龐守浩

(宿遷市匯文中學(xué) 江蘇宿遷 223800)

開展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)

龐守浩

(宿遷市匯文中學(xué) 江蘇宿遷 223800)

本文以蘇教版高中化學(xué)(必修1)“用四氯化碳萃取溴水中的溴”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)為例,闡述對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì),不但可以解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)所帶來環(huán)境污染問題,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程無污染、零排放,而且可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與環(huán)保意識(shí)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色化；環(huán)保意識(shí)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的基本途徑。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師若將綠色化學(xué)的思想貫穿于日常教學(xué)中,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、樹立節(jié)約意識(shí)和環(huán)保意識(shí)都具有十分重要的意義。近年來,我們以綠色化學(xué)的思想理念為指導(dǎo),對(duì)中學(xué)化學(xué)教材中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了綠色化的設(shè)計(jì)與改進(jìn),取得了很好的效果。下面本人以蘇教版化學(xué)（必修1）中“用四氯化碳萃取溴水中的溴”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)為例加以闡述。

一、問題的提出

蘇教版化學(xué)（必修1）第17頁【觀察與思考】欄目中,安排了“用四氯化碳萃取溴水中的溴”的實(shí)驗(yàn),第18頁有用分液漏斗對(duì)萃取后的混合液進(jìn)行“分液”的實(shí)驗(yàn)操作。 在教學(xué)過程中,這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)我們是設(shè)計(jì)成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),在課堂上由學(xué)生來完成的。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,在實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生能很明顯地看到溴被四氯化碳從水溶液中萃取出來的現(xiàn)象以及兩種互不相溶的液體分層的現(xiàn)象,也能夠順利進(jìn)行分液操作。但在實(shí)驗(yàn)過程中,由于溴的大量揮發(fā),使教室里彌漫著一股很濃的溴蒸氣的氣味。在實(shí)驗(yàn)過程中,我觀察到有的學(xué)生用手捂住口鼻、有的學(xué)生屏住呼吸,這不但使學(xué)生實(shí)驗(yàn)的熱情和積極性降低,而且直接影響到每個(gè)學(xué)生的身體健康。實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后還回收到大量的廢液,如果不加以處理,對(duì)環(huán)境將造成嚴(yán)重的污染。基于以上幾個(gè)方面的原因,對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化的設(shè)計(jì)與改進(jìn)已勢在必行。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)的實(shí)踐

在對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)過程中,怎樣才能既保證化學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性,又能體現(xiàn)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的始終無污染或盡量減少污染？我們課題組根據(jù)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本理念（即減少用量、循環(huán)利用、回收再用、再生、拒絕使用危害物）,在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的基礎(chǔ)上,對(duì)以上實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的研究。具體的措施概括如下：

1.實(shí)驗(yàn)藥品、試劑的綠色化設(shè)計(jì)

根據(jù)綠色化學(xué)的要求,結(jié)合溴比碘易揮發(fā)的性質(zhì),我們決定實(shí)驗(yàn)中萃取物選用碘,從源頭上解決由于溴的大量揮發(fā)造成的空氣污染問題。

常用的萃取劑有苯、汽油、四氯化碳。由于苯易揮發(fā),且有毒,汽油常常呈現(xiàn)黃色,易揮發(fā)且多數(shù)為裂化汽油,所以被排除,故萃取劑我們選用四氯化碳。

2.實(shí)驗(yàn)藥品、試劑用量的綠色化設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中碘水的濃度應(yīng)該多大呢？實(shí)驗(yàn)時(shí)碘水、萃取劑四氯化碳各取用多少為宜？

首先,我們通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),確定實(shí)驗(yàn)中碘水的濃度。得出的結(jié)論是：碘水的濃度宜小不宜大。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中碘水的濃度過大,不但萃取的效果不好,萃取后水層、四氯化碳層液體顏色對(duì)比不明顯,而且還會(huì)增加萃取劑的用量,造成浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)證明,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)約1%（其配制方法：在100mL蒸餾水中先加入少量碘化鉀固體,再加1g碘晶體,攪拌使其溶解）的碘水實(shí)驗(yàn)效果較好。

接下來,要確定實(shí)驗(yàn)中藥品、試劑的用量問題?？紤]實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯和實(shí)驗(yàn)綠色化的要求,我們在能夠保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、操作方便的前提下,盡量減少藥品與試劑的用量。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最終確定實(shí)驗(yàn)中取用10mL碘水和5mL四氯化碳進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)為宜。

3.實(shí)驗(yàn)過程的綠色化設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)過程中,我們要求學(xué)生要嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的用量取用藥品、試劑。萃取、分液實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后,要求學(xué)生將實(shí)驗(yàn)后得到水溶液和碘的四氯化碳溶液分別倒入指定的容器中,以便集中處理。

4.廢液處理的綠色化設(shè)計(jì)

萃取、分液實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,萃取物和萃取劑的回收和處理便成為師生關(guān)注的焦點(diǎn)。怎樣處理才能夠既能體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念,變廢為寶、降低污染,又能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力呢？我們課題組結(jié)合本實(shí)驗(yàn)后廢液的處理問題,引導(dǎo)化學(xué)興趣小組的學(xué)生進(jìn)行了研究性學(xué)習(xí)。要求學(xué)生查閱相關(guān)的資料,了解處理該廢液可能的途徑和方法,經(jīng)過小組討論,設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的廢液處理方案。學(xué)生經(jīng)過研究,提出了多種研究方案,如蒸餾法、過氧化氫法、硝酸銀法、亞硫酸鈉法、氫氧化鈉法等。但多數(shù)方案只考慮到萃取劑的回收,而沒有考慮碘的回收和利用問題。

結(jié)合學(xué)生的方案,師生共同討論,最終我們設(shè)計(jì)了如下綠色方案進(jìn)行萃取物、萃取劑的回收。具體實(shí)驗(yàn)步驟和原理概括如下：

【步驟1】向萃取、分液后回收的碘的四氯化碳溶液中加入6mol/L氫氧化鈉溶液,直至四氯化碳溶液由紫色變?yōu)闊o色,碘單質(zhì)與氫氧化鈉溶液發(fā)生了如下反應(yīng)：3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O,把混合液靜置,液體分為兩層,通過分液操作,分離出下層的四氯化碳液體可以反復(fù)使用。從分液漏斗的上口倒出上層水溶液做下面的實(shí)驗(yàn)。

【步驟2】向上述步驟1實(shí)驗(yàn)后回收的水層溶液中滴加4mol/L的硫酸,調(diào)節(jié)溶液的pH=7,此時(shí)溶液呈棕黃色,反應(yīng)原理如下所得到的碘水與萃取實(shí)驗(yàn)回收得到的水層溶液混合,可以作為碘水繼續(xù)進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過多次循環(huán)使用后,碘水的濃度會(huì)降低,實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)比例再補(bǔ)充加入適量的碘單質(zhì),使碘水的濃度保持在1%左右。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)的體會(huì)

從以上案例可以看出,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的綠色化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過程基本無污染、零排放。在實(shí)驗(yàn)中,碘水和四氯化碳均實(shí)現(xiàn)了循環(huán)使用,而且綠色化的廢液回收、處理方案簡單易行,有很大的推廣價(jià)值。

可見,對(duì)于教材中某些污染比較嚴(yán)重的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn),只要我們多動(dòng)腦筋,對(duì)原實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行綠色化的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新,就會(huì)大大減少實(shí)驗(yàn)帶來的環(huán)境污染問題,使師生在良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中工作和學(xué)習(xí)。這樣,環(huán)境教育將不再是口號(hào),不再是形式。

[1] 陳靜.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中綠色化學(xué)意識(shí)的滲透[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2007,(8)

[2] 夏凱.萃取實(shí)驗(yàn)的綠色化研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2008,(7)

[3] 滿旭.從碘的四氯化碳溶液中回收四氯化碳的探究[J].化學(xué)教學(xué),2007,(9)

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江蘇《化學(xué)教與學(xué)》雜志社

1008-0546(2010)06-0071-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2010.06.029