在大、中学校之间建立综合利用的渠道。

例如，大学有机化学实验中合成的甲基橙为什么不可以作为中学化学实验中的酸碱指示剂呢？总之，综合利用是实验产物处理中首先需要考虑的重要途径。

（2）内部消除与过滤排风
在实施绿色化学实验中，首先要考虑内部消除，即把有毒有害气体尽量消除在反应器内或微型实验室里；其次是“过滤排风“。

所谓“过滤排风”就是在排风口处加装一个过滤装置，将有毒有害气体吸收，使排出的气体变成清洁的气体［3］。

这也是一项新的绿色化技术。

（3）无害弃置
对于在其他实验中不能综合利用的实验产物，应将其进行无害化处理后再排放，可称之为“无害弃置”。

无害化的方法很多，近些年出版的书籍中多有介绍，不在此处赘述。

以上，我们对化学实验过程中的每个操作步骤都实施了绿色化技术，并在“中学化学实验研究”课程中进行了试用。

学生们的实验环境与原来相比发生了很大变化，室内空气清新，操作轻松有序。

化学实验不再是令人生畏、讨厌的活动。

学生们的绿色化学理念进一步树立起来。

我们相信：随着绿色化学实验技术的采用，它的优越性将会不断地显现出来。

参考文献
［1］刘知新.化学教学论.第3版，北京：高等教育出版社，2004:184─184［2］张庆云.化学教育，2000，（5）:33
［3］郑长龙.化学实验教学论.北京：高等教育出版社，2002:226。