低碳环保理念在无机及分析化学试验中的应用

李燕中，邬学清，吴亚丽，金 宏

（1.集宁师范学院 化学与化工学院，内蒙古乌兰察布 012000；2.内蒙古自治区矿土土质改性及综合利用重点试验室，内蒙古乌兰察布 012000）

目前，全球气候变化严峻，低碳环保理念得到了更多的关注。人民日报在2021年4月发文[1]：力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。这是党中央经过深思熟虑做出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。为此不仅是各行各业的工作人员要积极努力，每一位公民也要尽己所能去贡献自己的智慧，以身作则去参与行动。

我校是师范类院校，目前在校大学生将来有相当一部分人会从事中小学的教学工作。通过在校期间培养学生的低碳环保理念，在无机及分析化学试验中通过实践环节，结合工作以及生产需求，培养学生的全局思维，多创造机会提升学生的统筹安排能力，提高动手能力，帮助他们走向工作岗位后，快速适应工作要求，减少摸索试错的代价。并能够把低碳环保理念贯彻在自己的教学、工作、生活中，培养出更多有低碳环保理念的学生，给越来越多的学生和家长们带来积极影响。无论是工作还是生活中，注重低碳环保理念，给社会带来正向的引导作用，为国家实现低碳目标、为保护地球家园贡献一份力量。

在我校，无机及分析化学试验课程不仅为化学相关专业开设，生命科学的相关专业也开设了该课程。教材选用南京大学无机及分析化学试验编写组编制的《无机及分析化学试验》[2]，根据教学大纲，有个别试验内容来自周朵等编著的《无机化学试验》[3]。把低碳环保理念运用在无机及分析化学试验中，可以从源头开始落实，进行统筹安排，从试验安全规则的注重、试验内容的设计规划、试验先后顺序的安排、生成物的再次利用，以及试验材料边角料等进一步再利用，都能起到一定的作用。

1 要端正态度，严格遵守试验室规章制度与安全操作规程

教育学生要端正态度，课前预习，做试验过程中认真细致，试验结束后规范整理试验台，总结试验设计以及操作过程中的经验教训，能防患于未然，避免很多事故的发生。学生进行化学试验，很多仪器都是玻璃制品，不认真细致，很容易打碎玻璃仪器，不仅易造成自身受伤，还加大了仪器损耗。在第一节课程就进行化学试验规则和安全知识的教育，让同学了解化学试验的安全规则。化学试验涉及的危险因素有危险化学品、高压、高温等，如果不遵守试验操作规程，很容易发生事故，造成学生的人身伤害和试验室财产损失。所以必须要把安全放在第一位，以预防为主，防止试验事故发生[2]。还要注意消防设施的使用培训，比方说防火栓，确保让每个同学都知道它的正确使用方法。有的试验有引发火灾或者爆炸的风险，务必要让学生清楚并掌握相应的处理方法，一旦发生危险，能够第一时间在自身安全的前提下迅速展开处理，防患于未然，把所有的隐患尽可能地排除。

2 统筹规划设计试验方案，实现物料充分利用

1）将可再次利用的试验产物用作另外一个试验的原材料，循环利用。全局思维既可避免每次试验后剩余溶液、固体丢弃造成的浪费，还能节省其他试验需要准备的相应物资开支。在这个试验设计理念下，让学生全程参与进来，能锻炼全局统筹安排的能力，全方位思考在化学试验设计、试验方案实施、试验剩余材料后续再利用的一系列关联内容。

例如硫酸亚铁铵制备试验的产物硫酸亚铁铵，经回收后，可以用于设计铁的比色测定试验方案。由于在pH为3～9的水溶液中，亚铁离子与邻菲咯啉生成稳定的橙红色的[Fe（C12H8N2）3]2+，因此利用它来比色测定硫酸亚铁铵中亚铁的含量[2]，不需要再加盐酸羟胺溶液，可以测出吸光度并从标准曲线上查出相应Fe2+的含量。

在氯化钠的提纯试验中，可以把回收的氯化钠再利用，用于制作下一个班级或者下一个年级学生做氯化钠提纯试验的原材料，实现了试验物资的重复利用。还可以进行试验设计，将提纯的氯化钠再次利用。比如在大学生毕业设计中，设立一个论文题目就是氯化钠中Cl-含量的测定，就用到了以往氯化钠提纯试验中回收的氯化钠。试验中回收的氯化钠，还可以用于学生毕业设计题目中，比如针对北方冬季寒冷下雪结冰时期长，用于制作快速融雪剂的研究工作中。

在溶液的配制试验中，有一项试验内容是配制0.1mol/L的醋酸溶液[3]。疫情期间我校采取错峰上课方案，每个班分两组，每组10个试验台，将每个班配制好的醋酸溶液收集起来，进行标定。正好用作另外一个醋酸解离平衡常数测定试验里面的醋酸溶液。除此之外，此回收的醋酸溶液还可以用于毕业设计课题干旱盐碱地土壤改良剂的配方研发，以尝试改良当地干旱盐碱地，使土地更适合植物生长。

第二项试验内容是粗略配制50mL浓度为3mol/L的硫酸溶液，回收整个班级配制好的硫酸溶液，可以稀释成氯化钠提纯试验中需要用到的2mol/L的硫酸溶液，以及用于硫酸亚铁铵制备试验中需要的3mol/L的硫酸溶液，还可以用于过氧化氢含量的测定（高锰酸钾法）。除此之外，在科研项目和大学生毕业设计题目中，探讨高岭土的改性处理，采用硫酸改性处理高岭土时，也用到了3mol/L的硫酸溶液酸化高岭土。还有一项试验内容是用硫酸铜晶体粗略配制得到0.2mol/L的硫酸铜溶液，回收该硫酸铜溶液，可以用于间接碘量法测定铜盐中的铜试验所需硫酸铜。

赵桦萍等[4]尝试把学生上完试验课后剩余的 NaOH溶 液、HCl溶 液、EDTA、KMnO4溶 液、Na2S2O3等溶液统一收集起来，用于其他班级学生做试验时继续使用，避免不必要的试剂浪费，也节约了试验经费。

2）耗材边角料的充分再利用，避免浪费。在氯化钠的提纯试验、硫酸亚铁铵的制备试验、葡萄糖酸锌的合成及组成测定等试验中，有需要抽滤的环节，会用到布氏漏斗，用布氏漏斗抽滤使用的滤纸可以用大张滤纸按照布氏漏斗的内径去裁剪，多余的边角料可以收集起来用于醋酸标准解离常数和解离度的测定试验。当用酸度计测量溶液pH时，用去离子水清洗完玻璃电极，再用之前收集的滤纸边角料蘸取多余的水分，可以节省滤纸用量。

3 满足试验目标的前提下，减量使用物资，合理节约开支

要节约使用药品、水、电和煤气，要爱护仪器和试验设备。在试验中用到pH试纸粗略测定pH时，可以将整本的pH试纸，横向剪成三等份，测量时用玻璃棒蘸取待测液滴到剪小的pH试纸段上，再与比色卡进行对比，可以节省pH试纸，减少试验室废弃物的产生量。

另外一种低碳理念就是在做设计试验的时候，取用少量的原材料就能达到试验目的和要求，可以尽量降低原材料的消耗。将部分常规试验改为微型试验，如微型试验制备硫代硫酸钠[5]，减少了试剂消耗，水电开支，不仅有效降低了试验成本，还降低了人员中毒危险，减少试验过程中发生燃烧、爆炸的风险，提升了试验安全性[6]。

比如氯化钠的提纯试验中，在教材中粗盐原料是使用10g粗盐，经过重复实践，发现5g粗盐也可以达到试验效果，还可以节省蒸发时间，减少浓缩时用于加热的酒精灯内酒精的消耗。硫酸亚铁铵的制备试验中，王永明尝试用半微型试验，将教材上使用的2g铁屑用0.5g废铁丝代替，反应物用量仅为常规试验用量的20%左右。不仅节省了试剂用量，节约开支，还缩短了反应时间[7]。

4 合理处置试验产生的废弃物，能回收利用的及时处理

试验产生的废弃物相对较少，主要是固体原料、生成物以及用完的塑料或者玻璃试剂瓶等，根据材质的不同，分门别类单独处理。对于普通固体废物，只能丢入废物缸里，集中处理，不得丢入水槽，以免水槽堵塞。有毒性或腐蚀性的化学废液和废渣，要分类收集在指定的容器中，以便集中处理。

黄志远探讨了对人体和环境有危害的金属汞散落在试验室的处理方法。金属汞中毒常以汞蒸气的形式引起，需要及时清理，由于其具有较大的脂溶性，扩散性强，易通过呼吸道进入肺泡，经血液循环运至全身。而血液中的汞进入脑组织后，逐渐积累，当汞达到一定量时，就会对脑组织造成损害。用滴管或者经硝酸汞等酸性溶液浸泡过的铜丝铜片等将汞收集到容器中并用水覆盖。对于难收集的汞珠，可以用硫粉撒在汞珠表面形成毒性较低的硫化汞，再去清理[8]。

针对试验室废弃物处理方法的探索，可以充分调动学生的积极性和主动性，探索回收利用有价值的物质，变废为宝，不仅引导了学生的研究兴趣，还进一步巩固了所学知识，有利于培养学生的科研兴趣和动手能力。

例如在化学反应速率与活化能的测定试验中，用到碘化钾溶液，而该试剂价格昂贵，在常规试验中，碘留在废液中被丢弃，不仅造成资源的浪费，还会引起环境问题。周立敏等指导学生从废液中回收碘化钾，能减少环境污染，重复利用物资，又培养了学生的创新精神[9]。

申丽华提出可以分别单独收集酸性废液和碱性废液，之后混合，用酸碱中和反应处理，最后调节废液至pH为中性后再排放[10]。这种处理方法可以避免单独排放酸性废液和碱性废液时，溶液对管道的腐蚀和水体的污染问题。

在硫酸亚铁铵的制备过程中会溢出难闻的气体，反应过程中会有H2S和PH3等有毒有害气体产生，对于如何减少或消除刺鼻性的气体排放，减少试验室空气污染，不少教师和研究人员进行了探索。董志强等用废铁屑做原料，探讨了在通风橱中利用电热板加热启动反应[11]，200℃电热板快速加热5min，马上关掉电热板，之后反应靠电热板余热以及反应释放的热量继续进行。由于不需要持续加热，水分不会过多挥发，不必再补充水分，因此不需要打开通风橱的门，也就不会有气体逸出通风橱。蔡吉清等用污染较小的铁粉，采用试剂小量化方法，减少了有毒有害气体的产生，减轻了试验室空气的污染[12]。

5 结束语

通过低碳环保理念在无机及分析化学试验中应用的实践探索，有效培养了学生的探索精神。在每次试验时，引导学生思考该试验过程有哪些可以改进的地方，产生了哪些废物，哪些物质是有毒有害物质，可以通过什么样的处理方法来减少环境污染，进而对试验涉及的内容延伸探索，不仅加深了对所学理论知识的认知，加深对物质属性的认识，还提高了学习积极性，主动去发现问题、分析问题和解决问题。

教育学生要端正态度，严格遵守试验室规章制度与安全操作规程，规避可能的任何安全风险，在实践中学习统筹规划设计试验方案，不断完善，尽可能实现物料充分利用。并在满足试验目标的前提下，减量使用物资，合理节约开支，同时尝试运用专业知识，探索处置试验产生的废弃物的合理方法，提高回收利用率。经过不断训练，学生就会形成低碳环保思维，运用到自己的学习、工作和生活中。随着他们将来踏上教书育人的工作岗位，也会引领自己的学生们在工作生活中贯彻低碳环保理念，为国家的低碳目标和人类美好的生存环境做些力所能及的事情。