地方应用型高校无机化学实验绿色化、集约化研究

亓昭鹏，王溪溪，陈　龙，关婷婷，黄良芳

（黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山245041）

地方应用型高校无机化学实验绿色化、集约化研究

亓昭鹏，王溪溪，陈龙，关婷婷，黄良芳

（黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山245041）

近年来，化学污染与环境保护已逐渐引起了人们的关注，探讨和推行实验绿色化、集约化已成为高校化学实验教学改革的必然趋势。结合黄山学院无机化学实验教学的实际情况，分析了无机化学实验绿色化、集约化的必要性、可行性，介绍了无机化学实验教学中的一些具体措施和方法，旨在保障化学实验教学效果的前提下，尽量减少实验污染，提高学生的环保责任意识。

无机化学实验；绿色化；集约化；环境保护

化学是一门以实验为基础的自然科学，著名化学教育家戴安邦院士曾指出：“化学实验室是实施全面化学教育最有效的场所”。在高校化学化工各专业教学中，化学实验教学占有较大的比例，通过化学实验教学，可以训练学生熟练掌握基本的化学操作技能，提升学生独立思考、分析问题、解决问题的能力，为他们以后从事化学相关行业打下良好的基础。因此，切实做好化学实验教学，对培养具有扎实化学实验基础，具有独立、协作以及科学创新能力的人才具有重要意义［1］。然而，在具体开展化学实验教学的同时，化学污染尤其是高等学校化学实验污染还没有引起足够的重视。在高校及科研院所里，由于教学和科研的需要，每天都有大批学生及研究人员进行着各类化学实验，使用的化学药品种类繁多，消耗量大，而且大部分具有腐蚀性、毒性，实验过程中产生的“三废”，即废液、废气、废渣等如果直接排放，日积月累必然会对环境造成极大污染。因此，防治化学实验污染，已是刻不容缓。

黄山学院定位为地方应用型本科院校，2015年成功获批安徽省地方应用型高水平大学建设项目，正处于转型和发展的关键时期。目前，化学化工学院设有应用化学、制药工程、化学工程与工艺、材料科学与工程4个工科专业，这4个专业均在第一学期开设无机化学实验课程，如何开好大学第一门实验课，对于培养学生良好的实验习惯，严谨的科学态度，提高学生的环保责任意识等将产生重要影响。本文将结合我校无机化学实验教学的实际情况，针对无机化学实验绿色化、集约化的必要性、可行性等，介绍在无机化学实验教学中的一些具体措施和方法。

1　树立绿色化学理念、环保意识

绿色化学是上世纪90年代初由美国化学会最先提出的，Anastas教授将之定义为：“在设计、制造和应用化学品时，应运用一系列原理尽可能减少或消除有害物质的使用或生成”［2］。它又可以具体阐释为所谓的绿色化学十二条原则，即预防废物，原子经济，低危害化学合成，设计安全的化学品，安全的溶剂和助剂，能源效率，可再生给料，减少衍生物，催化，降解，实时分析预防污染，安全化学。把绿色化学理念融合到化学及实验教学中，是当今化学教育的一个重要课题，也是高校化学实验教学改革的必然趋势。

无机化学实验是大学化学实验的第一门必修基础课，对于大部分大一新生来讲，可能是首次真正意义上的接触化学实验，因而要十分重视无机化学实验的第一堂课。在开设的第一个无机化学实验里，除了认知基本实验仪器以外，重点进行安全教育，加强学生的绿色化学理念、环保责任意识，并将这种理念贯穿于整个无机化学实验课程体系中，希望通过教育，使学生在今后的学习、生活、工作中能够将良好的习惯和意识保持下去，受益终身。例如在多年的实验教学实践中，搜集了有关化学实验安全操作、仪器规范使用操作、环境污染与保护等相关视频，以及一些典型的实验事故教训等，针对一些易犯的错误或不妥当的做法，和学生进行讨论和交流，使他们认识到化学品的危险性及危害性，引导学生学习减少污染、治理污染的方法，从而培养学生良好的实验习惯及绿色环保意识等。

2　推进化学实验绿色化、集约化

绿色化学是最高层次的化学，由传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从 “粗放型”向“集约型”的转变。化学实验绿色化、集约化是在绿色化学这一全新理念的指导下构建的化学实验新方法和新体系［3，4］。开展并推广化学实验教学的绿色化、集约化，不仅符合黄山学院的办学定位，符合国家厉行节约、杜绝浪费的方针政策，而且还能最大程度的减少环境污染，增强化学相关人员的环保意识。

2.1优化实验设计和内容

以绿色化学理念为指导，在符合教学目标的前提下，改进和优化实验内容，尽量开设低毒、无毒的实验，或寻找替代品。对于实在无法避免的实验，采用降低实验用量的办法，尽量减少实验对环境造成的污染。例如我们在开设的“溶液的配制和天平的使用”实验中，选用了一些如盐酸、醋酸、氢氧化钠、碳酸钠等试剂，并尽量降低其配制浓度，对实验结束后产生的废液做互相中和处理。在“醋酸解离常数的测定（pH法）”实验中，对课本上所要求的分别移取5.00，10.00，25.00mL0.1mol·L-1标准醋酸溶液稀释至 50.00mL进行了优化，即改为分别移取5.00，10.00，15.00mL进行稀释，最后需要测定的0.1mol·L-1标准醋酸溶液的量也由 50.00mL改为10mL，即可满足酸度计pH值的测量。相应地，在“酸碱反应与缓冲溶液”实验中，缓冲对组分各取5.0mL即可满足酸度计pH值的测量（课本中为各取10.0mL缓冲对组分）。在“氯化钠的提纯”实验中，我们将氯化钠的起始量减半为4.0g，所需其它试剂的量也相应减半，同样取得了相同的教学效果。这样预算下来，可以减少一半以上的试剂用量，大大减少了化学实验对环境的污染。在“硫酸亚铁铵的制备及定性分析”实验中，使用废铁丝、废石棉网、废铁屑等作为起始原料，变废为宝，同样减半反应用量以减少污染，并在硫酸溶解铁屑环节增加了废气吸收装置，即在锥形瓶口加直形干燥管，并在其中放置经碳酸钠溶液浸过的棉花球以吸收H2S、PH3等酸性有毒气体等，大大减少了有毒气体的排放。对于“氧化还原反应”实验中涉及到的铅树实验，考虑到重金属离子的污染性，改为教师演示、学生观摩等方式。在保证正常开展实验及达到预期实验结果的前提下，通过这一系列举措，不仅减少了对环境的污染，而且在潜移默化中培养了学生节约、环保的良好习惯，达到了较好的教学效果，得到了学生一致肯定和支持。

2.2推行化学实验微型化

微型化实验是指在微型化的仪器装置中进行的化学实验，是上世纪80年代从美国发展起来的一种实验方法，其试剂用量比常规实验节约90%以上。基于对实验室安全、环境保护、实验效果、经济效益等综合考虑，近年来化学实验微型化在国内外得到了较广泛的认可和使用，也必将成为高校化学实验改革的主要方向之一［5］。我们在“酸碱反应与缓冲溶液”实验中的同离子效应，“氧化还原反应”实验，以及“元素性质”等实验中，采用点滴板来代替常规的试管进行实验。例如在酸度对氧化还原反应产物的影响实验中，使用点滴板，在已加有2滴0.01mol·L-1高锰酸钾溶液的3个空穴中，分别加入2滴1mol·L-1硫酸、蒸馏水、1·mol·L-1氢氧化钠溶液，混合均匀后，再依次加入几滴0.1mol·L-1亚硫酸钠溶液，即可观察到3个空穴的颜色由最初的紫红色依次变为无色、棕色沉淀、绿色。在利用四氯化碳萃取碘单质时，只需要加入4、5滴即可清楚的观察到紫红色产物。区别于常规实验的几毫升用量，该类定性实验只需数滴试剂，即可观察到明显的实验现象，不仅大大减少了实验污染，而且节约了药品，提高实验的安全性。

2.3合理处理化学实验“三废”

在实验过程中，不可避免的会产生一些有毒的气体、液体和固体，有些化学“三废”排放看似微不足道，然而如果听之任之，日积月累，必定会对环境造成严重的影响。如何妥善处理“三废”使之达到排放标准以尽量减小对环境的危害是摆在化学工作者面前的一个难题，也是每一个化学工作者义不容辞的责任和义务［6］。然而目前人们对于实验室“三废”的处理及回收意识还比较模糊、淡薄，例如有同学随意将废液、火柴梗、废纸等倒入水池，对于实验过程产生的有害废气也没有进行合适的尾气吸收处理等，造成环境污染，并进一步损害人体健康。针对这些问题，我们在实验过程中注重从小处着手，言传身教，培养学生良好的实验习惯，指导学生学习对“三废”进行科学的分类处理。如酸液、碱液要中和后排放；废铬酸洗液可用高锰酸钾氧化法使其再生循环使用；有机废液与无机废液必须分开存放；对于含重金属离子的废液等，加碱或硫化钠等让其变成难溶氢氧化物或硫化物沉淀并分离处理；打坏温度计不慎洒落金属汞，可尽量收集并用硫磺粉覆盖转化；实验中产生的有毒废气，应该根据其性质采取相应的措施进行吸收处理等。通过这些措施，使学生在实验过程中逐渐掌握科学的“三废”处理方法，并养成良好的实验环保习惯。

3　结束语

在国家倡导全民厉行节约的背景下，探讨和推行化学实验的绿色化、集约化，不仅能节约大量的实验药品，降低学校的办学成本，而且能够最大程度的减少环境污染，同时能够培养和提高学生的绿色环保、责任意识和综合素质，是高校化学实验教学改革的必然趋势，因而具有重要的理论研究意义和实际应用价值。当然，高校化学实验绿色化、集约化是一个系统工程，也是一个全员工程，需要各级领导、老师的共同重视和努力，从小处做起，带动学生，言传身教，在提高化学实验教学质量的同时，为节能减排、绿色环保做出贡献。

［1］大连理工大学无机化学教研室.无机化学实验［M］.北京：高等教育出版社，2007：1-213.

［2］Anastas P T，Warner J C.Green Chemistry：Theory and Practice［M］.New York：Oxford University Press，1998：1-30.

［3］巴哈提古丽，陈慧英，李转秀.绿色化无机化学实验教学探索［J］.中央民族大学学报，2010，19（3）：86-89.

［4］李红喜，郎建平.无机化学实验教学改革的探索与实践［J］.苏州大学学报，2011，27（4）：92-94.

［5］陈建平，黄月琴.浅谈淮南师范学院无机化学实验教学的绿色化［J］.淮南师范学院学报，2011，13（3）：90-91.

［6］徐飞，李生英，张梅，等.大学无机化学实验中“三废”的绿色化处理［J］.实验室科学，2008（2）：170-173.

责任编辑：胡德明

An Investigation into the Greening and Intensivism of Inorganic Chemistry Experiments in Local Applied Universities

Qi Zhaopeng，Wang Xixi，Chen Long，Guan Tingting，Huang Liangfang
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Huangshan University，Anhui Huangshan 245041）

Inrecentyears，extensiveattentionhasbeenattractedtochemicalpollutionand environmental protection.Exploring and practicing the greening and intensivism of inorganic chemistry experiments have become the trend for chemistry teaching innovation in universities.This paper analyzes the necessity and feasibility of inorganic chemistry experiments greening and intensivism，and introduces some specific methods，aiming to reduce experiment pollution and improve the students’consciousness of environment protection with the guarantee of good teaching effect.

inorganic chemistry experiment；greening；intensivism；environment protection

G642

A

1672-447X（2016）03-0119-003

2015-08-31

安徽省教育厅教学研究项目（2013jyxm214）；黄山学院教学研究项目（2012JXYJ22）；安徽省教育厅自然科学研究项目（KJ2015A259）

亓昭鹏（1979-），山东莱芜人，博士，黄山学院化学化工学院副教授，研究方向为无机功能材料。