化学实验中绿色化学教学探索

张泽志，卢培浩，高霞

(1.河南教育学院应用化学重点学科组，河南郑州450046;2.河南质量工程职业学院食品与化工系，河南平顶山 467000)

化学实验中绿色化学教学探索

张泽志1，卢培浩2，高霞1

(1.河南教育学院应用化学重点学科组，河南郑州450046;2.河南质量工程职业学院食品与化工系，河南平顶山 467000)

从加强“绿色化学”观念、采用多媒体辅助实验教学、优选实验、推行微型化学实验等方面，对化学实验中绿色化学教学进行了探索，认为教师应积极倡导绿色化学理念，促进化学实验的绿色化教学改革.

绿色化学;多媒体辅助实验教学;优选实验;微型实验

绿色化学又称环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)或环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry).绿色化学是在绿色化溶剂或无溶剂的条件下，利用生物资源或绿色化原料，通过绿色化能源、绿色化催化剂和绿色化技术，以最经济、最清洁、最安全的方法生产绿色化产品，实现废物零排放，最终实现过程的绿色化.理想的原子经济反应将原料中原子全部转化为产物，反应过程不产生副产物或废物，达到废物“零排放”［1－3］.

1 加强“绿色化学”观念

教师在理论教学或实验教学中要时刻向学生灌输绿色化学观念，树立环保及可持续发展意识，使绿色化学观念和意识贯穿于整个教学实验过程中.要做到这些，化学教育工作者首先要加强绿色化学意识，树立可持续发展的观念，在教学实验活动中养成减少对教学资源的浪费和降低环境污染的习惯，告诉学生怎样妥善处理化学实验废弃物，最大限度地减少污染物排放.某些化学实验会产生一些对环境及人体有毒害物质，一些学生考虑其数量少和处理麻烦，往往不加处理而随手倒入水槽冲走，没有意识到这些物质对实验室管道和实验环境造成的污染，在思想上没有引起足够的重视.这些做法对学生环保意识和绿色化学观念的培养非常不利.因此，教师在实验过程中要严格要求学生对实验废弃物进行回收和无害化处理，这不仅可以变废为宝，更重要的是能够培养学生良好的实验习惯，增强绿色环保意识.

其次，要从“粗放型”传统化学实验转变为“集约型”绿色化学实验，沿袭了几十年的“粗放型”化学实验教学内容、教学方法已不能适应现代化的教学要求.这就要求教师在选择、设计及安排实验内容时，应尽可能采用无毒无害的原料，从源头上减少污染物的产生，对实验项目进行无害化设计，对实验所用的试剂、催化剂及工艺条件进行优化改进，这是保证实验过程绿色化的前提.例如，传统己二酸合成方法包括环己烷两步氧化，第一步在过渡金属离子催化下用氧气将环己烷氧化为环己醇和环己酮，第二步用浓硝酸氧化环己醇、环己酮得到己二酸.在第二步会产生大量的CO、NOx和N2O等有害气体.考虑到过氧化氢属于绿色氧化剂，价格低廉，其反应产物为水且反应后处理容易.因此，为减少污染实现该过程的绿色化，可在催化条件下利用过氧化氢溶液代替浓硝酸将环己酮氧化为己二酸，该方法具有回收率高、不使用有机溶剂且反应体系中不存在任何卤化物等绿色化学特点［4］.

2 采用多媒体辅助实验教学

改进现有教学实验方法和技术，开发新型绿色化学教育手段和途径.传统的化学实验需要消耗较多实验原材料，一些容易引起爆炸的或使用有毒有害药品的实验，可能给师生身体健康带来极大的危害，且对环境造成较大的破坏，将多媒体教学技术应用于化学实验教学，既克服了实验条件的限制，又能节约仪器和实验材料，减少化学实验对环境造成的污染，真正实现“零排放、零污染”.这是化学实验教学实现绿色化的重要途径之一，对推进化学实验绿色化具有积极意义.例如，浓硫酸的稀释实验课堂上一般只演示正确的操作，对错误操作只进行分析讲解.利用多媒体可以演示水滴入浓硫酸的错误操作，清楚地观察到浓硫酸液滴飞溅的现象，这种演示不仅可以使学生对错误操作带来的危害加深了解，同时也减少了环境污染.再比如拉瓦锡法测定空气中氧气含量的实验，氧化汞分解后生成的是有毒汞单质蒸汽，而且反应需要高温，实验难度大、污染重，若采用多媒体就很容易将其原理和现象解释清楚.

3 优选实验

美国Oregon大学早在1997年就把绿色化学引入化学实验教学，通过整合、优选传统化学实验，开发了一系列绿色实验，这些绿色实验在操作过程中显著地减少有害废物的产生，减少了对健康和环境的影响，为实验者提供了安全的实验环境.

在不影响培养学生知识结构和实验操作能力的前提下，可以删除目前化学实验教材中重复或交叉安排的毒性较大的实验.对那些难以避免有害物质排放的实验，通过优化改进实验方案，可以消除或减少污染，实现绿色化学.例如，酸碱标准溶液的配制和浓度比较实验，若采用浓盐酸，因其挥发性产生大量酸雾会造成实验环境污染，若采用低浓度盐酸溶液，其污染程度会大幅降低甚至无污染产生.再如，铁矿石中铁含量的测定实验，经典方法是用HgCl2氧化过量的SnCl2以除去Sn2+的干扰，但会造成环境污染，采用无汞定铁法，则可以避免测定过程污染的产生［5］.

4 推行微型化学实验

微型化学实验是目前国际上公认的体现绿色化学理念的一种化学实验方法，它基于化学实验安全性和环保性目的，利用微型化实验装置，用尽可能少的药品实现化学实验.我国紧跟世界微型化学实验发展的前沿，1988年组建了国内第一家有关课题协作组开展了大学一年级化学微型实验课题研究，1992年两套微型实验仪器通过部级鉴定并批量生产，《微型化学实验》教材作为推广微型化学实验的配套教材正式出版［6］.

微型化学实验是绿色化学倡导节约原料和减少污染新理念在化学实验中较为具体的体现.微型化学实验体现了绿色化学的减量原则，试剂用量一般为常规用量的1/10甚至低至1‰，有效地降低了实验费用及化学废弃物对环境污染，增强了化学实验的安全性.传统大学基础化学实验中气体(如Cl2、H2S、NO2等)的制备与性质实验所占比例较大，多为有毒气体污染环境，通风不畅时还可能导致中毒事故发生，这些安全隐患给实验者造成心理影响.微型化学实验避免了实验环境污染，可使“三废”降至最低，更为重要的是增强了学生的节约意识和环保意识，同时在一定程度上改善和缓解这些心理影响［7］.

多年的微型化学滴定实验表明［8－9］，微型滴定分析方法可行、准确可靠，对有毒试剂实验，如重铬酸钾滴定实验，微型化能够明显降低对环境造成的污染.当然，微型滴定比常规滴定需要更加细致的操作，要求学生具有更为规范的实验水平.因此，推行微型化学实验不仅减少环境污染，同时还有利于提高学生的实验技能.需要强调的是，微型化学实验不能简单看做常规化学实验的微缩，更不是对常规实验的补充和替代，它是绿色化学新理念对常规化学实验进行改革与发展的必然结果.

总之，化学实验是化学基础学科赖以形成和发展的基础，与环境的联系十分密切.实验过程往往会产生、排放一些有毒害物质，对环境造成危害和污染.把绿色化学的思想融于化学实验，不仅有效降低化学实验成本，减少或消除环境污染，而且使学生在实验中体会到绿色化学理念，树立良好节能环保意识，有利于学生实验技能的培养和综合素质的提高.因此，教师在化学实验及其教学过程中，应该积极倡导绿色化学理念，努力培养学生绿色化学思想，促进化学实验的绿色化教学改革.

［1］王福安，任保增.绿色过程工程引论［M］.北京:化学工业出版社，2002:20－28.

［2］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.

［3］郑会勤，李成未，李珂，等.绿色过程工程在化工和化学实验教学中的应用探索［J］.河南教育学院学报:自然科学版，2011，20(4):62－64.

［4］张敏，魏俊发，白银娟，等.用双氧水绿色氧化环己酮合成己二酸的研究［J］.有机化学，2006，26(2):207－210.

［5］韩春亮，陆艳琦，张泽志.大学基础化学实验［M］.成都:电子科技大学出版社，2008:177－178.

［6］郭树荣.绿色化学与微型化学实验研究的回顾与展望［J］.内蒙古民族大学学报，2009，15(4):41－42.

［7］孙涛.微型化学实验与绿色化学［J］.科教文汇，2010(24):112－113.

［8］王洪英，方国春，王高波.微型滴定在定量化学分析中的应用［J］.大学化学，1996，11(5):38－41.

［9］陈伟珍，沈戮，黄美玲，等.微型滴定分析化学实验探索［J］.实验室研究与探索，2007，26(2):31－33.

Discussion on Green Chemistry in the Teaching of Chemistry Experiments

ZHANG Ze-zhi1，LU Pei-hao2，GAO Xia1

(1.Group of Applied Chemistry Key Discipline，Henan Institute of Education，Zhengzhou 450046，China; 2.Department of Food and Chemical，Henan Quality Polytechnic，Pingdingshan 467000，China)

Green chemistry in the teaching of chemistry experiments was discussed from different aspects such as the enhancement of the concept of green chemistry，the use of multimedia-assisted experimental teaching，the optimized experiments and the implement of micro-scale laboratory，and so forth.It suggested that teacher should strongly initiate the concept of green chemistry and promote green chemistry experiment teaching reform.

green chemistry;multimedia-assisted experimental teaching;optimized experiments;micro-scale laboratory

G642.0

A

1007－0834(2012)03－0071－02

10.3969/j.issn.1007－0834.2012.03.022

2012－04－28

河南省教育厅自然科学基金(2009B530004)

张泽志(1971—)，男，河南柘城人，河南教育学院应用化学重点学科组讲师.