鄧文芳，方正法，陳超，譚亮

1湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410081

2湖南師范大學(xué)化學(xué)化工國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，長(zhǎng)沙 410081

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)?；瘜W(xué)、化工等專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程之一，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)在于培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作技能，及培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)求是的科學(xué)態(tài)度。分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用試劑種類多、用量大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液較多。本文以湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為研究對(duì)象，結(jié)合本校的實(shí)際教學(xué)情況，對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化建設(shè)進(jìn)行了探究。湖南師范大學(xué)化學(xué)化工國(guó)家示范實(shí)驗(yàn)中心于1999年順利通過(guò)了湖南省基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估，2013年被評(píng)為國(guó)家示范實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。2020年分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)獲省級(jí)一流線下課程?；瘜W(xué)化工學(xué)院分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)共開設(shè)13個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別包括了酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定、重量滴定四大類。其中可能對(duì)環(huán)境造成污染的有酸堿、重金屬等主要的污染類型，分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢液多數(shù)為無(wú)機(jī)性廢液，廢液中主要含有重金屬，如直接排放會(huì)對(duì)水質(zhì)及自然環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著環(huán)境污染的不斷加劇，國(guó)家和學(xué)校對(duì)環(huán)境污染的處理和治理越來(lái)越重視，學(xué)生隨意將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液和實(shí)驗(yàn)完成后剩余的試劑直接倒入下水道中的情況越來(lái)越少?；瘜W(xué)化工學(xué)院分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)過(guò)程中貫徹綠色化學(xué)原則，我們嘗試了從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及廢液的處理兩個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革[1]。

1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化改革

1.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?yōu)化

在制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃時(shí)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革及實(shí)驗(yàn)順序優(yōu)化，盡量選擇化學(xué)廢液排放量少、毒性小、污染少的實(shí)驗(yàn)，減少對(duì)環(huán)境的污染及危害，實(shí)現(xiàn)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

如我們分析實(shí)驗(yàn)中原“銨鹽中含氮量的測(cè)定”，此實(shí)驗(yàn)是以甲醛法測(cè)定氮含量的方法，甲醛對(duì)人體有害，易揮發(fā)。我們選擇用“食品添加劑檸檬酸含量的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)代替，同樣讓學(xué)生掌握了多元酸的測(cè)定原理及方法，達(dá)到了同樣的教學(xué)目的。

1.2 采用微型實(shí)驗(yàn)

微型實(shí)驗(yàn)，既可節(jié)約資源，減少污染，又可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，仍能得到符合常規(guī)分析的準(zhǔn)確度和精密度要求[2,3]。如在“碘量法測(cè)定維生素C藥片中維生素C含量”實(shí)驗(yàn)中，由于單質(zhì)碘升華，有毒性和腐蝕性，為了減少I2的使用，我們將硫代硫酸鈉的用量由原來(lái)的0.1 mol·L-1縮為0.01 mol·L-1，這樣I2的用量由原來(lái)的0.05 mol·L-1縮為0.005 mol·L-1。在Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)定時(shí)，為了減少有毒物質(zhì)重鉻酸鉀的使用，我們由實(shí)驗(yàn)教師提前一周統(tǒng)一配制好0.1 mol·L-1的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液，并于實(shí)驗(yàn)周對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。學(xué)生只需要對(duì)0.1 mol·L-1的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行稀釋10倍。

在I2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制時(shí)，本著微型實(shí)驗(yàn)及最大化利用原則，我們讓兩個(gè)學(xué)生一組，稱取KI和I2后轉(zhuǎn)入試劑瓶，加水稀釋至600 mL，各取300 mL。學(xué)生移取已稀釋的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液，放入錐形瓶中，加入淀粉溶液指示劑，加水搖勻。用I2標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至穩(wěn)定的藍(lán)色，平行標(biāo)定3次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：圖1為教師制定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，圖2為學(xué)生測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果及成績(jī)，經(jīng)過(guò)我們分析實(shí)驗(yàn)教研室的摸索，及學(xué)生成績(jī)的反饋，自改為微型實(shí)驗(yàn)后，I2的用量由原來(lái)的0.05 mol·L-1縮為0.005 mol·L-1，仍能得到符合常規(guī)分析的準(zhǔn)確度和精密度要求。

圖1 Vc含量的測(cè)定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

圖2 Vc含量的測(cè)定學(xué)生成績(jī)單

在“氯化物中氯含量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，由于AgNO3價(jià)格比較貴，并且硝酸銀也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，我們將原來(lái)的0.1 mol·L-1AgNO3縮為0.05 mol·L-1，既節(jié)約了成本，又減輕了廢液處理和排放的壓力。

1.3 開設(shè)一些新的無(wú)毒、綠色環(huán)保的實(shí)驗(yàn)代替不環(huán)保的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

我實(shí)驗(yàn)中心分析教研室自主設(shè)計(jì)了一個(gè)“無(wú)汞法測(cè)定鐵礦石中測(cè)定鐵含量”的實(shí)驗(yàn)。一般測(cè)鐵礦石中鐵的含量，測(cè)定鐵的經(jīng)典方法需要用HgCl2，但HgCl2有毒，為避免汞鹽對(duì)環(huán)境的污染，我們用I2-冰乙酸溶液代替氯化汞溶液。褐鐵礦的主要成分是Fe2O3·xH2O。濃鹽酸溶解后生成Fe3+和Fe2+離子，用還原劑將所有Fe3+預(yù)先還原成Fe2+，一般常用SnCl2還原Fe3+，用HgCl2氧化除去多余的SnCl2，然后在酸性介質(zhì)中用K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+離子，該方法操作簡(jiǎn)便，結(jié)果準(zhǔn)確，是測(cè)定鐵的經(jīng)典方法。但HgCl2有毒，為避免汞鹽對(duì)環(huán)境的污染，我們實(shí)驗(yàn)用I2-冰乙酸溶液替代氯化汞溶液，并用AgCl掩蔽生成的I-，而此時(shí)用的AgCl又是我們?cè)凇奥然镏新群康臏y(cè)定”實(shí)驗(yàn)中回收得到的AgCl，既避免了HgCl2的污染，又對(duì)AgCl進(jìn)行了資源再利用。我們先用SnCl2將Fe3+離子還原至黃色消失，然后用I2氧化過(guò)量的SnCl2至出現(xiàn)穩(wěn)定的淺黃色，再加入AgCl掩蔽生成的I-，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液再去滴定亞鐵離子。

1.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

化學(xué)化工示范實(shí)驗(yàn)中心2019年獲評(píng)省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，通過(guò)開發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，利用3D化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)室，將虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中。我中心通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開設(shè)了分析實(shí)驗(yàn)“鋼鐵中鎳含量的測(cè)定”，采用丁二酮肟有機(jī)試劑沉淀重量法測(cè)定鋼鐵中鎳的含量。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的操作，學(xué)生了解丁二酮肟鎳重量法測(cè)定的原理與方法，同時(shí)也了解了玻璃坩堝過(guò)濾等的基本操作，后面，我們也會(huì)繼續(xù)摸索將更多的對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)開設(shè)。

2 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液的處理方法和措施

在分析廢液的回收和處理中，我們堅(jiān)持循環(huán)利用，資源再利用的原則進(jìn)行摸索。

2.1 培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)環(huán)境的意識(shí)

每次實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生的試劑可能會(huì)有剩余，我們會(huì)回收給后面不同專業(yè)的學(xué)生使用，比如“氯化物中氯含量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生配的沒用完的0.05 mol·L-1的AgNO3，我們會(huì)統(tǒng)一回收，然后再給其他專業(yè)的學(xué)生直接使用。在“過(guò)氧化氫含量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生取的0.02 mol·L-1的高錳酸鉀溶液會(huì)有剩余，我們會(huì)集中回收，然后進(jìn)行過(guò)濾后再給其他專業(yè)學(xué)生使用。這樣既節(jié)省試劑，又減少污染物的排放。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，嚴(yán)格要求學(xué)生按成分的不同分類回收廢液，讓學(xué)生養(yǎng)成不隨意排廢液的意識(shí)。

2.2 “變廢為寶”資源再利用

對(duì)某些實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液進(jìn)行處理后，再加以利用。比如，我們?cè)凇奥然镏新群康臏y(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，沉淀中會(huì)有AgCl和Ag2CrO4，我們對(duì)沉淀進(jìn)行處理，首先加稀鹽酸將Ag2CrO4轉(zhuǎn)化為AgCl，反復(fù)清洗抽濾，回收AgCl。而回收的AgCl，與NaCl按1 : 4的質(zhì)量比混合，研磨均勻后，用于分析實(shí)驗(yàn)自開設(shè)的“測(cè)定礦石中鐵的含量(無(wú)汞定鐵法)”實(shí)驗(yàn)中，用于氧化還原測(cè)定鐵的預(yù)處理劑。

2.3 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室管理，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備科學(xué)化

在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，化學(xué)試劑的配制要科學(xué)化、定量化，比如有個(gè)別實(shí)驗(yàn)可先配制高濃度的儲(chǔ)備液，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可稀釋成標(biāo)準(zhǔn)使用液，避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶液過(guò)剩而造成的浪費(fèi)。

實(shí)踐證明，以上這些措施有力地促進(jìn)了我實(shí)驗(yàn)中心的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化建設(shè)，減少了藥品、試劑用量，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，減少了對(duì)環(huán)境的污染，增強(qiáng)了學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能及綜合素質(zhì)的提高，為師生創(chuàng)造了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。