如何在中学化学实验中体现绿色化学理念

如何在中学化学实验中体现绿色化学理念
摘要：在中学化学教学中，特别是实验教学中渗透绿色化学的理念，既是现代社会的要求，也是培养学生的环保观念的有效途径。

本文探讨了中学化学教学中实施绿色化学实验的意义，绿色化学实验的设计理念，绿色化学在中学化学实验中的几种改进途径。

通过微型化学实验、降低药品浓度、循环使用药品、改进实验装置、规范处理废弃物、现代信息技术应用这些途径；既达到了绿色化学的要求，也很好地提高了中学实验演示的效果。

关键词：绿色化学化学实验改进途径
1．绿色化学的界定
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

绿色化学是设计研究没有或只有尽可能少的环境负作用，并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程。

包括原料和试剂在反应中的充分利用（原子经济性)，它是实现化学污染防治的基本方法和科学手段，是一门从源头上阻止污染的化学，绿色化学适用各种化学领域。

绿色化学已成为国外企业、政府和学术界的重要研究与开发方向。

我国在绿色化学方面的活动也逐渐活跃。

重大的绿色化学研究成果不但是科学文献，也将进入教科书，走进我们的生活。

这种预防化学污染的新理念和新实践正日益被人们认识、接受和重视。

要预防化学污染，最关键的问题应该是从小培养具有环境保护意识的人，学生最早系统地学习化学知识是在中学阶段，这就需要将绿色化学思想贯穿于中学化学教育的全过程中。

尤其在化学实验中贯穿绿色化学思想。

2 . 中学化学教学中实施绿色化学实验的意义
化学是一门实验科学，化学实验教学在化学教学中占有特殊地位。

在实验教学中从绿色化学角度进行改革，更新和改进原有的实验内容、实验方法；设计一些绿色化实验都将对学生绿色化学理念的培养大有益处。

2.1 符合中学生身心发展的关键期培养目标
人的身心的不同方面有不同的发展期，心理学家提出了发展关键期或最佳期的概念。

所谓发展关键期是指身体或心理的某一方面机能和能力最适宜于形成的时期。

在这一时期中，对个体某一方面的训练可以获得最佳成效，并能充分发挥个体在这一方面的潜力。

错过了关键期，训练的效果就会降低，甚至永远无法补偿。

而中学时期正是学生绿色化学理念这种意识形态形成的可塑期和关键期，如果我们抓住这一时机进行绿色化学知识、能力、态度、方法等方面的培养与训练，将会对学生绿色化学理念的形成打下坚实的基础。

为学生走上社会实现社会可持续发展，和谐发展奠定基础。

2.2 对接国家高中化学新课程标准要求
化学教学“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。

”课程目标中要求：“在实践中增强学生的社会责任感，培养学生热爱祖国、热爱生活、热爱集体的情操；引导学生认识化学对促进社会进步和提高人类生活质量方面的重要影响，理解科学、技术与社会的相互作用，形成科学的价值观和实事求是的科学态度”。

情感态度与价值观中要求：“有参与化学科技活动的热情，有将化学知识应用于生产生活实践的意识，能够对与化学有关的社会和生活问题做出合理的判断。

”“赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注与化学有关的社会热点问题，逐步形成可持续发展的思想。

”另外，必修课程的设计，注重学生科学探究能力的培养，重视化学基本概念和化学实验，体现绿色化学思想，突出化学对生活、社会发展和科技进步的重要作用。

2.3 体现化学实验本身的改革方向
一是化学实验中使用的药品种类繁多、数量较大，涉及到药品的选择、药品用量的取舍、化学实验流程的设计、化学实验过程中危险性排除、实验过程和实验后有毒、有害物质的预防和处理等。

二
是实验室及实验过程本身就会产生许多有毒有害的物质的这种客观因素要求我们在实验时必须重视绿色化学实验，保护师生的身体健康。

但更重要的是实验室提供了培养学生绿色化学理念和推动学生进行绿色化学思考与实践的重要场所，是教师渗透绿色化学理念的绝佳契机。

3．绿色化学实验的设计理念
如果一个化学实验对环境无物质种类改变的影响或物质种类改变量极小，就可以说该化学实验达到了绿色化学实验的要求，具体标准如下：
(1)化学实验反应中原子的利用率达100%，如：S+O2 ＝ SO2
(2)化学实验体系放给环境的物质种类是环境体系正常组分中所固有的。

如放出的气体是空气中
固有的正常组分如O
2, N
2
, H
2
O, CO
2
等。

例如CO还原Fe
2O
3
实验中尾气燃烧后转化为CO
2
排放入空气。

(3)实验体系不向环境放出物质如：在密封体系中进行2NO
2＝ N
2
O
4
+Q温度对化学平衡移动的实验。

(4)会造成污染的废弃物集中收集并处理后转化为非污染物。

让学生知道随意排放污染物是一种错误的行为，甚至是一种违法行为。

(5)实验现象明显的前提下，对不可避免会形成污染的实验尽可能使其微型化，本着能小不大，能少不多的原则设计，使污染达到最小值。

根据不同情况达到上述任一条或几条要求的化学实验可以认为是达到了绿色化学实验的设计要求。

4．绿色化学在中学化学实验中的几种改进途径
4.1 微型化学实验
微型化学实验是在实验操作技术是以尽可能少的试剂来获取所需的化学信息的实验方法。

它具有现象明显、效果良好、节约实验材料和时间、减少污染、安全、便于携带等优点。

在微小型的仪器中,用尽可能少的试剂来进行实验。

因为只有仪器微型化了,才能减少试剂在器皿上的附着量,同时还应尽可能减少中间产物的转移过程,以减少试剂在器皿上的附着。

所以,微型化学实验不是常规实验的简单微缩,也不是对常规实验的补充,更不是与常规实验的对立,它是在绿色化学思想下用预防化学污染的
新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果。

尽可能小剂量是微型化学实验的核心,为了追求新的“尽可能小剂量实验”,推动化学实验的不断改变,这是化学实验改革和发展的
动力之一,是绿色化学思想在化学实验中的具体体现。

案例：1乙醛和葡萄糖的银镜反应微型化
实验方法：
取2只洁净的青霉素瓶，均加入20滴5%的AgN03，一滴10%的NaOH, 再逐滴加入2 mol/L的NH3H20，配好试剂。

在一只中加入乙醛10滴，另一只中加入10滴葡萄糖溶液，分别盖好塞子，保留通气口.
然后分别置入70℃水浴加热，用湿润红色石蕊试纸检测氨气的生成。

5分钟后，2只瓶的内壁均有银镜出现，效果好。

实验优点：
(1)成本低的废弃青霉素瓶代替了价格日益上涨的试管。

(2)密性好的塞子保证了反应溶液的充分受热，减少了乙醛挥发所造成的空气污染，促使乙醛充分反应。

(3)得到银镜同时也证明了反应所产生的刺激性气体为NH
3。

(4)镀银全过程清晰可见。

案例2：在滤纸上进行微型实验的研究
洁白的滤纸是中学化学实验室中一种重要的实验用品，由于其具有丰富的毛细管能吸载本身质量20-100%的液体，决定了许多中学化学实验可在滤纸上进行，特别适合于有颜色变化的微型实验。

滤纸上进行的化学实验，有诸多优点，主要为：1、因有白色底衬，颜色变化明显，现象直观；2、试剂用量少、操作简单、安全奏效。

⑴制成试纸，检验气体
将滤纸裁成条状（2x1cm）,平放在玻璃板上，用滴管缓慢滴上试液，使滤纸充分湿润，用镊子夹起，放于相应的集气瓶口或导气管出口处。

（见下表）
优点：试纸容易制做，节省药品，操作简单，现象直观。

⑵ 用作微型容器，进行微量实验
① 盐酸与浓氨水发烟
取条状滤纸（5x3cm）两块，使其分别充分吸载浓盐酸与浓氨水，沿短边夹起，使其保持平行并相对靠近，在夹缝之间可见大量白烟出现。

优点：滤纸吸载溶液较多，相对面积大，白烟浓而多。

②电解饱和食盐水
将一块滤纸裁成两半，取一半平放在玻璃板上，用NaCl酚酞试液充分浸润，分别用旧2号电池芯、铁钉作阳阴极按轻轻将电极相向卷在其中，并接通电源。

通电2分钟后，立即打开裹有碳棒的一端滤纸，滴入一滴碘化钾-淀粉溶液，滤纸变蓝，证明阳板有氯气生成，再打开另一端，发现滤纸变红，证明NaOH在阴极生成。

优点：药品用量少，极产物检验简单，现象直观，节省时间。

③乙醛与氢氧化铜悬浊液反应
将一块长方形滤纸（5x3cm）平放在玻璃板上，先滴上乙醛溶液2滴浸润后，再滴加Cu（OH）2悬浊液6滴，浸匀后夹起滤纸在酒精灯上用外焰烘烤（勿接触火焰，以免变黑），在滤纸上出现红色斑点。

优点：节省药品，实验过程简单奏效，实验现象直观。

4.2 在确保实验效果的前提下降低药品浓度
在现行中学化学教材中,有些实验指明了药品浓度,有些实验没有指明药品浓度。

我对许多涉及药品浓度的实验进行探索和改进。

既节约了药品、保证了实验效果,又减少了环境污染。

案例1:指示剂浓度的减少,指示剂酚酞、石蕊等原浓度为0.5％～1.0％,经改进可减少到0.1％～0.25％,也可以相应减少酒精的用量。

尽可能地降低实验药品浓度,减少药品的损耗,预防环境污染。

案例2：在检验SO 42-离子的实验中，学生往往一下子加入了较多的BaCl 2溶液。

假如在实验前向学生讲解钡类化合物中毒性最大的是易溶于水的BaCl 2,水中钡离子最大允许浓度为1.0mg/L,过量的BaCl 2转入废液中会造成水质污染、土壤污染，并且让学生通过查表知道BaSO 4是溶解度很小的不溶性盐，在1L 水中仅溶解1.05×10-5mol （25℃），只要加入少量的BaCl 2溶液即可观察到明显的白色沉淀现象，这样既节省了试剂，又达到了实验目的，更重要的是净化了实验环境，增强了学生的绿色化学意识。

4.3 循环使用化学药品
化学实验与物理实验不同，它是一种纯粹消耗性的实验。

每次实验都要消耗一定量的试剂。

而且，化学试剂还都是一次性的消耗品，不能重复使用。

每一次实验结束时，实验者获得有关信息后，实验产物就变成了“废弃物”。

因此，化学实验实际上是一个生产“废弃物”的过程，这也是化学实验污染环境的重要原因所在。

在化学实验中，应尽可能地回收各种试剂和实验产品。

一个实验的产品，可以作为另一个实验的原料。

即采用循环实验方案，这样不仅可以节约药品，减少污染，还可以提高学生对化学实验的兴趣和实验操作的技巧。

案例：
关于硫和铁的循环实验
在硫的性质实验中，为了验证其非金属性，通常都安排硫与铁反应生成硫化亚铁的实验： Fe+S ＝FeS
紧接着还有实验室制取硫化氢的实验。

在通常情况下，实验者均弃去上一个实验的产物而使用市售化学试剂硫化亚铁:
FeS+2HC1＝FeC12+H 2S
在制取实验之后还有几个性质实验。

例如: 2 H 2S +O 2＝2H 2O +2S↓ 2 H 2S +SO 2＝2 H 2O+3S↓
经过仔细处理可以回收到少量的硫粉。

在铁的有关章节中，有几个铁的化合物的性质实验。

实验者的传统作法也是使用市售的二价铁盐进行：
FeCl 2+2NaOH=Fe(OH)2↓+2NaCl
Fe(OH)2在碱性溶液极不稳定，很快被氧化为Fe(OH)3，可供学生观察： 4 Fe(OH)2+2 H 2O ＋O 2＝4 Fe(OH)3↓
实验教师把Fe(OH)3加热分解，可得到Fe 2O 3，在铁矿石炼铁的实验中使用： 2 Fe 2O 3+3C = 4Fe+6CO 2↑
由此我们可以发现:最初实验中的两种原料硫和铁又循环回来了。

在这些实验产物被综合利用之后，又形成了一个新的循环，变成了一个系列的绿色化学实验。

有利于生态环境的保护，节约大量的化学试剂。

4.4 化学实验装置的改进
各种形式的化学实验总是伴随气体、液体或固体物质生成,这些产物中许多是有毒或有害物质,散发到空气中、水中都会造成环境污染。

在不影响实验结果、观察效果的前提下改进实验内容及仪器装置,或变化实验的形式,从而尽量减少实验本身和实验产物对环境的污染。

也是中学化学实验改革的趋势只一。

案例1：浓硫酸的脱水性实验。

取2克蔗糖（C 12H 22O 11）放入大试管中，加入约5ml 浓硫酸，迅速搅拌，然后塞上带导管的橡皮塞，将玻璃导管的另一端插入盛有品红溶液的试管中，这样用大试管代替小烧杯作为实验仪器，实验中蔗
糖的用量由10克减少至2克，浓硫酸用量由原来的10—15毫升，减少为5ml，甚至2—3毫升。

试管代替了烧杯，虽然反应物用量减少，但由于实验仪器的高度的增加，生成的碳块儿沿着试管壁“长”高，反倒增强了实验的演示效果，达到了实验的预期目的。

4.5 培养学生实验操作规范化,妥善处理化学实验中的废弃物
在中学化学实验中,培养教师实验教学过程中,限定用量，节约药品。

把好的经验传播给学生,妥善处理化学实验的废弃物（回收、无害化处理）,加上正确引导,既提高了实验的科学性、为实验操作的规范化奠定了基础,又培养了学生严谨的实验态度、科学的实验方法和良好的实验习惯。

同时减少环境污染增强了学生的环境保护意识,作为减少环境污染的重要保证。

案例：CCl
4
回收利用
在中学化学实验中四氯化碳是一种重要的有机溶剂，萃取实验中经常用到。

以CCl
4
为代表的氯代烃作为一类耐生物降解的有机化合物是饮用水源中倍受关注的污染物。

其具有一定的水溶性和挥发性，同时又有较强的溶脂性，能在人体内得到生物富集进而严重危害人体健康，此类物质多数已被
确定或被认为是高度可疑的致癌物质。

中学化学实验中CCl
4
是一种常用的试剂。

高中一年级就有一个
用CCl
4萃取碘水的实验，使用过的CCl
4
要求回收。

CCl
4
进行再生利用，具有一定的经济价值。

具体方
法如下：
碱溶液再生法：
因为碘能与碱反应，生成次碘酸盐和金属碘化物，因此可以用碱溶液对回收的CCl
4
进行处理。

可
以用分液漏斗作为反应容器，充分振摇，待CCl
4
层红色褪尽后，静置，分液即得到无色透明的四氯化碳。

以氢氧化钠溶液作为处理液为例，反应如下：
2NaOH+I
2=NaIO+NaI+H
2
O
用淀粉溶液和硝酸银溶液对上述两种处理的CCl
4
进行检验，结果都不含碘和碘离子。

再分别取少
量与未使用过的CCl
4作萃取碘水的比较实验，其效果也一样，由此证明这两种再生法回收的CCl
4
都是
可行的。

同样，上述两种方法对于再生萃取溴水和碘水后的苯、汽油等有机溶剂都适用。

4. 6 现代信息技术的应用
在遇到危险性较大、抑或伴随有毒、有害物质生成较多的演示实验时，如果教师采用多媒体辅助教学，不仅同样能够达到演示实验的效果，而且，通过媒体辅助(替代)部分演示实验，还能够节约药品、水电、时间，减少对环境的破坏。

现代信息技术手段在中学化学实验中常用的方法有投影实验，拍摄录像实验，多媒体仿真模拟实验等。

案例：在铜与浓硝酸反应的演示实验中，往往反应过程中生成的大量二氧化氮有毒气体对实验者危害较大，为了解决这个问题，我们可以将实验改为培养皿中的投影实验。

取一副培养皿，在其中小培养皿中加入少量浓硝酸，将薄铜片儿放入浓硝酸后，立即将大培养皿盖在小培养皿上形成封闭的气室，以防生成的二氧化氮气体扩散。

这样的实验改进，虽然基本解决了污染问题，但是由于培养皿太小，影响了学生有效观察。

如果应用投影设备，将该实验改为投影实验，就是在最后一排的学生也能够通过大屏幕，清楚地观察到铜与浓硝酸反应的全部实验现象。

对于毒性、危险性较大，成功率较低的演示实验，我们可以事先在通风橱或实验室中操作，并将其拍摄下来，制作成课件。

上课时，通过课件的演示，使学生了解实验内容，这样就可以克服它们在教室中难演示所带来的困难。

另外也可以采用制作课件模拟违规操作，将产生的效果展示给学生，让学生看到错误操作的严重性，可有效地防止错误操作的发生。

对那些因设备复杂（投资大）、危险性大、反应周期长和操作条件苛刻、常规实验无法开出、但又很重要的实验，以生动有趣的多媒体课件形式表现出来，寓教于乐，大大提高教学质量，又体现了绿色化学要求。

应用多媒体辅助教学，改善了部分有毒、危险实验的操作环境，提高了部分演示实验的可视性，
同时还让学生在观察媒体辅助实验教学的过程中，体验了多媒体技术的绿色环保价值。

总之，从绿色化学角度来看，中学化学许多物质的制取反应都值得讨论和重新考虑，中学化学实验从设计、准备、实验过程、善后工作等,都应贯穿绿色化学的思想,把学生培养成具有环境保护意识的人,他还将影响周围的人及后代。

尽力减少对自然环境的污染,将成为人类共同的呼声。

这也是我们从事化学实验工作的公民对于地球母亲应尽的义务。

新疆化学班：刘成国
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