滴定分析化学实验绿色化教学的探讨

刘顺珍，韦岩松

(1.广西师范学院化学与生命科学学院，广西南宁530001; 2.河池学院化学与生命科学系，广西宜州546300)

滴定分析化学实验绿色化教学的探讨

刘顺珍1，韦岩松2

(1.广西师范学院化学与生命科学学院，广西南宁530001; 2.河池学院化学与生命科学系，广西宜州546300)

分析当前环境污染的现状，强调在大学化学实验中培养学生绿色化学观的必要性。根据绿色化学的理念，探讨如何在滴定分析化学实验教学改进中培养大学生绿色化学观，以增强学生的环保意识。

滴定分析;分析化学实验教学;绿色化学观

“科教兴国”是我国的一项基本国策，随着我国高校的不断发展壮大，普通本科院校开设分析化学实验课程的学生人数相应增加，实验过程中药品消耗量也大幅增加，从而导致实验成本增加以及环境污染加重。分析化学实验不仅要传授化学知识、培养学生操作技能、实验技术、分析问题和解决问题的能力，还应当培养绿色化学观。绿色化学观又称绿色化学理念，就是要求人们在社会生产、生活和实践中，就环境日益恶化、防治关键是减少乃至杜绝化学污染源而逐步形成的绿色化学重要性的认识［1］。教师要在教学实践过程中做化学实验绿色化的引导者，从不同角度进行实验研究与改进，并将实验教学作为实现绿色化学的最佳课堂。在保证教学质量的前提下，如何减少试剂的用量、提高试剂的利用率、减少环境污染、加强废弃物的回收和处理工作等，已成为迫切需要解决的问题。推进化学实验绿色化教学改革是解决此类问题的有效途径。

在大学分析化学实验教学中，滴定分析属于常量分析，它具有严格的“量”的概念，通常要求称样量在0.2 g以上，滴定体积在20～30 mL之间，才能达到一定的精密度和准确度。由于受到这些条件的限制，近几十年来分析化学实验教材很少涉及“绿色化学”对传统实验的挑战［2－3］。长期以来，学生做滴定分析化学实验时都按教材进行操作，一直沿用50 mL滴定管、25 mL移液管等仪器。为了既能满足滴定分析化学实验教学目的和要求，又能培养学生的绿色化学价值观以及严谨的科学态度和习惯，使高校大学生成为环境保护的先头兵，笔者依据绿色化学的核心内容及实质性要求［4－5］，结合多年的教学实践，针对滴定分析化学实验部分进行了“绿色化”教学改革，在优化实验安排、减少试剂的用量、提高试剂的利用率、减少环境污染、加强废弃物的回收和处理工作方面进行了积极的探索和实践，为培养学生的绿色化学观做了有益探讨。

1 在大学化学实验中培养学生绿色化学观的必要性

在过去的几十年间，社会的快速进步特别是化学工业的迅速发展，已经对环境造成了严重的污染，温室效应、酸雨、臭氧层空洞、光化学烟雾、“白色污染”等环境公害已经严重危及到人类的生存、健康和发展，而这些环境公害的产生都与化学有关。作为新世纪的大学生迫切需要认识到，如何解决在社会发展特别是与化学相关的工业发展中，减少环境污染，实现社会的可持续发展等问题。大学化学教育承担了将化学专业以及与化学相关专业的学生，培养成为合格的社会有用人才的重任，如何培养大学生的绿色化学观，已成为高等化学教育的一大重要任务，更是大学化学实验教学的一个重要组成部分，它贯穿于大学化学教育全过程。然而，要完成大学化学教育，不可避免地要进行许多有可能造成环境污染的化学实验，因此，对大学化学实验进行绿色化教学改进，除了能从源头上阻止污染的产生、减少实验过程中的污染外，还能使学生养成良好的实验习惯、增强环保意识、牢固树立绿色化学理念，还能培养学生从事绿色化学研究与开发的能力，使他们成为未来的“绿色化学家”，把绿色化学理念传递给全人类。

2 滴定分析化学实验绿色化教学改进

结合具体实验教学，对滴定分析化学实验部分从整体上进行了绿色化改进。以《分析化学实验》教材为例［6］。

2.1 优化实验安排，减少中间环节的药品用量，实现实验教学安排“绿色化”

实验教材在编排上只考虑各个实验的独立性，基本上没有考虑现代环境保护的要求。在滴定分析实验中，每次实验都要求将滴定管、移液管润洗三次，润洗后的溶液变为废液，同时，每次实验后剩余的溶液也成为废液。对于内容相关的几个实验，如果各个实验独立进行，势必造成废液处理工作量的加大和环境污染的加重。对原教材独立进行的实验，依据其实验内容的相关性进行组合，将内容相关的几个实验安排在一起进行实验，如:①NaOH标准溶液配制和浓度的标定实验与铵盐中氮含量的测定(甲醛法)实验组合;②HCl标准溶液配制和浓度的标定实验与混合碱的分析(双指示剂法)实验组合;③EDTA标准溶液的配制和标定实验与铅、铋混合液中铅、铋含量的连续测定实验以及水的总硬度的测定实验组合;④高锰酸钾标准溶液的配制和标定实验同高锰酸钾法测定过氧化氢的含量实验组合;⑤Na2S2O3标准溶液的配制及标定实验同间接碘量法测定铜盐中的铜实验组合。这样，既节省了时间，又减少了实验药品用量，同时还减少了环境污染，更在实验教学中培养了学生的环保意识和绿色化学观，可谓一举多得。

2.2 药品使用方面的绿色化教学改进

滴定分析化学实验中，有些实验废弃物对环境污染严重;有些实验所用药品价格昂贵。为了减少污染、降低实验成本，有必要从药品使用方面对这些实验进行绿色化改进。

铅、铋混合液中铅、铋含量的连续滴定实验中存在重金属铅和铋，有汞法测定铁矿石中铁的含量和无汞法测定铁矿石中铁的含量实验中用到K2Cr2O7，这几个实验涉及到铅、铋、汞和铬的污染问题。结合这几个具体实验，在开始实验前首先向学生介绍重金属元素污染的特点:一是在生物体内积累，其毒性随价态而异，且潜伏期长;二是它们不能被生物降解，故一旦污染了水体和土壤，就很难治理。因此应该采取有力的措施控制污染源。如何实现绿色化实验，减少环境污染呢?引导学生进行思考，可能的途径有:寻找无毒试剂替代;尽量减少试剂使用量;将毒性大的价态转化为毒性小的价态;废物循环利用等。

Na2S2O3标准溶液的配制与标定实验和间接碘量法测定铜盐中的铜实验，依据教材的设计，每次学生实验最低要消耗100 g/L的KI溶液60 mL。可溶性氯化物中氯含量的测定实验，依据教材的设计，每次学生实验消耗0.10 mol/L的AgNO3溶液将近150 mL。在实验进行前，结合这些实验告诉学生，目前，每克KI的市场价约为4元，每克AgNO3的市场价约为8元，每年有近200名学生做实验，学生通过计算了解到仅这三个实验中的KI和AgNO3两种药品将近耗费实验经费高达一万元。从这些具体数字引导学生思考药品价格贵的原因，一方面是资源稀缺，另一方面是生产难度大、能耗高等。为了保持社会的可持续发展，节省有限自然资源，减少环境污染，我们应该采取降低试剂使用量、试剂再生循环利用等措施。

在实验教学中，针对以上几个实验，教师和实验兴趣小组的学生以环保为目的，以能保证测定结果的精密度和准确度为标准，确定各实验中药品的最低使用量或最低浓度。依据绿色化学实质性要求，针对具体实验采取了以下绿色化改进措施。

2.2.1使用无毒试剂

用SnCl2－HgCl2－K2Cr2O7法测定铁矿石中铁含量简称有汞法测铁，该方法成熟，准确度高。但由于使用了HgCl2，将有害元素汞引入环境，造成环境污染，因此将此方法弃而不用，选用SnCl2－TiCl3－K2Cr2O7无汞法测铁，从而避免了有汞法测铁对环境的污染。

2.2.2 尽量减少试剂使用量

(1)在铅、铋混合液中铅、铋含量的连续滴定实验和无汞法测定铁矿石中铁的含量实验中，通过摸索采取了将待测试样用量减少到教材原定用量的一半的措施，即铅、铋混合液的用量由教材规定的20.00 mL改为10.00 mL，铁矿石用量由教材规定的0.2 g改为0.1 g，其他药品用量相应减少到原用量的一半，实验同样能达到精密度和准确度的要求。

(2)针对硫代硫酸钠标准溶液的配制与标定实验、间接碘量法测定铜盐中的铜实验，摸索实验条件结果发现:在Na2S2O3标准溶液的配制与标定实验中，将Na2S2O3的浓度由教材规定的0.10 mol/L降低到0.020 mol/L;将间接碘量法测定铜盐中的铜实验中CuSO4·5H2O的称取量由教材规定的0.50～0.60 g改为0.10～0.12 g;两个实验中每个样中100 g/L的KI溶液加入量改为原来的五分之一，其它所用试剂同比例变为原教材的五分之一。实验结果能达到常量分析的要求，而实验成本却大大降低。

(3)可溶性氯化物中氯含量的测定实验所用的AgNO3试剂价格很高，且银属重金属元素，不仅资源稀缺而且会造成环境污染。若按教材规定，硝酸银的用量将很大，不仅造成环境污染，而且实验成本很高。为此对实验进行了改进，借用了水质分析实验中氯离子含量测定的方法，将该实验的常量分析改为半微量分析。在实验中，0.10 mol/L的AgNO3溶液改用微量滴定管装，基准试剂NaCl和含氯试样的称取质量改为教材规定用量的十分之一，进行实验的结果表明，实验数据基本能达到常量分析的要求。

通过尽量减少试剂使用量，一方面减少了药品的浪费，另一方面也相对减少了废弃物的处理工作量、减少了对环境的污染。

2.2.3 加强废弃物的利用和循环再生利用

在化学实验过程中产生废物排放是不可避免的。但是通过重视废弃物的回收利用，变废为宝，减少环境污染，可以培养大学生的绿色化学意识和环境保护意识。针对滴定分析化学实验过程中产生的不同废弃物，可依据其性质和特点采用不同的处理方式加以利用:

(1)将学生实验后剩余标准溶液先集中回收，然后再按如下方式加以利用:HCl，NaOH溶液，集中回收后再配置高浓度的HCl，NaOH溶液;KMnO4溶液，调整浓度后可以做定性试剂使用或作为氧化剂用于处理其它废液;Na2S2O3溶液，作还原剂处理其它废液。

(2)针对铅、铋混合液中铅、铋含量的连续滴定实验，学生实验后，将废液进行集中回收，用硫化钠作为沉淀剂将混合废液中的铅、铋进行沉淀回收得到其硫化物，离心分离后再用稀硝酸溶解硫化物并控制硝酸用量，可得到铅、铋混合液，供下次实验使用。

(3)针对可溶性氯化物中氯含量的测定实验，将实验中产生的AgCl和废液中的Ag+用NaCl溶液转化为AgCl沉淀并进行离心分离回收，得到的AgCl用浓氨水处理将其转化为［Ag(NH3)2］+，在［Ag(NH3)2］+溶液中加入过量的氢氧化钠溶液使其转化为Ag2O沉淀，分离Ag2O沉淀后加硝酸得到硝酸银溶液供学生下次实验使用。

以上废液的回收和再利用均由学生兴趣小组完成，通过对滴定分析实验中产生的不同废液进行适当的处理然后再加以利用，节约了有限的自然资源和高校有限的实验经费，培养了学生的节约意识和环保意识。

2.2.4 加强对废弃物的无害化处理，达标排放

Cr在水环境中的存在形态主要是三价铬和六价铬，针对废弃的K2Cr2O7废液中含有毒性强烈的Cr(Ⅵ)，其处理方法就是将毒性大的价态转化为毒性小的价态。在实践教学中除了对滴定完后剩余的K2Cr2O7溶液进行再利用外，还启发学生利用Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)在不同氧化还原条件下可以互相转化的原理进行无害化处理。将废酸、废铁与含铬的废液混合放置数日，在酸性条件下将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)，废液由黄色变为灰绿色后，加入消石灰使Cr3+转化为Cr(OH)3沉淀，分离沉淀，达标后排放废液。

通过对废液的无害化处理，使学生懂得在今后的学习和工作中，要特别重视废弃物的有害性，对于有害物质必须先进行无害处理，然后才能向大自然排放，这样才能做到保护环境。

3 结语

滴定分析化学实验绿色化教学改进实践表明:进行绿色化教学改进有利于学生实验技能的培养，有利于学生创新能力的培养，有利于学生综合素质的提高;通过“绿色化学”在滴定分析实验教学中的渗透，能激发学生学习化学的兴趣，能增强学生的环保意识，树立牢固的绿色化学观。同时，实验所耗药品经费比教学改进前大大减少，既提高了资源利用率，节约了开支，又实实在在地降低了化学实验对环境的污染。

［1］马志成.在高中化学实验中培养绿色化学观的教育探索［J］.天津师范大学学报(基础教育版)，2009，10(1):44－47.

［2］张康华，曹小华，谢宝华，等.化学实验教学与绿色化学教育［J］.实验室研究与探索，2010，29(5):123－125，139.

［3］徐常龙，曹小华，刘新强，等.绿色化学实验设计初探［J］.实验技术与管理，2009，26(11):137－139.

［4］姚宁.绿色化学的应用与发展［J］.化学工程与装备，2008，(4):111－113.

［5］曾懋华，龙来寿，赵三银，等.高校化学实验教学中药品使用的5R原则探讨［J］.实验室研究与探索，2010，29(8):343－345.

［6］华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学，等.分析化学实验(第三版)［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［责任编辑刘景平］

Exp loration into the Green Chem istry Teaching in Titration Analytical Chem istry Experiments

LIU Shun－zhen，WEIYan－song
(1．College of Chem istry and Life Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning，Guangxi530001;2．Department of Chem istry and Life Science，Hechi University，Yizhou，Guangxi546300，China)

In view of the current situation of environment pollution，it is necessary to cultivate college students’green chemistry concept through the chemical experiments．According to the concept of green chemistry，the cultivation of college students’green chemistry concept is explored and discussed in teaching reform of titration analysis chemistry experiments in order to enhance college students’consciousness of environment protection．

titration analysis;analytical chemistry experiment teaching;green chemistry concept

book=0,ebook=78

O652.1

A

1672－9021(2012)02－0029－04

刘顺珍(1966－)，女，广西桂林人，广西师范学院化学与生命科学学院实验师，主要研究方向:分析化学实验教学。

2012－02－17