中学化学教学中倡导绿色化学实验新方法

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摘要   本文介绍了绿色化学这一概念以及教材中和实验中倡导绿色化学理念的思想。积极探索绿色化学实验的新方法。提出从学生开始接触化学和化学实验时就要培养其绿色化学这一理念，养成良好的实验习惯，树立保护环境的意识。
关键词   中学化学   倡导   绿色化学   实验新方法

绿色化学的概念及产生的背景
化学作为自然科学的一个重要领域，在丰富人类知识宝库和满足人们衣食住行等各方面需求中发挥着积极的和不可替代的重要作用。然而，由于在化学生产过程中使用对人类健康及环境有害的原料和溶剂，污染性废物大量排放，一些化学过程也给人类的健康和生活环境带来了严重的不利影响，人们甚至对化学产生了莫名其妙的恐惧心理。在这种形式下，综合考虑环保、经济、社会及化学工业自身发展的要求，具有全新理念的绿色化学应运而生。绿色化学，由美国化学学会于1991年提出，被美国环保局率先在官方文件中正式采用并广为传播。
绿色化学（Green Chemistry）又称无害化学，是指从污染预防的基本思想出发，在化学品生产的始端就采用预防的科学手段，整个过程均为零排放或零污染。它研究的中心问题是使化学反应及其产物具有以下特点简称“五R”原则：（1）采用无毒无害的原料；（2）在无毒无害的反应条件（催化剂，溶剂）下进行；（3）具有“原子经济性”，即反应具有高选择性，极少副产品，甚至实现零排放；（4）产品应是对环境友好的；（5）满足“价廉物美”的传统标准，从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；从环境观点看，绿色化学是从源头消除污染；从经济观点看，绿色化学合理利用资源和能源，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。
2. 绿色化学理念在化学教育中的影响
随着新课程改革和探究性学习的开展，化学课程与生活越来越接近，越来越注重环保,提倡“绿色”，如“绿色食品” 、“绿色奥运”、“绿色电池”等这些词语常见于各种报刊和宣传语中，“绿色”得到了世界各国的普遍关心和重视，因此，我们必须认识到绿色化学教育是本世纪化学学习与教学的新的挑战，这就要求我们必须在化学教学及实验中渗透绿色化学的理念和观点。培养学生运用“绿色化学”的观点和理念去思考问题和解决问题，再实验的设计和验证过程中尽可能的应用绿色化学的观点和理念。从绿色化学角度看，目前我们使用的化学教材中，许多物质性质的实验、物质的制取反应实验都值得讨论和重新考虑。这为我们化学教师的课堂教学改革，培养学生的创新思维能力提供了良好的机会。作为化学教师应将绿色化学理念广泛的应用于化学实验教学中，既有利于学生养成绿色化学思维习惯，运用绿色的观点设计实验，使化学实验课堂更安全，消除学生对化学实验的恐惧感，又增强了学生的环保意识，使学生心目中恐惧的化学实验课变得生机盎然。
3. 绿色化学在社会领域中的应用
以绿色食品为代表的“产品绿色革命”已成为国际潮流，食品要求不含有任何不利于人体健康的化学成分，凡是有人工添加剂的食品不再受人们的欢迎。过去使用氟氯昂制冷冰箱逐渐被无氟冰箱取代。如瑞典研制了一种风力冰箱，其压缩机由装在室外的风车带动；法国生产了一种用日光辐射做能源的冰箱，以甲醇和活性炭做制冷剂；我国科技工作者正在研制吸收式冰箱，液化气、沼气、煤气、煤油等都可以做其热力能源，像这样的环保产品在生活中已经不断的出现。这种绿色革命产品是环保科学和技术工作者相互协作，共同努力的结果，绿色产品的蓬勃兴起给环境日益恶化的地球带来了一线生机，也让我们看到了绿色化学给社会带来的种种益处。
4．绿色化学在教科书中的渗透。
新教材演示实验设计中融入绿色化学理念。在高中化学教材（人民教育出版社化学室编写，2000年第二版）和初三化学教材（人教版）的实验的设计中融入了绿色化学思想，加强了环保方面知识的渗透。如：
·高一新教材实验铜与浓硫酸反应，试管口放浸有碱夜的棉花吸收SO2，防止其排入空气中污染环境，给学生带来伤害。
·高一新教材“卤族元素性质的递变实验”、高二新教材“浓硫酸的脱水性实验”都是在点滴板中完成的（如图1和图2），这种趋于微型的化学实验，反应快，药品用量少，产生的污染小。

·高一新教材I2升华装置、高二新教材化学平衡2NO2=N2O4实验装置和氯化铵分解实验装置都采用了密封装置（如图3），防止刺激性气体和有毒气体排放到空气中，该装置的反复使用又节约了药品。
·初三新教材“空气成分的测定”，燃烧的物质采用蜡烛，代替老教材的红磷，产物不污染环境，对学生不会造成危害。

5. 在化学实验中，探求绿色化学实验的新方法。
绿色化学实验是在绿色化学新思想的指导下，用预防化学污染的新思想、新方法和新技术对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。它以绿色化学“五R”原则作为指导方针和标准，从而极大地减少或消除了实验室的“三废”，大大降低了污染的程度和造成不必要的浪费，以实现绿色化学要求尽可能少的负作用的理想和目标，进而在实验教学中尽可能推广绿色化学实验。
尽管新教材中的一些实验已经考虑了环保因素，但从绿色化学这个角度看，原有的实验设计中还存在不足。这就要求我们从事化学教学的教师在教学中不断的探索改进原有的实验，使教学过程中的化学实验更趋向绿色化，实现无污染。
笔者对以下几个实验进行了改进，在实验的过程中收到较好的效果。
5.1 硫的燃烧实验装置的改进
初三化学新教材中，有些实验是在敞开式的容器中进行的，如：“硫的燃烧实验” 中硫燃烧的集气瓶并没有完全封闭，集气瓶口仅用一块玻璃片盖住，燃烧时，玻璃片不能完全盖住集气瓶， SO2不能完全被水吸收，有一部分SO2会跑到空气中去，形成酸雨对环境产生污染，对教师和学生的身体健康造成有害影响，也不利于对学生进行环境保护教育。因此在实验教学操作过程中，我一方面少量取用硫控制产生二氧化硫的气体量，一方面将原实验装置进行改进，在集气瓶上增加一个带燃烧匙的橡皮塞及集气瓶内加入少量浓的氢氧化钠溶液，并且将硫在空气、氧气里燃烧的实验设为一组对照实验。教材的演示装置改动如下：
装置图对比：

确定了改进实验教学的实验原理和装置之后，我对传统的实验教学步骤进行了调整。实验前我在集气瓶中分别加入约20ml浓的氢氧化钠溶液，并用向上排空气法收集一瓶氧气盖好玻璃片备用，再按实验顺序依次点燃燃烧匙的硫粉，分别迅速伸入空气和氧气的集气瓶中，并塞紧橡皮塞，然后引导学生认真观察硫在空气和氧气中的燃烧现象。实验后，将瓶内液体充分震荡使之充分反应。改进后的实验体现了绿色化学的要求，减少了污染，对学生树立良好的环境保护意识中能够起到潜移默化的作用，也有利于激发学生学习化学的兴趣。
5.2 喷泉实验的改进。
高二新教材第10页的喷泉实验，先制取氨气收集与干燥的烧瓶内，再进行喷泉实验。而在实际教学中氨气的制取和氨气的性质往往要分在两个课时，做喷泉实验时又要重新制取氨气，重复实验导致气体的浪费，同时不可避免的少量气体会散发到空气中，刺激呼吸系统，造成教室内环境的污染。
改进后的实验：向干燥的烧瓶内滴入一毫升左右的浓氨水，加入两滴酚酞，塞上准备好的单管橡胶塞后，倒置于铁架台的铁圈上（如图），然后用热毛巾敷在烧瓶上，烧瓶微热后拿开，打开铁夹，将玻璃导管插入烧杯的水中，数秒后便形成美丽的喷泉。改进后的实验简洁，减少了药品的用量，氨气不外逸到空气中，既使没有通风橱的情况下，教室内的环境仍然清新，无刺鼻气味。
5. 3卤素单质间的置换反应实验的改进。
教材中在用Br2单质置换I2单质的实验，学生在取用溴的过程中常常被溴呛到，感觉不舒服。也因为溴是极易挥发的物质，且有剧毒，吸入少量即可损坏呼吸道黏膜，甚至中毒，因此在使用过程中要极为小心。
笔者将此实验做了如下的改进：（1）将溴装入白色细口试剂瓶并加入少量水液封，然后将瓶口用硅胶封住作为溴的观察装置，可以长期存放和使用，不挥发。（2）充分利用氯水与溴化钠反应后的溶夜，向该溶液中加入少量的四氯化碳，用力震荡，液体分为两层。下层橙黄色的是溴与四氯化碳，上层无色溶液；用滴管插入溴与四氯化碳层取少量液体滴入盛有KI溶液的试管中用力震荡后滴入四氯化碳，溶液分为二层：下层紫红色，上层是无色溶液。改进后的实验可以很鲜明的对比出溴与碘在四氯化碳中的颜色，同时有避免了取用溴的过程，使学生可以放心的去做实验。
5. 4溴与苯反应实验装置的改进
对于这个实验，许多师生都感到难以控制，不是反应太慢就是太剧烈，导致大量的溴、苯及生成的溴化氢急剧挥发，污染教室环境。将实验装置进行如下改进：烧瓶改用医用盛装环丙沙星的小药瓶，把外层的金属片除去，中间插入玻璃导管，实验时先将铁片放入瓶内，再盖上橡胶塞，溴及苯用注射器注入瓶内。改进后的实验可以控制溴与苯的比例，操作简便，反应平稳，又将污染降低到最低点。改进的装置如图（4）：

6. 实验过程中渗透绿色化学理念
化学实验以它独特的功能和魅力在化学的发展和学习过程中发挥着不可替代的作用，吸引着无数学子为其废寝忘食，激发着莘莘学子学习化学的不尽兴趣。但化学实验又具有一定的危险性，毒性、腐蚀性、爆炸性…无一不危及着化学工作者和学生的安全，如果在实验过程中积极的探索绿色化学的新方法使实验过程中能够减少上述危害发生,相信会有更多的学生热爱化学这门学科。因此在实验过程中，严格要求学生，操作要规范，药品的用量要适度，废气废液要经过处理后再排放到下水道内，以防造成有毒废气、废液的污染，养成良好的实验习惯。

参考文献
[1] 邓玉红.绿色化学课程--------化学教学的新理念。
[2] 中学化学参考，陕西师大出版社，2002（1-2）
[3] 朱文祥。绿色化学与绿色化学教育[J]。北京教育，XXX出版社，2001（1）
[4] 范杰.化学教育学[M].浙江教育出版社,1991.