中学化学实验绿色化教学初探 |
| 所属栏目: 化学论文 更新时间:2019-12-21 点击次数:
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0w.net 柳州一中 黄晓娟
化学实验可以使学生领悟和感受到科学给人类创造文明的同时，也伴随着对环境的污染和对人类的危害。这就要求化学教师严肃、认真地对每一个实验，既要科学地、直观地展示实验所要达到的目的，又要始终注意尽量消除其负面影响。改进目前化学课本中的演示实验、学生实验，并对实验排放的"三废"进行控制和治理，这都可以说是绿色化学的内容。
绿色化学对于化学研究工作者，以及化工厂的设计到这个领域的人意义重大。在高考中，教育者也突出了绿色化学的重要：
（07年重庆理综第27题）某兴趣小组设计出右图所示装置来改进教材中“铜与硝酸反应 ”实验，以探究化学实验的绿色化学。
| 方案 |
反应物 |
| 甲 |
Cu、浓HNO3 |
| 乙 |
Cu、稀HNO3 |
| 丙 |
Cu、O2、稀HNO3 |
（1）实验前，关闭活塞b，试管d中加水至浸没长导管口，塞紧试管c和d的胶塞，加热c。其目的是 .
（2）在d中加适量NaOH溶液，c中放一小块铜片，由分液漏斗a向c中加入2 mL浓硝酸。c中反应的化学方程式是 。再由a向c中加2 mL蒸馏水，c中的实验现象 。
（3）上表是制取硝酸铜的三种方案，能体现绿色化学理念的最佳方案是__ 。理由是 。
（4）该小组还用上述装置进行实验证明氧化性KMnO4＞Cl2＞Br2。操作步骤为 ，实验现象为 ；但此实验的不足之处是 。
答案：(1)检查装置气密性.
(2)Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，反应变缓，气体颜色变淡.
(3)丙;耗酸量最少，无污染.
(4)向d中加入KBr溶液，c中加入固体KMnO4，由a向c中加入浓盐酸；c中有黄绿色气体产生，d中溶液变为黄棕色;没有处理尾气。
在教学上，应以改革实验为突破口，在日常教学、演示实验的改进、绿色实验的设计、学生实验的微型化、废液的回收再利用、研究性课题的介入这几个方面进行改进，以点滴事例的实践去教育学生、感染学生、增强学生的环境意识。
一、在日常教学中渗透环境教育
中学化学教材中，包含了许多环境污染与课堂教学中保护的内容，例如：二氧化碳及温室效应（初三内容）；二氧化硫的产生及酸雨（高一内容）；氮的氧化物及光化学烟雾、氟氯烃及大气中的臭氧层、原电池的形成及电池中重金属的污染（高二内容）,排放含磷的洗涤剂造成赤潮现象等，在讲解这些内容时，可以穿插一些生动的图片或史料，通过事例，使学生意识到环境污染的危害，增强保护环境的意识，了解化学实验绿色化的意义。
二、改进演示实验，提倡绿色化学实验
1、从源头上避免污染
把有害物质合理替换，也是解决污染问题的有效途径。在不影响实验效果前提下，将某些易产生有害物质的实验换成无害物质的实验。在"比较电解质导电能力"的实验中，教材用的酸、碱、盐分别是：盐酸、醋酸、氢氧化钠、氮水、氯化钠，其中盐酸、氯化钠在通电时，会发生电解，产生有毒物质（氯气），如果用稀硫酸代替盐酸，用硫酸钠代替氯化钠，既能达到比较电解质导电能力强弱的目的，又能避免氯气的污染，一举两得。
中和滴的化学原理是H++OH-=H2O，以及终点前后指示剂颜色突变。这里涉及的试剂主要有三个：酸、碱、指示剂。根据上述绿色化学的原则，由NaOH、HCl、和石蕊三试剂组成的中和滴定就是一个绿色化学实验。因为NaOH、HCl中和反应彻底、产物NaCl和H2O是环境友好的，而石蕊则是来源于地衣的蓝色色素，它也是环境友好的并能无害降解。
过氧化氢相当稳定，能够加速其分解的物质很多，目前教学实验中一般以二氧化锰为催化剂。二氧化锰是一种强氧化剂，是一种不溶于水的黑色晶体或无定形粉末。它的处理不当，会造成环境的污染。由于过氧化氢是环境友好试剂，对该实验绿色化的关键在于催化剂的选取，在此，以生物活性酶——过氧化氢酶(取一小块猪肝并进行磨碎即可)作为催化剂，既使催化效率提高了，又不会对环境造成污染。
教学中的酯化反应的共同特征是采用浓硫酸作为催化剂，实验过程中必然会产生废酸，对环境造成了污染。大量研究表明以固体超强酸作为催化剂，不仅具有很高的转化率、选择性，而且反应速度快，催化剂易于通过过滤分离回收重复使用等特点，是一类理想的环保催化剂。以固体超强酸代替浓硫酸作为催化剂，就可进行绿色酯化反应，达到绿色化学的要求。
2、从改进装置上处理
即在选择化学实验时，应尽量设计能够减少污染的实验装置,使涉及化学反应具有较高的转化率，提高试剂的利用程度；应尽量使涉及的化学反映具有较高的选择性，这样不仅可以提高实验的效果，而且可以避免副产物带来的环境污染问题。
例如,当前教材中许多实验会产生有毒有害气体，需要对实验装置进行灵活改装。如铜与稀硝酸的实验可这样改进: 在一个洁净的针管中加入少许铜片,排除空气; 另在一小烧杯中注入稀硝酸并微热; 用注射器吸取少量稀硝酸, 迅速用小胶帽(眼药水瓶盖) 盖住注射器吸口。当观察到蓝色溶液、无色气体时(活塞会随着气体的产生缓慢外移) , 打开瓶帽, 拉动活塞, 吸入空气, 会看到气体由无色变成红棕色, 此时迅速将气体注入足量氢氧化钠溶液中。实验简单可行, 效果明显、无污染, 效果良好，而且还可以培养学生的环保意识。
又如，用排饱和食盐水的方法先收集1/3体积的氯气，再收集2/3体积的氢气，由氢气、氯气的密度不同，则能自动混匀，试管口略低于液面，水槽上盖一个挖有试管可通过的圆孔的纸板，此时，用闪光灯照射，即发生爆炸，不过这样的爆炸相当安全，除具有响声外，就连溅起的少量食盐水也被盖在纸板下。
对二氧化硫的漂白性实验可在封管中进行，使之变成绿色实验。取一支约50mL的透明塑料封管，加入约10mL的水，再滴加中性品红试液到水溶液呈较深的红色。在通风橱中准备一套二氧化硫气体发生装置，使它慢慢地产生二氧化硫气体。把这气体通过细玻璃导管通入品红水溶液的底部。通气一段时间后，溶液的红色褪尽。取出细玻璃导管，将塑料封管加热熔融封口即成。这样，在水浴中加热，再冷却，可使二氧化硫漂白性实验不断显现，达到绿色化学的要求。这个装置的设计类似于碘单质的升华实验，把碘单质装在一个锤子形状的玻璃管中，然后把管子封好，可以重复展示升华现象。
3、从尾气处理装置上处理
增加尾气处理系统。中学化学教材中许多实验是属于粗放型的，只注重实验结论，没有考虑到对空气的污染，如果教师能本着绿色化学的宗旨，改进现行实验，不仅能减少污染，还可以使学生真正感受到保护环境的重要性。 在前面提到的铜和浓硝酸、稀硝酸反应的实验中，当观察到蓝色溶液、无色气体时（活塞会随着气体的产生缓慢外移），打开瓶帽，拉动活塞，吸入空气，会看到气体由无色变成红棕色，此时迅速将气体注入足量氢氧化钠溶液中。上述实验简单可行，效果明显、无污染，试行后效果良好。
"三废"分类集中，引导学生回收利用。告诉学生大量废弃物长期倒入下水管道后可能产生的隐患：制氢气的锌粒和废酸可能在下水道富集引起爆炸、重金属盐类对水质的污染、银镜反应的废液放久后变成氮化银而引起爆炸，苯、苯胶、硝基苯等有毒致癌物这些废弃物的任意排放，会损害自然环境。在高年级中大力提倡"三废"的回收利用。如：废酸、废碱的中和处理和循环使用，重金属离子的沉淀转化法，银镜反应的废液和洗涤试管中提炼硝酸银以备"卤素"实验之用。
三、倡导使用微型化学仪器
学生实验微型化，有利于减少污染，增加安全系数。搞微型化，从用量上加以控制，可以很大程度的减少废气的排放。
例如，可将试管中的某些实验改在点滴板上进行，这样节省药品、污染少、操作安全、速度快。但值得说明的是，不是所有的实验都是微型的好。
四、利用网络信息教学
绿色化学课程内容复杂、涉及广泛、化学过程复杂,应结合信息时代发展的特点,制作成网络课件,使课程内容信息化;并充分利用各种教学资源,提供参与各种层次的用化学知识解决环境问题和研究绿色化学的机会,培养学生的参与意识,养成良好的环境行为习惯。同时,将教育范围延伸,以适合文理各科学生学习,有利于提高学生的综合素质。
五、开放研究性课题
让学生自主探求解决环境问题的新方式，培养学生治理环保的观念在课题选择上，教师应侧重在不同年级、结合课本，有意识地引导学生。如在高一设置这样一些课题：有关加碘盐的调查报告、本地区降雨酸度的调查、夏季各类水的用量及化验结果。在高二设置：白酒中甲醇含量的调查、电池的种类及回收的意义、白色污染的危害、水发食品中的甲醛含量的调查。
研究性课程的设置，意在培养学生独立思考、自主学习，应加以合理引导，抓住机遇，从课题选择上适当调整，促进学生关注社会、要使中学化学实验绿色化，化学教育工作者要树立可持续发展的观念。教师在课堂教学、实验等方面，要始终贯彻绿色化学的思想，让学生了解绿色化学，树立起绿色意识。
从绿色化学的角度看，中学化学中许多物质的制取反应、化学工艺等等都是值得讨论和重新考虑的，这也给改革课堂教学、培养学生的创新精神和创新能力提供了良好的契机。但涉及到有关绿色化学教育的实施还要考虑到课程、师资等方面,这需要更多的化学教育工作者投入到此项工作,使绿色化学教育成为现实。
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