浅谈化学实验命题绿色化的七个方向

山东 孙 晶

化学是一门以实验为基础的学科，实验在化学教学中占有重要地位。化学实验过程中总是伴随气体、液体或固体物质生成，这些产物中相当一部分涉及了有毒或有害物质，会造成环境污染。绿色化学实验的目标不是被动地治理污染，而是主动地减少和消除污染，化学高考命题正在悄然向以下七个方面进行倾斜与侧重。

一、微

“微”即在保证实验现象明显的前提下，减少实验药品的用量。它包含两层意义：一是采用微型化实验，即在微型的仪器中进行实验。二是采用微量化实验。常规实验的小量化是在不改变实验方法、实验操作的前提下，采用常规的小容量仪器，使药品用量减量。如物质的量浓度溶液配制实验时可将500 mL容量瓶改为100 mL容量瓶；浓硫酸的脱水性实验蔗糖的用量可减半；学生实验均可采用小试管进行等。微型化、微量化实验是采用非常规的微小装置、微小用量进行实验。

选项实验现象结 论A滴有KSCN的FeCl2溶液变红色Cl2具有还原性B滴有酚酞的NaOH溶液褪色Cl2具有酸性C石蕊溶液先变为红色后褪色Cl2具有漂白性D淀粉KI溶液中变蓝色Cl2具有氧化性

解析：将浓盐酸滴在KClO3晶体上，并用表面皿盖好，这时由于浓盐酸与KClO3晶体反应生成的Cl2弥漫在“密闭”的表面皿内，Fe2+被氧化成Fe3+，而使KSCN溶液显红色，说明Cl2具有氧化性，A错。B中的红色褪去有两种可能：①Cl2与NaOH反应，消耗NaOH使碱性减弱，酚酞褪色；②HClO有强氧化性、漂白性，因而酚酞褪色。并非Cl2具有酸性之故，B错。C项中与B相似，且干燥的Cl2无漂白性，C错。

答案：D

二、组

“组”就是将几个实验组合在一起，这样既节约了时间又减小了污染。如：氯气的制备和性质实验、卤素间的置换反应实验、二氧化硫的制备和性质实验等，都可以把它们组合在一起进行命题。

例2如图所示，在注射器中加入少量Na2SO3晶体，并吸入少量浓硫酸(以不接触试纸为准)。则下列有关说法正确的是 ( )

A．蓝色石蕊试纸先变红后褪色

B．品红试纸、滴有KMnO4溶液的滤纸均褪色证明了SO2的漂白性

C．NaOH溶液可用于除去实验中多余的SO2

D．湿润淀粉KI试纸未变蓝说明SO2的氧化性强于I2

答案：C

三、封

“封”就是使有毒气体的制备和性质均在一个密闭的体系中进行。如：用塑料注射器进行Cu和浓、稀HNO3的反应；用塑料注射器贮存少量有毒气体；P、Cu、H2在Cl2中燃烧；白磷和红磷相互转化；氯水的漂白性等实验均可用橡皮塞“封”。

例3“封管实验”具有简易、方便、绿色环保等优点，观察下面四个“封管实验”(夹持装置未画出，①②③均为微热条件)，判断下列说法正确的是 ( )

A．加热时，①上部汇集了固体NH4Cl，说明NH4Cl的热稳定性比较好

B．加热时，②③溶液均变红，冷却后又都变为无色

C．④中，浸泡在热水中的容器内气体颜色变深，浸泡在冰水中的容器内气体颜色变浅

D．四个“封管实验”中所发生的化学反应都是可逆反应

答案：C

四、代

“代”也包含两层意思：一是借用多媒体手段代替做实验。对一些污染比较严重的(如苯的溴代反应和硝化反应)、操作比较复杂且需时较长的实验(如石油的分馏、石油的裂化、煤的干馏)均可用实验录像或者动画模拟代替实验，既能省时、省料、不污染，又能观察到明显的实验现象，达到同样的实验效果。二是寻找代用品，降低实验成本，但不影响实验效果。如用塑料药片板代替井穴板；用鸡蛋壳代替碳酸钙制备二氧化碳；用废电池上的电极代替锌制氢气、代替二氧化锰制氯气等，充分利用废物，培养学生的环保意识、经济意识，树立绿色化的观念。

例4充分利用能源、提高原子利用率、减少向环境排放废弃物等都是绿色化学基本要求。①在有机实验中，用溴的四氯化碳溶液代替溴的水溶液；②用稀硝酸代替浓硝酸溶解、回收含银镜试管里的银；③用水浴加热代替直接用酒精灯加热；④接触法制硫酸中采用“热交换器”，利用余热预热冷原料气和烧水；⑤工业合成氨中分离产物得到氢气和氮气再循环使用；⑥电解法冶炼钠和镁，选择电解氯化钠和氯化镁，不电解对应的金属氧化物。上述主要不是从绿色化学角度考虑的是 ( )

A．①③ B．②④

C．⑤⑥ D．③④

解析：②可减少环境污染；④接触法制硫酸采用热交换器，提高热量利用率；⑤氢气和氮气循环使用，提高原料利用率；⑥钠、镁二种元素的氯化物熔点低于对应氧化物的熔点，节约能源。②④⑤⑥是从绿色化学角度考虑的。①用溴的四氯化碳溶液代替溴水，避免溴与水发生反应，防止副产物对反应干扰；③水浴加热使受热容器均匀受热、便于控制温度。①③不是从绿色化学角度考虑的。

答案：A

五、改

“改”即改进某些排放有害物质的实验，使有害物质转化为无害物质，甚至是有益的物质；或使某些操作复杂的实验变得简单，提高实验的成功率。如铜和浓硫酸反应的实验，可将铜片改为铜丝，通过抽提铜丝，使铜丝及时脱离反应体系，减少铜的消耗量和SO2的生成量；未反应的铜丝可反复使用，大大减少了铜的用量及实验的准备工作。另外将产生的SO2通入品红溶液改为将浸有品红试液的滤纸直接放入Cu与浓H2SO4反应试管的中部，试管口塞一团浸有饱和Na2CO3溶液的棉花球，装置简单(省去了铁架台、铁夹、带塞的导管)、操作方便(用试管夹夹住试管，试管移动方便)、现象明显。再如可将钠与水反应的实验作如下改进：将钠投入盛有煤油和水(滴有酚酞)的培养皿中，上面扣一个倒置的漏斗收集气体，检验生成的气体，实验安全，现象明显，成功率接近100%；这样避免了钠与水反应剧烈而可能发生的危险，且随时可将未反应的钠从培养皿中取出，重新放入煤油中保存，节省药品。

例5绿色化是化学实验追求的目标。《化学教育》刊载了创新设计“钠在空气中燃烧实验”装置(如图所示)。下列对于该实验的描述错误的是 ( )

A．使用凹形载物片承载钠的目的是防止钠燃烧时炸裂试管

B．解决了钠在空气中燃烧产生浓烟造成污染

C．钠先反应放热，然后钠受热熔化

D．观察到黄色火焰和生成淡黄色固体

解析：本实验的改进体现了绿色化学要求，不会产生浓烟污染环境。因为凹形载物片承载钠，钠燃烧时不会炸裂试管。气唧鼓入空气，支持燃烧，会使现象更明显。钠熔点低，在空气中燃烧时先熔化，后与氧气反应。

答案：C

六、换

“换”即在不影响实验效果的前提下，寻找一些无毒害药品来替换有毒害药品的使用，寻找一些对环境无影响的药品来替换对环境影响较大的药品使用。如溶液的导电性实验，其中盐酸和氯化钠在通电时会产生有害的氯气，可把它换为NaNO3和HNO3等。

例6烧碱的制备，在20世纪70年代常用水银法，此法通过钠汞齐(Na·nHg)，得到的烧碱质量好，浓度高；目前已被离子交换法所取代。两种生产方法如图所示：

下列说法肯定不正确的是 ( )

A．水银法被淘汰，可能原因是汞毒性大，易造成环境污染

D．离子膜法烧碱在阴极生成，水银法烧碱在解汞槽中生成

答案：C

七、变

“变”包含两层含义。一是将有毒的物质变成无毒的物质。如可以用点燃的方法把CO转变为CO2；SO2、Cl2、H2S等可用氢氧化钠溶液加以吸收，使之转化为无毒的物质等。二是将废物变成有用的物质。如将实验室制氨气后的氯化钙固体进行回收，作为干燥剂使用；将碘的四氯化碳溶液进行回收提取碘；用废热水瓶胆制AgNO3溶液等。

例7某研究性学习小组拟从实验室含碘废液中进行回收碘，制订两种方案提取，他们的实验方案如图所示：

试回答下列问题

(1)方案一，说明废水含有单质碘可用的试剂是_______________________________________。

(2)方案一，步骤③反应的方程式为_______________________________________。

(3)方案二，用H2O2溶液而不用氯气，理由是_______________________________________。

(4)方案二，步骤⑤的名称是_______________________________________。

(5)方案二，蒸馏时用到的玻璃仪器，除接受器、锥形瓶、酒精灯外，还缺少的玻璃仪器有_______________________________________。

(6)测定产品中KI的纯度，用到的试剂有KIO3、稀硫酸、淀粉及标准的Na2S2O3溶液，请写出前两种试剂的作用，用离子方程式表示：_______________________________________。