将绿色化学理念渗透到高中化学实验的几种改进方法

1、第 1 页 共 5 页将绿色化学理念渗透到高中化学实验的几种改进方法将绿色化学理念渗透到高中化学实验的几种改进方法湖北省广水市一中湖北省广水市一中 张莉莉张莉莉 绿色化学(Green Chemistry)又称“环境无害化学”、 “环境友好化学”、 “清洁化学”，绿色化学是近二十年才产生和发展起来的，是一个 “新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。 绿色化学的核心内容之一是“原子经济性”，即充分利用反应物中的各个原子，因而既能充分利用资源,又能防止污染。原子经济性的概念是 1991 年美国著名有机化学家 Trost（为此他曾获得了 1998 年度的总统绿色化学挑战奖的学术奖)提出的, 用原子利用率衡量反应的原子经济性,为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，达到零排放。原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。 绿色化学的核心内容之二，其内涵主要体

2、现在五个“R”上：第一是 Reduction 一一“减量”，即减少“三废”排放；第二是 Reuse“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成本和减废的需要；第三是 Recycling“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；第四是 Regeneration“再生”，即变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径；第五是 Rejection “拒用”,指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的，有毒副作用及污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，这是杜绝污染的最根本方法。绿色化学为化学教育教学提出了新的要求。高中化学实验教学与绿色化学联系最为紧密、最为直接，在实验教学中贯彻绿色化学思想最为重要。本文结合高中化学教学实践谈谈将高中绿色化学理念渗透到化学实验教学中的几种改进方法，以期达到在中学实验教学中体现绿色化学理念之目的。一、化学实验要尽量减小试剂的浓度一、化学实验要尽量减小试剂的浓度在现行中学化学教材中，有些实验指明了药品浓度，有些实验没有指明药品浓度。对涉及药品浓度的实验探索和改进，既能节约药品、保证实验效果，又能减少环境污染。1、指示剂浓度的减

3、少。指示剂酚酞、石蕊、甲基橙、品红等，特别是酚酞和石蕊，指示剂变色很灵敏，即使用微量药品也会有明显现象和效果。原浓度为 0.51.0，经改进可减少到 0.10.25，也可以相应减少酒精的用量。第 2 页 共 5 页2、苯酚性质实验。苯酚溶液浓度由 2降至 0.51.0 ，溴水浓度也可降低为橙红（稍浓）。3、对定性检验剂硝酸银浓度改进。在进行银镜反应配制银氨溶液时，将硝酸银浓度、氨水浓度均可由 2降为 1，实验效果依然。而在高中化学一般离子检验中，硝酸银浓度微量 0.1足已。4、浓度对化学平衡的影响的演示实验中硫氰酸钾、三氯化铁溶液的浓度可由0.01mol/L 降为 0.0005mol/L，1mol/L 降为 0.5mol/L。这些改动实验药品的浓度都增强了实验效果。中学化学实验中降低实验药品浓度的例子还很多，作为化学实验工作者，应具有绿色化学的思想，并指导日常工作，尽可能地降低实验药品浓度，减少药品的损耗，预防环境污染。二、要尽量推行微型实验二、要尽量推行微型实验微型化学实验作为绿色化学的一项方法和技术，已在国内外日益得到重视和推广。利用微型化学实验能真正体现绿色化学预防污染，而不是治

4、理污染。其优点是现象明显、效果良好；减少试剂用量，降低实验费用；降低排废量，减少污染；缩短实验时间且安全可靠。在微小型的仪器中，用尽可能少的试剂来进行实验(一般为常规量的十分之一至千分之一)。因为只有仪器微型化了，才能减少试剂在器皿上的附着量，同时还应尽可能减少中间产物的转移过程，以减少试剂在器皿上的附着。在学习元素化合物性质、实验习题和一些有刺激性气味、有毒物质的制备时，可选用微型化学实验，充分利用其突出优点。实验中除了可使用已研制成功的井穴板等微型仪器，还可以把集气瓶、烧瓶、启普发生器等微型化。在微型化带来实验现象不明显时，可借助现代化辅助教学手段把实验结果放大。如浓硫酸的吸水性和脱水性实验，药品种类多、份量大，改在点滴板上进行，并且利用实物投影仪将实验结果放大，既减少药品消耗及废物污染，又缩短实验时间，现象非常明显。又如乙酸乙酯的制取实验，改用W 型管（如图 1） ，然后水浴加热，药品用量少，反应快，现象非常明显。再如，铜分别与稀硝酸、浓硝酸的反应，演示实验和学生分组实验都有，如果按课本上做，不仅浪费药品，而且产生释放出一氧化氮与二氧化氮等有毒气体。实验改进为：仪器是：废医用的一

5、次性注射器，拔掉针头，安上橡胶塞。药品：浓硝酸，铜片，氢氧化钠溶液。实验步骤：a.准备好水与氢氧化钠溶液在烧杯中。b.拔出活塞，放入一小片铜，塞上活塞。c.取下橡胶1 21乙醇、乙酸和浓硫酸混合物 水浴加热2乙酸乙酯和饱和碳酸钠溶液图 1 制取乙酸乙酯的微型装置第 3 页 共 5 页塞，在试剂瓶中吸入 0.3 至 0.5ml 浓硝酸(不要多吸)，立即套上橡胶塞，可观察浓硝酸与铜反应。d.当产生 2 至 3ml 红综色气体时，取下橡胶塞，吸入 0.5ml 左右的水，立即套上橡胶塞，可观察稀硝酸与铜反应。e.产生一定量无色气体后，取下橡胶塞，把液体与气体注入氢氧化钠溶液中。可让学生了解一氧化氮与二氧化氮气体的吸收。整个实验都贯穿了绿色化学的思想。三、改进有毒气体的制取装置三、改进有毒气体的制取装置如实验室制氯气，最后的尾气通入氢氧化钠溶液，防止氯气排入空气造成污染。为防止在收集多瓶氯气时逸出过多的氯气，可对实验进行如下改进，具体做法是：a.按图 2 组装好仪器，烧杯中装好 NaOH 溶液。b检查装置的气密性。 c装药品。d制取并收集Cl2。e先关闭止水夹 K2，打开止水夹 K1，用a1收集

6、好一瓶 Cl2，更换集气瓶再收集 Cl2，关闭止水夹 K1，打开止水夹 K2，再用 b1收集C12。可见在此收集过程中 Cl2几乎被全部收集，有效地减少了向空气中逸散，从而减少了对人体的危害和对环境的污染。再如，钠在氯气中的燃烧，取一支大试管，塞入带干燥管的胶塞，用铁夹把试管固定在铁架台上。在干燥管里垫一层石棉绒或玻璃丝，往试管内加入少量高锰酸钾晶体，再注入少量浓盐酸，立即塞紧带干燥管的胶塞，用一小块硬纸片盖住干燥管口。高锰酸钾跟盐酸反应产生氯气，当干燥管内投入有滤纸吸干煤油的绿豆大的金属钠。金属钠在氯气里激烈燃烧，在干燥管里产生大量白烟，这就是氯化钠固体。如果再向干燥管投入金属钠，金属钠仍在氯气里燃烧。本实验不需事先用广口瓶收集氯气，省去了把金属钠放入燃烧匙后，再用酒精灯给金属钠加热这一操作，操作简单，成功率高。四、改进有毒气体的吸收装置四、改进有毒气体的吸收装置如验证 SO2漂白性的实验：将 SO2气体通入装有品红溶液的试管里。观察品红溶液颜色的变化。给试管加热。观察溶液发生的变化。此实验的缺点是：加热试管时放出 SO2对环境造成污染。改进方案：在装有品红溶液的试管口放一团用稀 N

7、aOH 溶液湿润的棉花球吸收多余或生成的 SO2；或当品红液体溶液刚好褪色时，在试管口套上一个气球，再给试管加热，然后冷却，防止生成的 SO2排入大气污染环境。图 2 改进的实验室制氯气装置第 4 页 共 5 页又如浓硫酸的脱水性实验：烧杯中放入 20g 蔗糖，加入几滴水，搅拌均匀。然后加入 15mL 溶质的质量分数为 98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象。此实验的缺点是：反应放出大量有刺激气味的有毒气体如 SO2等，对空气污染严重，学生咳嗽不止，甚至干扰了课堂正常秩序。改进方案：将 200ml 烧杯置于有少量水的玻璃水槽内的一块大理石小垫块上（大理石小垫块稍微高于水面），再在 200ml 小烧杯上倒扣一个大烧杯（如图 3）。五、改进产生大量烟的实验五、改进产生大量烟的实验如钠在空气中燃烧的实验，在学生分组实验中，按课本及参考书中介绍的方法，实验过程中会损坏很多玻璃管或蒸发皿，如选用石棉网，实验后的石棉网也不能再次使用，造成很大的浪费。更重要的是生成的过氧化钠呈烟状，跑到大气中，既污染环境，又不容易观察生成物的颜色。改进做法：将石棉网换成方形的白铁皮或铝片，折起四边成小盒状，将一绿豆

8、大小的钠，吸干煤油后放在其中，将其置于三角架上，用酒精灯加热，钠很快便可熔化、燃烧。实验现象：看到钠逐渐燃烧，呈黄色火焰，生成菜花状的淡黄色固体。改进后的优点：生成的过氧化钠基本上都留在白铁皮或铝片上，既有利环保，又容易观察到产物的颜色；冷却后取出燃烧产物，将白铁皮或铝片清洗干净擦干以备后用。六、循环使用溶剂和充分利用反应产物六、循环使用溶剂和充分利用反应产物绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学，所以，我们应该应用化学的处理方法，充分利用现有资源及反应产物。这不仅从源头上防止了污染，而且增加了经济效益。在中学化学实验中，萃取实验用的有机溶剂有 CCl4、煤油等，如果废弃了，不仅污染了环境，而且会产生新的隐患。如果进行回收、集中、化学处理，它们又可重新使用。对于萃取碘的CCl4、煤油可以用稍浓的 NaOH 溶液洗液、分液。又可重新得到 CCl4、煤油，进行萃取。铁和硫反应生成硫化亚铁，收集演示实验生成的硫化亚铁，进行制取硫化氢的实验。对一些收集了又不用的有毒气体，可对学生做怎样吸收该气体的实验。如氯气及未完全进行反应的氯气，在集气瓶中加入一些 NaOH 溶液，吸收氯气。在学生分组实验中，配制一定物质的量浓度的溶液中，把容量瓶的规格改为 50ml 或 100ml，配制 HCl 溶液的浓度改为0.1mol/L 或 0.2mol/L(不同班级任选一个)，配制 NaOH 溶液的浓度改为 0.15mol/L，再分图 3 改进的蔗糖 与浓硫酸反应装置第 5 页 共 5 页瓶收集备用于中和滴定，要把两个实验的顺序安排好。在实验工作中，用绿色化学的思想来指导，更能有效地防止污染。以上是我校教师将绿色化学理念渗透到中学化学教学实践中的几种基本改进方法,综上所述,中学化学实验的改进要力求利用最少的实验药品，获得最佳的实验效果，最大限度的减少废弃物，提高学生的环保意识。只有这样，才能使中学化学实验教学与绿色化学理念有机结合。

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