浅议无机化学实验教学绿色化

陈宏 万新军

（巢湖学院化学化工与生命科学学院，安徽 巢湖 238000）

随着我国高等学校大规模地扩招，化学类学生的数量大幅上升，相应地，无机化学实验教学也大量增加，化学试剂的消耗量和实验“三废”排放量急剧增长。据统计，“无机化学实验”课教学所使用的药品近150种，其中，铅盐、铬盐、钡盐、镉盐、汞及其化合物等毒性非常大，镍、铜、锌、锡、钴等的化合物当浓度比较高时也有很强的毒性，并且氯仿、乙醚、苯等有机溶剂，还能对人体和环境产生比较严重的危害，实验过程中产生的二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、氯气、一氧化碳等具有强烈的刺激气味或毒性。因此，提出无机化学实验教学绿色化的要求就是适时的和重要的。绿色化学实验教学指在绿色化学理念的指导下，采取预防化学污染的新方案、新技术，对教学中的常规实验进行适当改革而形成新的化学实验方法。

1 无机化学实验教学绿色化的重要性

无机化学实验是重要的基础实验课程，一般在相关专业学生大一时开设。将绿色化学理念融入这门课的教学中，实现无机化学实验绿色化，学生不但能得到一个良好的实验学习环境，而且在刚进入大学时就潜移默化地受到绿色化学的熏陶，这对于培养其科学的环境观点和资源观点，提高其环保意识和责任意识，都具有相当大的意义[1]。

具体说来，无机化学实验教学绿色化的意义主要有以下几点。

1.1 保护实验者的身体健康

在无机化学实验教学中，学生要做大量的化学实验，所用的化学药品种类多，消耗量大；而且，大部分试剂和药品具有腐蚀性或毒性，有的实验还有有毒或有害物质的释放。因此,在教学中,教师首先应该避免有毒、有害物质对学生身体健康的损害，在必要地训练、培养学生的实验技能的前提下，可以去除一些能产生很大毒性的实验内容，或者选用无毒害的替代物对原来的实验进行改造。例如：使用硫化钠取代硫化氢气体；把实验中使用的有机溶剂改为绿色溶剂，选用去离子水或超临界水作溶剂；对反应条件再改进，采用绿色催化促使反应在比较温和的条件下完成；等等。这些措施能够有效地保护实验者的身体健康不受损害，在教学中上贯彻了“以人为本”方针。

1.2 培养学生的创新思维

教师带领学生开展无机化学实验绿色化的研究，一般的，主要包括实验内容的再选择、实验药品和试剂的再选用、实验装置的再设置、化学反应过程和操作步骤的再设计等。实践表明，这些不仅可以减少甚至杜绝实验对环境的污染和对学生身体的伤害，还可以大大激发学生学习化学的兴趣，培育其创新思维和严谨的治学态度，强化训练其动手能力，有利于他们了解现代化学的发展趋势。

1.3 保护环境和节约实验成本

按照目前普遍使用的无机化学实验教材，化学药品和试剂的使用量是非常大的。这主要是实验设计不合理所造成的。通过实验教学绿色化，科学合理地设计实验方案，对许多只需微量试剂就能观察到明显实验现象的实验，减少药品和试剂的使用量；循环使用某些化学试剂和药品；对要开展的实验的内容进行整合，合理安排实验次序，将一些关联的实验串连起来；实现某些产物或副产物的回收利用，减少有毒、有害的废弃物的数量和排放。这样，既减轻了实验对环境的污染，又节约了应用于实验的资源和费用。

1.4 培养学生在实验中保护环境的意识和能力

传统的无机化学实验方法对自身污染环境的问题考虑得很少。实际上，实验需要消耗大量的化学试剂和药品，如酸、碱、盐及有机物，其中很多属于有毒有害的物质；实验过程中大量产生的废气、废水、废渣对人体和环境的危害日渐明显，而这些废弃物的种类和浓度没有规律性，不能采取处理工业“三废”的方法来处理，只能依据污染物的性质和实验的特点，采取措施预防或减少污染。因此，在高校化学实验教学中需要加强实验也能危害环境的教育。通过对传统无机化学实验的绿色化改革，引导学生参与减少化学实验污染及污染治理的实践，培养学生强烈的环保意识和能力。

2 实现无机化学实验教学绿色化的主要措施

无机化学实验具有项目多、内容广，药品和试剂品种多、消耗量大、某些试剂和产物具有毒性等特点。因此，在无机化学实验教学中实现绿色化，需要根据其特点采取下述主要措施。

2.1 教师的教学理念要切实转变为绿色化实验观念

在无机化学实验教学中，教师要安排实验项目，设计实验方案，配制所需试剂，为学生作实验讲解和演示，并直接指导学生的实验操作，自始至终居于主导地位。可以说，教师的观念和素质对于实验教学成功与否起着关键作用，同样的，也是绿色化实验教学成功与否的关键[2]。要切实转变教师的传统实验意识为绿色化实验意识，并相应地提高其实验教学素质。教师在课堂教学和实验教学中要持续灌输绿色化学思想。在设计实验方案时，教师尽量要选择污染小的项目；在无法避免使用有毒有害物质或者产生污染物质的情况下，实验方案必须包含有效保护人身、环境安全和消除危害的措施内容。教师要充分掌握各种药品、试剂的具体危害性。教师要掌握绿色化学实验的基本思想和基本知识、技能，并自觉地运用这些知识、技能实现化学实验的绿色化。教师更要勇于创新，关注发展中的化学实验，不拘泥于教材，积极地采用、推广那些符合绿色化学要求的实验，以更好地实现保护实验者健康、减少实验对环境的危害、引导学生逐步树立实验环保意识的教学目的。

2.2 较大地改变现行实验教学的内容

现在，无机化学实验教学使用的试剂和药品很多，其中元素化学实验所占比例偏大。按照绿色化学观念，要从源头消除污染。在满足实验教学基本要求的前提下，对一些涉及有毒试剂的实验内容进行改进和优化[3]。这可以从两个方面采取措施：1、改进或去除剧毒实验。在选择无机化学实验时，对危险性、毒性大，“三废”难处理的实验内容要去除，不使用或少使用一些无法回收、替代、重复使用和再生的药品、试剂。2、寻找替代品，尽量用一些无毒或低毒的化学试剂来替代有毒试剂。例如，在沉淀—溶解平衡实验中，沉淀离子及沉淀剂大部分使用Pb2+和CrO42-，虽然该实验的现象比较明显，但Pb2+和CrO42-属于有毒重金属离子，排放的实验废液将会对水资源造成严重污染，而选用Fe2+或Cu2＋与OH-反应，也可以达到相同的教学目的，但大大减少了实验废液的污染，成功地体现了无机化学实验教学的绿色化。

2.3 采取微型化实验教学

微型化实验教学具有操作简便，使用试剂量少，节约实验经费，节省时间，减少环境污染等优点，是实现无机化学实验教学绿色化的有效途径之一[4]。微型制备实验，通常是由常量实验通过微型实验方法转变而成的，是把常规计量的化学实验简单化、缩小化，利用化学基础原理重新设计、改造、组合各种仪器设备，获取相应的化学知识。它可以减少化学药品的使用量和对环境的污染，还可以拓宽学生设计实验方案的思路，激发学生的学习兴趣和创造力。例如，无机化学实验中的性质实验，现在一般是通过观察比较明显的实验现象，如沉淀的形成、颜色的改变、气体的生成等来验证物质的化学性质，但药品及试剂的使用量大。其实，只要实验现象明显，易于观察，就可以达到良好的教学效果。所以，这样的常量实验可以用点滴板实验来代替。常量实验中一般要用1-2ml试剂用量，而使用点滴板实验，可以大幅度减少试剂用量，仅使用1-2滴试剂就可以达到同样明显的效果。

2.4 回收、处理废气、废液和废渣

把实验废弃物质回收、处理和再利用，既能节省资源，又能增强学生的环保意识[5]。教师要正确掌握对废气、废液、废渣的处理方法，尽量综合利用废弃物。对于含有NO2和H2S等废气的实验，应该增加吸收装置，让H2S通入硫酸铜溶液中，用碱溶液吸收 NO2、Cl2、SO2等酸性气体。在实验室中，要准备废酸缸和废碱缸，对腐蚀性或有害的废液不能直接倒入下水道，而应分别储存在这两个缸内；并定期对其进行中和处理，用大量水稀释后排入下水道。含有重金属的废液要倒入回收瓶，定期处理成低毒物质再排放。例如，铬酸洗液具有毒性，排放前要加入一些强还原性物质，把它还原成低价铬离子，再用废碱液中和处理成低毒性的氧化铬沉淀；在远离水源的地方掩埋。还比如，银镜反应后试管上附着的银，可用硝酸洗液洗涤，生成硝酸银，再使用于银元素系列性质的实验中。

2.5 运用多媒体演示无机化学的实验

采用现代化的多媒体教学方式，既可以让学生全面掌握丰富的科学知识，又可以有效地对学生渗透环保意识[6]。对易爆、剧毒、危险、能产生有害物质的一类化学实验，如果无法通过改变实验方案来实现绿色化，就可以把实验的原理、方法及操作步骤等制成多媒体课件，通过声音和图像的结合，直观、清晰、生动地展示实验操作过程给学生。这类模拟实验能使学生感受到不同实验条件下的实验现象和结果，既生动形象，又节省时间和费用。

2.6 在实验报告中巩固绿色化学思想

写作实验报告时，学生除按照常规要求完成相应的数据处理和结果分析，还应该对处理此次实验所产生的废弃物的方法、效果进行总结。这是巩固、强化学生绿色化学理念的十分重要的环节，具有承上启下的作用。例如，对实验产生的含CN-废液的处理方法就有多种，高锰酸钾法、配位法、臭氧法等，而具体选用哪种方法才是更加环保、经济和科学的，就成为锻炼和提高学生分析问题、解决问题的能力的一个重要环节。抓住此环节，通过比较和综合分析的理性思考，学生就能够提高自己处理实验废弃物的能力，为从根本上实现化学实验绿色化奠定必要基础。

3 结束语

进入新世纪，在我国高校迅猛发展，化学类学生大量增加，因而化学实验规模迅速扩大的历史条件下，化学绿色化已经表现出越来越大的必要性和重要性。而无机化学实验教学的绿色化，需要在绿色化学观念的指导下，通过教师统筹安排，设计和施行科学、环保的实验方案和实验过程，合理预防污染和处理无机化学实验的废弃物，才能逐步实现。概要说来，就是：师生牢固树立无机化学实验绿色化的理念，激发教师对传统无机化学实验方法进行改革，培养学生环境保护意识和科学创新精神[7]；设计并实施综合性实验，改进或去除一些有毒性的实验内容；开展微型化实验，回收利用实验产物；采用多媒体实验教学等现代实验教学的方法和技术等。

[1]付国妮.绿色化学理念下的无机化学实验教学研究[J].赤峰学院学报（自然科学版），2012，28（7）:216-217.

[2]胡明星，宿辉.绿色化学理念在高等化学教育中的融入[J].黑龙江高教研究，2009，（7）:175-176.

[3]刘冬莲，刘爽，张宁，王伟.无机化学实验教学改革的探索与实践[J].唐山师范学院学报，2011，33（2）:133-135.

[4]李成未，郑会勤，司晚令.无机化学实验绿色化设计与研究[J].河南教育学院学报（自然科学版），2011，20（3）:59-61.

[5]董素清，岳冠华.解决学校实验室污染问题的有效手段之——回收循环再利用[J].北京建筑工程学院学报，2002，18（1）:24-26.

[6]周云，唐亚文，陆天虹.无机化学实验绿色化的探讨[J].南京晓庄学院学报，2004，20（4）:103-105.

[7]白广梅，李英.无机化学实验的绿色化[J].实验技术与管理，2006，23（2）:104-105.