綠色化學理念下的無機化學實驗教學研究

付國妮

（安徽農業大學 理學院，安徽 合肥 230036）

綠色化學理念下的無機化學實驗教學研究

付國妮

（安徽農業大學 理學院，安徽 合肥 230036）

在綠色化學理念的指引下，無機化學實驗采取了開展微型實驗、實施試劑少量化、改進實驗方法、選擇系列實驗、回收再利用實驗產物等有效措施實現綠色化教學研究，在取得較好教學效果的同時，降低了實驗費用，減少了環境污染.

無機化學實驗；綠色化學理念；教學研究

無機化學實驗是我校化學實驗教學分中心為大一新生開設的一門獨立的基礎實驗課，旨在培養學生的實驗技能和創新精神，同時注重學生環保意識的培養.作為農林院校的必修基礎實驗課，無機化學實驗班級和人數較多，這就導致許多常規化學實驗對實驗室乃至整個環境的污染更加嚴重，同時也危害了師生身體健康.為了更好地保護師生身體健康和生態環境，在無機化學實驗課中實施綠色化學是可持續發展的必要選擇.筆者在無機化學實驗課的教學過程中，通過不斷探索、實踐，開展了部分無機化學實驗的綠色化教學研究，降低了實驗試劑的損耗，減少了環境污染，取得了較好的教學效果，但同時也發現一些不足.

1 綠色化實驗教學采取的有效措施

1.1 采用微型實驗

微型化實驗具有操作簡便、試劑用量少、節約經費、節省時間、減少污染等優點，是實現無機化學實驗綠色化的一種有效途徑.

無機化學實驗中的性質實驗主要是通過觀察明顯的實驗現象，如溶液顏色的改變、沉淀的生成或溶解、氣體的產生等，來驗證物質的化學性質.因此，對于性質實驗，試劑用量可以采取微量化，只要實驗現象明顯，便于觀察，實驗便達到教學效果.

對于本中心所開設的“氧化還原反應”性質實驗，在“氧化劑、還原劑與氧化還原反應”、“氧化劑與還原劑的相對性”、“電極電勢與氧化還原反應的關系”和“介質的酸度對氧化還原反應的影響”實驗中，所需氧化劑、還原劑只要幾滴至十滴即可觀察到明顯的實驗現象.如“介質的酸度對氧化還原反應的影響”中“酸度對氧化還原反應速度的影響”實驗，只需在兩只試管中各加入0.1 m o l·L-1K B r 10滴、0.05 m o l·L-1K M n O42滴，其中一只試管中加入3 m o l·L-1H2S O410滴，另一支加入3 m o l·L-1H2S O41滴,在觀察比較兩支試管中紫色褪去的快慢時，實驗現象非常明顯：加入10滴3 m o l·L-1H2S O4的試管中溶液紫色的褪去比加入1滴3 m o l·L-1H2S O4的試管中溶液的褪色快的多.實驗現象說明：增大溶液酸度，可以增強的K M n O4的氧化性，從而加快氧化還原反應速度.

1.2 實施試劑少量化

可以微型化的性質實驗只是無機化學實驗的一部分，一些常用的操作如升溫、加熱、攪拌、沉淀分離等，因儀器本身的限制，不能設計成微型實驗，仍需做常規實驗.為了實施無機化學實驗綠色化，在不影響培養學生基本技能以及實驗結果的前提下，可適當減少試劑的用量.

“粗食鹽的提純”制備實驗中，常規稱取5.0 g或10.0 g粗食鹽.本校學生在進行該實驗時，結合本中心實際教學條件，稱取2.0 g粗食鹽，經過加熱溶解，加入0.5 m L B a C l2溶液去除S O42-雜質離子，檢驗S O42-去除完全后，繼續加入0.5 m L N a O H、1.0 m L N a2C O3以除去粗食鹽中的C a2+、M g2+、B a2+等雜質，檢驗C a2+、M g2+、B a2+等雜質離子去除完全后，采用普通漏斗常壓下一步過濾去除泥沙以及雜質離子生成的沉淀，濾液濃縮，烘干，即可得到精食鹽.經過稱重，學生可制備0.8-1.6 g精食鹽，完全滿足教學大綱中規定教學要求.

1.3 簡化實驗方法

有些常規實驗雖然不能進行微型化或小型化，但可以充分開動學生的創新思維，選擇簡單易行的實驗方法，以減少儀器和試劑的使用，實現綠色理念下的無機化學實驗.

“中和熱的測定”實驗中，在N a O H和H C l于簡易量熱計中反應前，要保證N a O H溫度和H C l溫度一致.雖然N a O H和H C l同處于室溫環境中，但N a O H溫度與H C l還有一定的溫差，常用的是使用酒精燈加熱溫度偏低的溶液.但由于二者溫差較小，且進行本實驗時環境溫度較低，本實驗完全可以用手溫熱溫度較低的溶液使其與溫度較高溶液溫度一致.該操作不需要任何儀器和試劑，即可達到實驗目的，又環保節能.

1.4 開展系列實驗

在無機化學實驗中，許多實驗內容相互聯系，可充分利用相關反應，讓前一個實驗的產物作為下一個實驗的反應物，以減少化學試劑的消耗和廢液的排放，這也是實現綠色化無機化學實驗的一個重要方法.

“配合物性質”實驗中的“沉淀平衡與配位平衡”實驗，即是在一試管中加入5滴0.1 m o l·L-1A g N O3溶液，然后按下列順序依次完成實驗：

逐滴加入0.1 m o l·L-1N a C O3溶液至剛出現沉淀；逐滴加入2 m o l·L-1N H3·H2O溶液至沉淀剛溶解；加入1-2滴0.1 m o l·L-1N a C l溶液至剛沉淀；逐滴加入6 m o l·L-1N H3·H2O溶液至沉淀剛溶解；加入1滴0.1 m o l·L-1K B r溶液至剛沉淀；逐滴加入1 m o l·L-1N a2S2O3溶液至沉淀剛溶解；加入1滴0.1 m o l·L-1K I溶液至剛沉淀；加入適量N a2S2O3（s）至沉淀剛溶解；逐滴加入0.1 m o l·L-1N a2S溶液至剛沉淀.本實驗中銀的難溶物與配合物之間相互轉化，通過觀察到的明顯的沉淀生成和溶解現象，讓學生充分理解沉淀平衡與配位平衡的相互影響：難溶物和配合物之間總是向著更穩定的化合物方向發展的，達到教學效果的同時實現了無機化學實驗的綠色化.

1.5 回收再利用實驗產物

在綠色化學理念的指引下，不再任意棄置、排放實驗產物，可對實驗產物進行選擇性的回收利用,不僅節約化學試劑,更重要的是可減少或避免有害物質進入環境.

“硫酸亞鐵銨的制備”實驗中，2.0 g鐵屑與20 m L3m o l·L-1H2S O4，充分反應，抽濾后可得到9.0-10.0 g的濕的硫酸亞鐵銨晶體，烘干后硫酸亞鐵銨的質量還是可觀的，實驗結束后將硫酸亞鐵銨統一回收，保存，可在以后的有機合成實驗中用作反應物.學生用自己的研究成果進行實驗，可以讓他們有一種成就感，有利于培養學生的實驗興趣，同時又讓他們深刻理解綠色化學的理念.

2 實驗中存在的不足

在開展綠色化無機化學實驗的過程中，由于實驗條件的限制，一些對師生身體健康和環境危害較大的實驗仍只能進行常規實驗.“硫酸亞鐵銨的制備”實驗中，反應物為機械行業產生的鐵屑，在敞開的實驗裝置中，廢鐵屑中含有的硫、磷等雜質和硫酸反應時生成的H2S、H3P等有毒氣體，導致實驗室彌漫著強烈的刺激性氣味，直接危害師生身體健康，不符合綠色化學的要求，此類實驗還需進一步進行改進，以實現有害氣體的零排放.

3 展望

筆者在教學過程中主要將上述五種方法有機的結合在一起，以實現無機化學實驗的綠色化，在培養了學生較高實驗素質和實驗技能的同時，顯著地降低了教育成本，而且從很大程度上減少了環境污染，更重要的是讓學生在實驗過程中樹立了環保意識.但是，對于急需改進的常規實驗，希望能得到相關的政策支持和實驗經費的投入，以不斷地開拓創新，更加完善實驗內容和實驗儀器，最大程度上實現綠色理念下的無機化學實驗.

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A

1673-260X（2012）07-0216-02

2012年安徽省高等學校省級優秀青年人才基金項目（2012SQRL066）；2011年安徽農業大學校青年基金重點項目；安徽農業大學穩定和引進人才科研資助項目