張澤志，盧培浩，高霞

(1.河南教育學(xué)院應(yīng)用化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科組，河南鄭州450046;2.河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院食品與化工系，河南平頂山 467000)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中綠色化學(xué)教學(xué)探索

張澤志1，盧培浩2，高霞1

(1.河南教育學(xué)院應(yīng)用化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科組，河南鄭州450046;2.河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院食品與化工系，河南平頂山 467000)

從加強(qiáng)“綠色化學(xué)”觀念、采用多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)、優(yōu)選實(shí)驗(yàn)、推行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)中綠色化學(xué)教學(xué)進(jìn)行了探索，認(rèn)為教師應(yīng)積極倡導(dǎo)綠色化學(xué)理念，促進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化教學(xué)改革.

綠色化學(xué);多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué);優(yōu)選實(shí)驗(yàn);微型實(shí)驗(yàn)

綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)(Environmentally Friendly Chemistry)、清潔化學(xué)(Clean Chemistry)或環(huán)境無害化學(xué)(Environmentally Benign Chemistry).綠色化學(xué)是在綠色化溶劑或無溶劑的條件下，利用生物資源或綠色化原料，通過綠色化能源、綠色化催化劑和綠色化技術(shù)，以最經(jīng)濟(jì)、最清潔、最安全的方法生產(chǎn)綠色化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)廢物零排放，最終實(shí)現(xiàn)過程的綠色化.理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)將原料中原子全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應(yīng)過程不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，達(dá)到廢物“零排放”［1－3］.

1 加強(qiáng)“綠色化學(xué)”觀念

教師在理論教學(xué)或?qū)嶒?yàn)教學(xué)中要時刻向?qū)W生灌輸綠色化學(xué)觀念，樹立環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展意識，使綠色化學(xué)觀念和意識貫穿于整個教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中.要做到這些，化學(xué)教育工作者首先要加強(qiáng)綠色化學(xué)意識，樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動中養(yǎng)成減少對教學(xué)資源的浪費(fèi)和降低環(huán)境污染的習(xí)慣，告訴學(xué)生怎樣妥善處理化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物，最大限度地減少污染物排放.某些化學(xué)實(shí)驗(yàn)會產(chǎn)生一些對環(huán)境及人體有毒害物質(zhì)，一些學(xué)生考慮其數(shù)量少和處理麻煩，往往不加處理而隨手倒入水槽沖走，沒有意識到這些物質(zhì)對實(shí)驗(yàn)室管道和實(shí)驗(yàn)環(huán)境造成的污染，在思想上沒有引起足夠的重視.這些做法對學(xué)生環(huán)保意識和綠色化學(xué)觀念的培養(yǎng)非常不利.因此，教師在實(shí)驗(yàn)過程中要嚴(yán)格要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)廢棄物進(jìn)行回收和無害化處理，這不僅可以變廢為寶，更重要的是能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，增強(qiáng)綠色環(huán)保意識.

其次，要從“粗放型”傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹s型”綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，沿襲了幾十年的“粗放型”化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代化的教學(xué)要求.這就要求教師在選擇、設(shè)計(jì)及安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時，應(yīng)盡可能采用無毒無害的原料，從源頭上減少污染物的產(chǎn)生，對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行無害化設(shè)計(jì)，對實(shí)驗(yàn)所用的試劑、催化劑及工藝條件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，這是保證實(shí)驗(yàn)過程綠色化的前提.例如，傳統(tǒng)己二酸合成方法包括環(huán)己烷兩步氧化，第一步在過渡金屬離子催化下用氧氣將環(huán)己烷氧化為環(huán)己醇和環(huán)己酮，第二步用濃硝酸氧化環(huán)己醇、環(huán)己酮得到己二酸.在第二步會產(chǎn)生大量的CO、NOx和N2O等有害氣體.考慮到過氧化氫屬于綠色氧化劑，價格低廉，其反應(yīng)產(chǎn)物為水且反應(yīng)后處理容易.因此，為減少污染實(shí)現(xiàn)該過程的綠色化，可在催化條件下利用過氧化氫溶液代替濃硝酸將環(huán)己酮氧化為己二酸，該方法具有回收率高、不使用有機(jī)溶劑且反應(yīng)體系中不存在任何鹵化物等綠色化學(xué)特點(diǎn)［4］.

2 采用多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，開發(fā)新型綠色化學(xué)教育手段和途徑.傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要消耗較多實(shí)驗(yàn)原材料，一些容易引起爆炸的或使用有毒有害藥品的實(shí)驗(yàn)，可能給師生身體健康帶來極大的危害，且對環(huán)境造成較大的破壞，將多媒體教學(xué)技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既克服了實(shí)驗(yàn)條件的限制，又能節(jié)約儀器和實(shí)驗(yàn)材料，減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境造成的污染，真正實(shí)現(xiàn)“零排放、零污染”.這是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)綠色化的重要途徑之一，對推進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化具有積極意義.例如，濃硫酸的稀釋實(shí)驗(yàn)課堂上一般只演示正確的操作，對錯誤操作只進(jìn)行分析講解.利用多媒體可以演示水滴入濃硫酸的錯誤操作，清楚地觀察到濃硫酸液滴飛濺的現(xiàn)象，這種演示不僅可以使學(xué)生對錯誤操作帶來的危害加深了解，同時也減少了環(huán)境污染.再比如拉瓦錫法測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，氧化汞分解后生成的是有毒汞單質(zhì)蒸汽，而且反應(yīng)需要高溫，實(shí)驗(yàn)難度大、污染重，若采用多媒體就很容易將其原理和現(xiàn)象解釋清楚.

3 優(yōu)選實(shí)驗(yàn)

美國Oregon大學(xué)早在1997年就把綠色化學(xué)引入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過整合、優(yōu)選傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，開發(fā)了一系列綠色實(shí)驗(yàn)，這些綠色實(shí)驗(yàn)在操作過程中顯著地減少有害廢物的產(chǎn)生，減少了對健康和環(huán)境的影響，為實(shí)驗(yàn)者提供了安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境.

在不影響培養(yǎng)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)操作能力的前提下，可以刪除目前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中重復(fù)或交叉安排的毒性較大的實(shí)驗(yàn).對那些難以避免有害物質(zhì)排放的實(shí)驗(yàn)，通過優(yōu)化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，可以消除或減少污染，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué).例如，酸堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和濃度比較實(shí)驗(yàn)，若采用濃鹽酸，因其揮發(fā)性產(chǎn)生大量酸霧會造成實(shí)驗(yàn)環(huán)境污染，若采用低濃度鹽酸溶液，其污染程度會大幅降低甚至無污染產(chǎn)生.再如，鐵礦石中鐵含量的測定實(shí)驗(yàn)，經(jīng)典方法是用HgCl2氧化過量的SnCl2以除去Sn2+的干擾，但會造成環(huán)境污染，采用無汞定鐵法，則可以避免測定過程污染的產(chǎn)生［5］.

4 推行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是目前國際上公認(rèn)的體現(xiàn)綠色化學(xué)理念的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，它基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全性和環(huán)保性目的，利用微型化實(shí)驗(yàn)裝置，用盡可能少的藥品實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn).我國緊跟世界微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的前沿，1988年組建了國內(nèi)第一家有關(guān)課題協(xié)作組開展了大學(xué)一年級化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)課題研究，1992年兩套微型實(shí)驗(yàn)儀器通過部級鑒定并批量生產(chǎn)，《微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材作為推廣微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的配套教材正式出版［6］.

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是綠色化學(xué)倡導(dǎo)節(jié)約原料和減少污染新理念在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中較為具體的體現(xiàn).微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了綠色化學(xué)的減量原則，試劑用量一般為常規(guī)用量的1/10甚至低至1‰，有效地降低了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用及化學(xué)廢棄物對環(huán)境污染，增強(qiáng)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性.傳統(tǒng)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中氣體(如Cl2、H2S、NO2等)的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)所占比例較大，多為有毒氣體污染環(huán)境，通風(fēng)不暢時還可能導(dǎo)致中毒事故發(fā)生，這些安全隱患給實(shí)驗(yàn)者造成心理影響.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)避免了實(shí)驗(yàn)環(huán)境污染，可使“三廢”降至最低，更為重要的是增強(qiáng)了學(xué)生的節(jié)約意識和環(huán)保意識，同時在一定程度上改善和緩解這些心理影響［7］.

多年的微型化學(xué)滴定實(shí)驗(yàn)表明［8－9］，微型滴定分析方法可行、準(zhǔn)確可靠，對有毒試劑實(shí)驗(yàn)，如重鉻酸鉀滴定實(shí)驗(yàn)，微型化能夠明顯降低對環(huán)境造成的污染.當(dāng)然，微型滴定比常規(guī)滴定需要更加細(xì)致的操作，要求學(xué)生具有更為規(guī)范的實(shí)驗(yàn)水平.因此，推行微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅減少環(huán)境污染，同時還有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能.需要強(qiáng)調(diào)的是，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)不能簡單看做常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微縮，更不是對常規(guī)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和替代，它是綠色化學(xué)新理念對常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革與發(fā)展的必然結(jié)果.

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科賴以形成和發(fā)展的基礎(chǔ)，與環(huán)境的聯(lián)系十分密切.實(shí)驗(yàn)過程往往會產(chǎn)生、排放一些有毒害物質(zhì)，對環(huán)境造成危害和污染.把綠色化學(xué)的思想融于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅有效降低化學(xué)實(shí)驗(yàn)成本，減少或消除環(huán)境污染，而且使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會到綠色化學(xué)理念，樹立良好節(jié)能環(huán)保意識，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高.因此，教師在化學(xué)實(shí)驗(yàn)及其教學(xué)過程中，應(yīng)該積極倡導(dǎo)綠色化學(xué)理念，努力培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)思想，促進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化教學(xué)改革.

［1］王福安，任保增.綠色過程工程引論［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:20－28.

［2］李成未，鄭會勤，司晚令.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)與研究［J］.河南教育學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，20(3):59－61.

［3］鄭會勤，李成未，李珂，等.綠色過程工程在化工和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索［J］.河南教育學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，20(4):62－64.

［4］張敏，魏俊發(fā)，白銀娟，等.用雙氧水綠色氧化環(huán)己酮合成己二酸的研究［J］.有機(jī)化學(xué)，2006，26(2):207－210.

［5］韓春亮，陸艷琦，張澤志.大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.成都:電子科技大學(xué)出版社，2008:177－178.

［6］郭樹榮.綠色化學(xué)與微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的回顧與展望［J］.內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，15(4):41－42.

［7］孫濤.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與綠色化學(xué)［J］.科教文匯，2010(24):112－113.

［8］王洪英，方國春，王高波.微型滴定在定量化學(xué)分析中的應(yīng)用［J］.大學(xué)化學(xué)，1996，11(5):38－41.

［9］陳偉珍，沈戮，黃美玲，等.微型滴定分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)探索［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26(2):31－33.

Discussion on Green Chemistry in the Teaching of Chemistry Experiments

ZHANG Ze-zhi1，LU Pei-hao2，GAO Xia1

(1.Group of Applied Chemistry Key Discipline，Henan Institute of Education，Zhengzhou 450046，China; 2.Department of Food and Chemical，Henan Quality Polytechnic，Pingdingshan 467000，China)

Green chemistry in the teaching of chemistry experiments was discussed from different aspects such as the enhancement of the concept of green chemistry，the use of multimedia-assisted experimental teaching，the optimized experiments and the implement of micro-scale laboratory，and so forth.It suggested that teacher should strongly initiate the concept of green chemistry and promote green chemistry experiment teaching reform.

green chemistry;multimedia-assisted experimental teaching;optimized experiments;micro-scale laboratory

G642.0

A

1007－0834(2012)03－0071－02

10.3969/j.issn.1007－0834.2012.03.022

2012－04－28

河南省教育廳自然科學(xué)基金(2009B530004)

張澤志(1971—)，男，河南柘城人，河南教育學(xué)院應(yīng)用化學(xué)重點(diǎn)學(xué)科組講師.