绿色化学概论

一、绿色化学概论（一）绿色化学的兴起20世纪50年代以来，随着科学技术的飞速发展，社会生产力极大提高，人类的物质文明也高度发展。

然而，一系列的全球性问题也逐渐出现，环境污染，生态恶化，资源短缺等。

人们开始厌恶化学，害怕、逃避与化学挂钩的物质，在西方甚至还出现了Chemophobia (化学恐惧症)[1]。

其实这在理论上是荒谬的，环境污染的根本原因在于人们的环保意识。

化学贯穿于人类活动和环境作用的各环节中，“绿色化学”就是化学工作者在研究环保方法的过程中诞生的，是化学工作者献给环境的一份厚礼。

“绿色”不仅代表一种颜色，如今更赋予了它生产、生活、经济的内涵。

“绿色化学”这个名称首先在美国环保局的官方文件中出现。

1995年美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战计划”，于1996年颁布了第一届奖项[2]，同年，设立“总统绿色化学挑战奖”，以表彰在绿色化学研究中有重大突破和成就的集体和个人，从根本上杜绝污染。

由此，“绿色化学”广为流传。

（二）绿色化学的涵义绿色化学与环境保护两者都是为了保护环境提出的，但本质上却不同。

环境保护是采用化学手段治理已有的环境污染，是从末端治理，这种治理不仅会对资源和能源造成浪费，而且还可能带来新的污染。

而绿色化学是利用一系列原理来消除或降低化工产品生产及应用中有害物的使用及产生，而不是处理已有的污染。

绿色化学又称无害化学、清洁化学、环境友好化学、原子经济性化学等，即是用化学方法和技术减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生产环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。

绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质，不再产生废物。

它是一门从源头上阻止污染的化学[3]。

概括地说，绿色化学的目标就是最大限度节约能源和实现零排放，这也是其最大的特点。

(三) 绿色化学的研究任务绿色化学的研究领域主要是围绕化学反应、催化剂、溶剂和产品的绿色化等四个方面研究的，闵恩泽用下图[4]予以说明：→其研究的内容主要有：（1）开发原子经济性反应，通过研制新的催化剂，提高反应选择性，改进生产流程，把传统的反应过程改为原子经济性反应，是绿色化学研究的热点。

（2）改善化学反应条件，在无害无毒条件下进行生产。

传统的化学生产中所使用的溶剂和催化剂大多数都是有害有毒的，且对环境造成严重污染，如何使化学生产在无害无毒的反应条件下进行，是绿色化学关键部分。

（3）使用可再生资源作为化学生产的原料。

目前，几乎所有的有机合成产品都来自煤和石油，而这些资源储量有限。

用生物质或农业废弃物取代它们，其优点是既节约了资源，又消耗了废物，更突出的是所合成的聚合物具有生物降解的作用。

这是绿色化学的又一项战略任务[5]。

二、新课标背景下，实施绿色化学教育的必要性绿色化学的提出，为化学教育注入了新的活力，同时也为化学中的环保教育指明了方向。

普通高中化学新课程标准指出，化学已经成为材料科学、信息科学、能源科学、生命科学等领域的主要基础，并将绿色化学引入新教材，使绿色化学思想、绿色化学概念成为高中化学教学目标[6]。

在中学实施绿色化学教育的必要性如下：第一、生产化工产品和化学实验产生的废弃物都会对环境造成不容忽视的污染，随着环境问题日益严峻，人们已经在各自的社会活动中自觉调整行为，以达到人与大自然和谐相处的目的。

中学化学教育在这方面所起的作用尤为重要，中学化学教师应该在化学教育的整个过程中贯穿绿色化学教育。

第二、资料显示：全国数以万计的高校、中学化学实验每天都排放污染，这种“聚沙成塔”的污染成分复杂，累计效应强且容易被人忽视[7]。

随着教育事业的蓬勃，实验次数增多，如果不及时采取相应的措施，后果将不堪设想。

要预防污染，最关键应该是从小培养具有环保意识的人，这就需要将绿色化学思想贯穿于中学化学实验教育全过程。

因此，教师除传授知识和培养实验技能外，还应引导学生对化学实验的装置进行改革和创新，进行绿色化学实验。

第三、我们不仅要进行传统知识教育，还要进行科学素质教育，培养学生捍卫人类美好家园的责任感。

因此，在教育中体现绿色化学思想，是传播绿色化学理念、培养学生对社会和未来责任感和创新精神的需要。

总之，经济发展、社会生活呼唤绿色化学，而绿色化学的新思想也需及时向社会传播，只要广大学生具有了绿色化学的意识，他们就可以向家人及周围的人宣传，就可以逐步影响到大众。

以期达到提高全民的环保意识的目的。

三、化学新课程教学中实施绿色化学教育的措施（一）改进教材内容，让绿色化学滋润化学课堂1．充分利用教材资源，挖掘与绿色化学有关的内容对学生进行绿色化学教育的主要途径是课堂教育。

作为化学教师，应该精心钻研教材，努力找到与绿色化学有关的内容。

教材是教学过程的载体，在新教材（人教版）化学必修Ⅰ和必修Ⅱ中，涉及到的绿色化学知识点的内容包括：必修Ⅰ：第一章从实验学化学——通过实验切实了解材料、环境、绿色化学等问题。

第二章化学物质及其变化——简介氧化还原反应在工农业生产、科学技术和日常生活中的重要应用，了解并不是所有的氧化还原反应都能造福于人类。

第三章金属及其化合物——金属是不可再生资源，既要最大限度地提高它的利用率、挖掘它的潜力、开拓它的新功能，同时又要加强废旧金属回收再利用。

第四章非金属及其化合物——通过实验了解氯、氮、硫、硅等非金属及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。

必修Ⅱ：第二章化学反应与能量——认识人类解决能源危机、提高能源利用率和开发新能源等方面化学科学与技术所做出的特殊贡献，引导学生关心能源、环境等问题。

第三章有机化合物——了解生态环境的破坏与保护、燃烧的污染与治理、白色污染与综合治理、室内化学物质的污染与健康、煤的综合利用和开发、温室效应、人体营养与化学等内容。

第四章化学与自然资源的开发利用——了解高分子材料在生活等领域中的应用及可能带来的环境问题。

认识含硫、氮氧化物形成酸雨及其化学控制的原理，分析水华、赤潮等水体污染的原因[8]。

作为教师，应适时地向学生介绍绿色化学的最新发展动态，当今的学生不再只满足于书本知识，由于他们正处于一个信息爆炸的时代，接受的信息多，知识来源广，他们希望自己学到的东西是最新的，并对自己将来有用的。

所以，老师在教学过程中应多向学生介绍绿色化学发展的最新动态，让学生感到自己是与科学发展同步的。

在讲碳族元素时，可以向学生介绍CO2, CO2是人们较熟悉的物质，从人体呼出、植物吸收到温室效应等，但CO2作为绿色溶剂—超临界流体CO2[9]，却鲜为人知。

教师可以向学生多介绍一下这些在化学领域比较前沿的知识。

2．更新中学化学教学内容和教材设立，重视传播绿色化学教育思想前面已述及，目前的中学化学教材中已涉及到绿色化学知识，严格地讲，这都还不是绿色化学，只是传统的化学保护和防治。

绿色化学研究在我国刚起步，中学化学要起的宣传、普及作用尤为重要，教材设立方面，可选取国内外典型实例。

例如，氟利昂，众所周知，它对臭氧层的破坏极大，是美国一所化学公司生产的。

改公司现已研究出一系列替代品，可替代传统的氟利昂作制冷剂，而对臭氧层的破坏很小或没有[10]。

同样，也可以参考同行在绿色化学方面的进展进行教学。

比如，山东集宁师专的孙士仪对硝酸与铜的反应实验进行了改进[11]，又如，安徽师大的熊言林对溴苯的制备进行了改进[12]，均避免了有毒气体的外泄，污染最小，最节约原料。

（二）将绿色化学思想贯穿于化学实验中化学是以实验为基础的自然学科，实验教学是化学教学的重要组成部分，实验教学与绿色化学联系最紧密，也最直接，是渗透绿色化学最好的渠道。

现行中学教材中60% 的知识和技能是通过实验引入的[13]。

但现行教材中的实验只重视操作方便，而不顾及环保问题，这很不利于学生的身心健康发展。

因此，务必要用绿色化学思想对化学实验进行改进。

目前已提出了绿色化学实验的五“R”原则：Reduction-减量，Reuse-回收利用，Recycling-循环使用，Regeneration-再生，Rejection-据用（不用危险品）[14]。

旧教科书实验主要以传授知识、验证性质及培养实验技能为目的。

适应社会发展的实验教育应该从以下几方面进行改革：1．降低药品浓度，渗透绿色化学理念（减量）在化学实验中，学生经常不按要求量取药品，还有“用药越多，现象越明显”的错误想法。

但反应物的用量与环境污染的程度往往有直接的联系。

教师要指导学生用药量过多不仅可能影响实验效果，还会造成污染环境，实验中应按规定量取药品。

但现行教材中，有些实验指明了药品浓度，大部分实验并没有明确给出药品浓度，学生很难把握用量。

因此要用少量的药品取得良好的效果，要求老师对实验进行研究，寻找最佳方案。

比如，氯化亚铜制备方法的改进实验：在试管中依次加入3 ml 6 mol/L HC1、3 ml 1 mol/ L CuCl 2溶液和1 g NaCl固体,混合均匀后,溶液呈黄绿色。

再加人0.5 g铜粉,不停地摇动试管，约1 min后溶液的颜色消失。

停止摇动使多余的铜粉沉降下来,可见到溶液呈无色透明,将此溶液倾入盛有200 ml蒸馏水的烧杯中,立即得到CuCl 2的白色沉淀。

静置，使沉淀完全析出后，倾出上层清液，滤出沉淀。

与常规实验相比，既不使用浓盐酸也不进行加热，试剂用量少，操作简便快速[15]。

老师在实验教学中，应该尽可能多地探究药品的最佳用量，减少药品损耗，这是对绿色化学教育最好的渗透。

2．开发和推行微型实验微型实验由美国Mayo博士自1982年开始研究的一种新型的实验方法，由杭州师范学院化学系周宁怀教授带回国内的一个科研项目。

微型实验具有以下特点：仪器微小，价格便宜；用药量节省90%，节省费用；时间缩短，提高课堂效率；操作简便，安全无污染，可让学生回家利用课余时间做；实验现象明显，有利于教学有效进行[16]。

如以氯气的制备及性质的微型实验为例：【实验一】氯气的制备：在试管中加入少量KMnO4粉末，由废弃的注射器向试管中加入浓盐酸，反应立刻进行。

用排饱和食盐水法收集氯气。

现象：可观察到收集的黄绿色气体。

改进后的优点：装置简易，药品用量显著减少，现象明显；产生有毒的氯气量少，从而减少了环境污染。

【实验二】氢气与氯气迅速混合爆炸：在一个小酸奶瓶中，充入一半氯气一半氢气后，倒扣在玻璃片上，距离10 cm处点燃镁条。

现象：发生爆炸，塑料瓶被弹起。

改进后的优点：安全，环保，让爆炸实验也可以进入课堂[17]。

微型实验不是常规实验的简单缩小，也不是对普通实验的补充，而是在绿色化学思想的指导下，采用预防污染的新思路、新技术和新方法对普通实验的改革和发展，使用微型实验技术，可将污染将至最低。

3．优化危险实验，增加吸收装置现行化学教材中许多实验过程中会产生种种污染。