绿色化学理念下的无机及分析化学实验教学

黄剑平 石晓明 谷惠文

(长江大学 化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

在环境问题日益严峻的今天，化学实验的绿色化已成为化学实验教学改革的重要内容。无机及分析化学实验是我校化学化工类专业一门重要的基础课，该课程也是学生进入大学后的第一门基础化学实验课程，对学生掌握实验基本知识和技能、养成良好的实验习惯、形成科学的思维方式和研究方法有着非常重要的作用。在实现实验教学目标的同时，如何在教学中充分体现绿色化学理念，最大限度地减少实验污染，尽可能地降低实验成本，培养学生的环保意识、节约意识是每一个化学实验教师务必认真研究和探讨的问题。近年来，我们结合实验教学内容，将绿色化学理念融入教学实践中，进行了一些有益的探索与尝试，取得了良好的效果。

1 结合教学内容进行绿色化学教育

绿色化学是利用化学的技术和方法去减少或停止那些对人类健康、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生[1]。绿色化学的目标是“杜绝污染源”，实现废物的“零排放”。我们在无机及分析化学实验教学中，结合教学内容，从点滴做起，从细微处入手，有意识地将绿色化学的理念传递给学生，让学生意识到绿色化学对于人类及其赖以生存的环境的可持续发展的重要性，并牢固地树立绿色意识，在学习和生活中自觉地养成节约、环保的习惯。

2 选用无毒无害的化学试剂

根据绿色化学理念，我们在实验中尽量选用无毒无害的化学试剂，力求从源头上阻止实验对环境造成的污染。例如，实验“电解质溶液”中涉及难溶电解质的沉淀溶解平衡，要求根据溶度积规则及平衡移动原理验证沉淀的生成与溶解、分步沉淀以及沉淀的转化等相关知识。在传统实验中[2]，“沉淀的生成”是在Pb(NO3)2中加入KI，观察PbI2沉淀(黄色)的生成；在K2CrO4以及NaCl中加入AgNO3，观察Ag2CrO4沉淀(砖红色)以及AgCl沉淀(白色)的生成。“分步沉淀”是在K2CrO4与NaCl的混合溶液中滴加AgNO3，观察沉淀颜色的变化以确定沉淀的先后次序。“沉淀的转化”是在Pb(NO3)2中先加入NaCl，观察PbCl2沉淀(白色)的生成，离心分离后往沉淀上滴加KI，振荡或搅拌后观察沉淀颜色的变化以确定沉淀转化的方向。在所用试剂中，铅(Ⅱ)、铬(Ⅵ)是有毒重金属，银是贵重金属。为了减少实验污染，我们将“沉淀的生成”中的Pb(NO3)2替换成CuSO4，KI替换成Na2S，让学生观察CuS沉淀(黑色)的生成；同时将K2CrO4替换成CuSO4，NaCl替换成FeCl3，AgNO3替换成NaOH，让学生观察Cu(OH)2沉淀(浅蓝色)以及Fe(OH)3沉淀(红棕色)的生成。这样，“分步沉淀”则是让学生确定浅蓝色沉淀[Cu(OH)2]与红棕色沉淀[Fe(OH)3]产生的先后次序。同样，关于“沉淀的转化”，我们是在CuSO4中先加入NaOH，离心分离后往沉淀上滴加Na2S，让学生观察浅蓝色沉淀[Cu(OH)2]向黑色沉淀(CuS)的转化。实验结果表明，选用无毒无害的化学试剂后，同样能看到明显的实验现象，达到满意的实验效果。

3 减少化学试剂的使用量

对于传统实验中无法替换的有毒有害试剂，我们在保证实验效果的前提下尽可能地减少化学试剂的使用量，以此来达到降低实验污染的目的。例如，“可溶性氯化物中氯含量的测定(莫尔法)”实验中，传统做法是将AgNO3标准溶液的浓度配制成0.1 mol/L左右，指示剂(5%K2CrO4)需要1 mL，结果是不仅要消耗大量贵重的AgNO3，同时还会造成较大的铬(Ⅵ)污染，而且到达滴定终点时，由于大量AgCl白色沉淀的存在还会影响到学生对滴定终点的准确判断。因此，教学中我们将AgNO3标准溶液的浓度降低至0.02 mol/L左右，同时，相应减少试样的称取量，指示剂(5%K2CrO4)的用量只需要10滴即可。结果表明，改进后的实验，滴定终点更容易判断，并且还减少了环境污染，节约了实验经费。

又如，“胆矾中铜的测定(碘量法)”实验中，传统做法是将Na2S2O3标准溶液的浓度配制成0.1 mol/L左右，标定Na2S2O3标准溶液时需要基准物质K2Cr2O7约1.2克。在教学中我们将Na2S2O3标准溶液的浓度降低至0.02 mol/L左右，在标定Na2S2O3标准溶液时，基准物质K2Cr2O7则只需要称取0.2～0.3克，同时也大大减少了KI试剂的使用量(碘化钾试剂价格不菲)，改进后的实验同样能达到实验教学目的。

4 切实采取防污减排措施

实验过程中难免会产生一些废气、废液和废渣，如果不加以处理就直接排放，会对环境造成污染。例如，综合实验“硫酸亚铁铵的制备与分析”，该实验的传统做法是将铁屑与稀硫酸放在敞口的小锥形瓶中，通过水浴加热制备硫酸亚铁溶液。由于铁屑中含有硫、磷等杂质，与稀硫酸反应时会产生H2S、PH3等有害刺激性气体，对环境造成严重污染并直接影响师生的身心健康。同时，在敞口容器中进行反应时易导致部分Fe2+被氧化成Fe3+，从而影响产品质量。因此，在教学中我们将实验装置由敞开式改为封闭式，即在小锥形瓶瓶口加装橡皮塞，用导气管将反应产生的有害气体导入盛有碱液(可用给铁屑除油污时使用过的碳酸钠溶液)的烧杯中，让反应产生的有害气体被碱液吸收，避免了有害气体的直接排放，保护了实验环境。同时，也防止了硫酸亚铁因裸露在空气中而被氧化，提高了产品质量。

我们对实验过程中产生的废液和废渣做到分类收集、集中处理。例如，对普通的稀酸和稀碱废液，让学生分别倒入指定的废液桶内，实验完成后，将两种废液相互中和后再排放(pH6～8)；对实验中产生的含银化合物废液，则采用硫化钠沉淀法处理。对实验中产生的含Cr(Ⅵ)废液采用还原、沉淀法处理[3]。

5 对实验产物进行回收利用

为了节约资源，降低实验成本，同时也减少实验废弃物对环境造成的污染，我们加强了对实验产物的回收利用。例如，实验“硫酸亚铁铵的制备与分析”中制备的硫酸亚铁铵，可用于“三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备及组成分析”中的原料药品，也可用于“分光光度法测铁”中的铁样品；实验“粗食盐的提纯”中的产品(NaCl)可用于“可溶性氯化物中氯含量的测定”中的氯样品，也可用于配制“水的硬度测定”实验中的铬黑T指示剂、钙指示剂。这样，既减少了资源浪费，也有利于培养学生的绿色化学理念，帮助学生构建绿色化学思维。

6 结语

绿色化学是人类可持续发展的客观要求，也是化学学科发展的必然趋势。在无机及分析化学实验教学中选用无毒无害的化学试剂、减少化学试剂的使用量、采取防污减排措施、对实验产物进行回收利用等措施符合绿色化学的理念，不仅减少了实验造成的环境污染，降低了实验教学成本，同时也增强了学生的绿色化学意识和社会责任感，有利于学生综合素质与创新能力的培养和提高。