借鉴“绿色化学”理念解决实验“三废”问题

黄媛

【摘 要】本文论述在“绿色化学”理念指导下通过设计迷你型实验，规范操作步骤，选取最佳材料，进行无害处理，开展模拟演示等手段，解决化学实验中的“三废”问题，培养学生绿色环保意识。

【关键词】绿色化学 三废问题 降低剂量 安全第一

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）01B-0142-02

随着生态环境的日益恶劣，人们越来越意识到环境保护的重要性。作为一线的教育工作者，教师在日常教学中也应当渗透绿色环保的理念，帮助学生培养绿色环保的意识，并避免或减少教学过程中的污染。在化学教学中，树立“绿色化学”理念，通过设计迷你型实验，规范操作步骤，选取最佳材料，进行无害处理，开展模拟演示等手段，解决化学实验中的“三废”问题，培养学生形成绿色环保的思维模式。

一、设计迷你型实验，降低剂量

许多化学现象或者相关产物的形成所注重的都是各反应物的比例而非剂量，因此，教师在进行实验教学时，可以在保证实验质量的情况下，尽可能少地使用化学试剂，或者尽可能通过一次反应展示多种现象，这样就可以降低实验用量，减少污染。

比如，在教学《富集在海水中的元素—— 氯》这一节时，笔者为学生讲解 Cl2 所具有的物理性质和化学性质，如其色态为黄绿色气体，有刺激性气味，有较强的氧化性，溶于水具有漂白作用等。为了加深学生对 Cl2 的有关性质的了解和掌握，笔者带领学生进行制备 Cl2 的实验。通过课堂上的学习，学生了解到，Cl2 是一种毒性气体，刺激性强，如果不慎吸入，将对人体造成巨大的危害。因此制造 Cl2 的过程要保证实验器具密封，并尽可能少地生产 Cl2，尽量减少其对环境的危害。于是在教学中，为了渗透“绿色化学”的理念，笔者为学生准备了少量的漂白粉[含 Ca（ClO）2+CaCl2]、稀硫酸以及小号的烧瓶、分液漏斗等，使学生通过反应 Ca（ClO）2+CaCl2+2H2SO4=2CaSO4+2Cl2↑+2H2O 制备氯气（Cl2）。这一反应的实验装置十分简洁，减少了 Cl2 在装置中的残留，使产生的 Cl2 更加集中。此外，由于发生反应的实验器具型号较小，因此不需生成太多氯气，学生也可观察到黄绿色气体充满了整个圆底烧瓶，对 Cl2 的颜色形成一个清晰的印象和认识。将其通到放有小的红色花朵的烧瓶中，学生可以观察到 Cl2 主要位于烧瓶底部，因为 Cl2 的密度比空气要大，并且红色小花很快就褪色成了淡黄色小花，这体现了 Cl2 的漂白作用。

从上面的例子可以看出，教师通过设计迷你型实验，合理配比并减少反应物剂量，既能获得显著的实验效果，又能减少废气等的产生，向学生渗透了“绿色化学”的理念，有助于学生养成保护环境的意识。

二、规范操作步骤，安全第一

几乎每年都有学校发生化学事故，造成环境污染，甚至人员伤亡。绝大多数的化学事故都是由不规范的操作步骤导致的，因此，教师在教学过程中要注意规范学生的操作步骤，做到安全第一，这也是“绿色化学”理念的重要体现。

比如，在教学《化学实验常用仪器、使用方法及药品的保存》这一课时，笔者为学生讲述了化学实验中常用仪器及其使用方法，以及特殊实验药品的保存。常用仪器的使用不仅在高考中经常考查，而且也是在实验过程中影响实验成败甚至人身安全的重要因素。试管是实验中经常用到的一种器具，但经常有学生会搞错它的使用方法。比如，在加热 H2O2 时加入的 H2O2 占到了试管的 ，这是非常危险的一种行为，在加热时液体最多占到试管的  才是正确的。量气装置和洗气装置也是学生经常弄混的两类装置，从导管位置上看，量气装置是气体从高出液面一端的导管进入，将广口瓶内的液体压入量筒中，从而得到生成气体的体积;而洗气装置则是气体从插入液面一端的导管进，从高于液面的导管出。如果把两种装置弄反的话，那么在量气时气体从液体中经过时被少量吸收，而洗气时气体难以完全经过时液体从而使残留在瓶中的一部分未经洗过，这都会造成气体的损耗，从而难以获得精确的结果。实验操作不仅仅是正确使用仪器这么简单，有时还需要在操作时采取辅助措施，以保证实验顺利进行。例如，CaC2+2H2O=Ca（OH）2+C2H2↑是制取 C2H2 的实验。但由于实验生成的 Ca（OH）2 微溶于水，可能会堵住疏导 C2H2 的导管的口，从而发生危险，因此可以将一点棉花塞在导管口附近，防止导管阻塞发生爆炸，并获得产物 C2H2。

化学反应是神奇的却也是危险的，只有规范操作，严格遵守实验步骤，才能安全高效地完成实验。这样做既不造成污染，又不伤害人身安全。这一点教师应当特别注意。

三、选取最佳材料，力求环保

许多同类的化学反应都有相似的反应产物和实验现象。利用这一點，教师在教学时可以选取最佳的实验材料，在保证实验效果的情况下，最大限度地减少废液废气等的产生，实现科学环保。

比如，在教学《化学实验基本方法》这一节时，笔者为学生讲述了蒸馏和萃取这两种常用的液体混合物分离以及提纯的方法、各种化学图标的意义等。这是学生学习高中化学的第一堂课，他们对这一切都充满了兴趣。本节课的重点在于蒸馏和萃取的操作，但笔者也为学生详细介绍了化学药品存放的注意事项，如易爆和不稳定物质要单独储存在阴凉处，剧毒物质要做好标记，易挥发物质要做好密封，在空气中易变质、易自燃的物质如钠、白磷等要存放于对应液体中，避免接触空气。笔者讲到白磷的存放时，学生非常好奇：“老师，我们知道白磷放在水中是为了防止它自燃，那么自燃到底是怎样一种现象呢？您能为我们演示一下吗？”考虑到白磷具有较大的毒性，而且它燃烧产生的 P2O5 实际上是 P4O10，会以烟的形式污染空气，危害人体健康，因此，笔者选用了另外一种材料，Mg2Si 进行演示。Mg2Si 不会自燃，但其遇水可发生水解反应，Mg2Si+4H2O=2Mg（OH）2+SiH4，生成的 SiH4 在水面上即可自燃，生成 SiO2 和水。在这个过程中，没有气体产生，生成的固体物质无毒而且易于处理，对环境的影响微乎其微。学生想要观察自燃现象，用 Mg2Si 代替白磷进行实验，既达到了观察自燃现象的目的，又不会对环境造成污染，可见选取最佳实验材料的重要性。

产生污染物的实验可以巧妙地用类似的实验替代，选取最佳的反应材料，可以获得相似的实验效果，并可以将其对环境的污染降到最小，解决“三废”问题，实现“绿色化学”。

四、进行无害处理，分解中和

在化学实验的过程中，很难避免某些污染物的产生。在这种情况下，教师应引导学生进行无害处理，处理好实验产生的“三废”。处理的过程大多也是化学反应的过程，中和反应等可以对废液、废渣等进行很好的处理。

比如，在教学《硫和氮的氧化物》这一节时，笔者为学生讲述了硫等非金属单质及其重要化合物的化学性质。为了加深学生对 SO2 的了解，笔者带领学生进行了 SO2 的相关实验。Na2SO3 和稀盐酸发生反应可以生成 SO2，即

Na2SO3+2HCl=2NaCl+H2O+SO2↑

学生通过以上反应获得 SO2 后进行实验探究，发现 SO2 易溶于水，而且能够使原来为紫色的石蕊试液变成红色，说明它是酸性氧化物。笔者又让学生将生成的 SO2 通入品红溶液中，学生发现这时溶液褪色了。这一现象了说明 SO2 的漂白性。但是静置一段时间后加热，学生发现溶液的颜色又恢复为红色。这是因为漂白反应发生后生成的物质不够稳定，受热易分解。这时学生回忆起来：“难怪我家的草帽现在都变黄了，当时肯定是用 SO2 漂白的，太污染环境了。”笔者继续说：“是啊，我们刚才已经学到了 SO2 等酸性气体对我们的环境会造成极大的危害，那我们实验产生的污染气体要怎样处理呢？可以直接排放到空气中吗？”学生齐声回答：“不可以。”然后笔者为学生准备了碱性溶液，学生也想到了，可以让酸性气体与碱性溶液发生中和反应，这样它就可以被吸收而不会被排放出来污染空气了。通过这一处理，学生也意识到了处理“三废”的重要性。

对实验产生的“三废”的无害化处理是实验的最后一个步骤，也是十分重要的一个步骤。这一步蕴含的化学原理可能并不复杂，但其渗透的“绿色化学”的理念将会对学生造成深刻的影响，也使环境得到保护。

五、开展模拟演示，替代高危

科技的发展使得化学实验教学摆脱了试剂不足、有毒有害等的限制。传统方式难以演示的化学反应，只需教师预置好实验数据，即可由计算机进行模拟展示。学生在模拟操作的过程中即可观察到相关的现象。

比如，在教学《氨  硝酸  硫酸》这一节时，笔者为学生讲解了氨气、硝酸、硫酸的化学性质。因为氨在工业中的广泛应用，这一节在整个高中化学中有着比较重要的地位。而在这一节的内容中，氨的学习尤为重要，因为在对氨的学习中，学生可以复习可逆反应，N2+3H2=2NH3，这一反应正向逆向同时进行，可逆反应是高考中常出现的一类题;还可以复习氧化还原反应，氨气和 Cl2 可以发生反应 3Cl2+8NH3=6NH4Cl+N2，氨气中的 N 被氧化;而且可以为后续氨盐等的学习打下基础。此外，NH3 具有极易溶于水的物理性质，因此有一个非常典型的喷泉实验。但由于氨气有强烈刺激性臭味，且会破坏血红蛋白的运氧功能，实验对密封性要求极高。为了保证学生的人身安全，笔者利用 Nobook 虚拟实验室为学生开展了模拟演示。学生可以通过鼠标对各个实验器材如烧瓶、酒精灯等进行模拟操作，认真体会每个步骤，并且在正确的操作后可以看到明显逼真的实验结果，即在水与 NH3 接触时引发喷泉。水中溶有酚酞，而氨溶于水生成氨水使酚酞呈现红色，因此喷泉颜色为红色。通过模拟实验，学生在安全的情况下体会到了 NH3 极易溶于水的性质。

有许多危险的实验受实验环境、用品等的限制，的确不宜在高中课堂中进行。利用計算机开展的模拟演示实验，则可以帮助学生对相关实验进行初步理解和掌握，避免了危险，实现了“绿色化学”。

总而言之，“绿色化学”这一理念对环境保护具有重要意义。借鉴这一理念，不仅可以减少化学实验教学中的污染，解决实验的“三废”问题，而且可以引导学生形成绿色环保的理念，注意在化学实验中降低剂量、力求环保、注重安全、分解中和、替代高危。这对于学生的个人发展以及生态环境的整体发展来说，都具有重要的意义。

【参考文献】

[1]万亚辉.“绿色化学”理念在中学化学教学中的渗透[J].当代化工研究，2018（1）

[2]殷 馨，王海文.探索“绿色化学”之路，改革化学实验教学[J].化工高等教育，2014（1）

[3]赵丽娜，陆国志.高校化学实验中“绿色化学”的研究[J].实验技术与管理，2013（2）

【作者简介】黄 媛，女，大学本科，中学一级，现就职于柳州铁一中学，研究方向：中学化学课堂教学。

（责编 卢建龙）