淺談高中化學(xué)實驗的綠色化改進

周愛云

化學(xué)實驗是高中化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)科學(xué)探究能力的主要途徑?；瘜W(xué)教師在進行化學(xué)實驗教學(xué)時，務(wù)必要樹立實驗綠色化的理念?；瘜W(xué)實驗綠色化理念課堂教學(xué)為了提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，高中化學(xué)教學(xué)加大了化學(xué)實驗教學(xué)的比重。但是，因為化學(xué)實驗的反應(yīng)物和生成物大多屬于有毒、有害的污染物。幾乎是只要有化學(xué)實驗，就會產(chǎn)生污染或存在一定的危險性。這種現(xiàn)狀不僅嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，而且對學(xué)生的生命安全也造成一定的威脅，還嚴重影響學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和熱情。因此，必須改進現(xiàn)有教材中的一些化學(xué)實驗，使之成為綠色化的化學(xué)實驗。所謂“化學(xué)實驗綠色化”，就是指在滿足教學(xué)要求的前提下，設(shè)計的化學(xué)實驗徹底消除或盡量減少使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)，從源頭上消除化學(xué)實驗對環(huán)境和人類健康的負面影響。

綜合分析高中化學(xué)實驗產(chǎn)生污染的主要原因，一是實驗設(shè)計不合理，實驗器材和藥品的使用都沒有優(yōu)選優(yōu)化；二是實驗操作不規(guī)范，對化學(xué)實驗反應(yīng)生成的污染物隨意處理。在教學(xué)過程中，教師如果始終堅守環(huán)保意識，積極主動地對一些實驗加以改進，可以有效地減少實驗的污染和危害。

一、優(yōu)化實驗設(shè)計

新課標教材盡管體現(xiàn)出了化學(xué)實驗綠色化的思想，但仍然有很多實驗因為設(shè)計不夠嚴謹而產(chǎn)生“三廢”污染物，一些實驗反應(yīng)物和反應(yīng)助劑的選擇及其用量比沒有做到最優(yōu)化。比如，《有機化學(xué)基礎(chǔ)》[實驗2-1]（人教版選修五）乙烯的實驗室制取實驗，教材設(shè)計為：用體積比為3∶1的濃硫酸和無水乙醇作為原料制作乙烯。這一設(shè)計會使反應(yīng)物在反應(yīng)過程中變成黑色，產(chǎn)生碳渣，極難清潔，還需耗費大量的乙醇，嚴重降低了乙醇的產(chǎn)率。再如一些實驗的藥品用量和試劑濃度，教材中并沒有給出明確的規(guī)定，學(xué)生在實驗操作中很容易造成對藥品的浪費和污染的嚴重。

教師在實驗教學(xué)過程中，就要針對教材對于實驗的設(shè)計進行綠色化改進。對上述“乙烯的實驗室制取”的實驗，可以讓學(xué)生以濃磷酸濃硫酸的混合物和代替濃硫酸，筆者在教學(xué)中，綜合考慮實驗現(xiàn)象、反應(yīng)時間、碳化程度以及乙烯產(chǎn)率等因素的情況下，通過實驗探究，獲得了更為理想的原料用量比為：濃硫酸、濃磷酸、乙醇的體積比取2.3∶0.7∶1，學(xué)生采用探究所得的反應(yīng)物以及原料配比進行實驗，效果更好。而對那些沒有明確藥品用量的實驗，筆者也是根據(jù)往屆實驗記錄，給予學(xué)生一個明確的藥品合適用量，既節(jié)約了藥品，還能減少污染物的產(chǎn)生。同時，也能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的試驗方法和嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

二、改進實驗裝置

化學(xué)實驗裝置的綠色化改進方法，主要包含有組合實驗和實驗密閉化兩種。組合實驗是指在實驗教學(xué)過程中，盡量尋找各實驗間的聯(lián)系，通過調(diào)整實驗次序、把分散實驗綜合、充分利用反應(yīng)產(chǎn)物等途徑，使一個實驗的產(chǎn)物或廢物成為下一個實驗的原料，努力延長產(chǎn)物的使用周期，減少廢棄物的排放，提高試劑利用率。組合實驗的優(yōu)點在于，可以節(jié)省實驗時間和藥品，提高實驗資源利用率，與綠色化學(xué)理念相一致。教學(xué)中，可以將物質(zhì)的制備實驗和性質(zhì)實驗組合起來，比如一氧化氮、二氧化氮以及氯氣的制取和性質(zhì)實驗組合在一起，用制取實驗獲得氣體用于性質(zhì)檢驗的實驗原料。還可以將幾個實驗有機地串聯(lián)起來組合成一個連貫的實驗裝置。如人教版《化學(xué)》（必修1）氯氣的性質(zhì)實驗，教材分散為四個小實驗，需要多次反復(fù)地通氯氣。采用如下圖的組合實驗裝置，就可以只需通一次氯氣就能完成所有實驗。既能節(jié)約實驗時間，又能減少氯氣散溢到空氣中的含量，實現(xiàn)綠色實驗的目標。

化學(xué)實驗密閉化是利用密閉的化學(xué)實驗裝置，使實驗產(chǎn)生的污染物在密閉裝置內(nèi)消除，不能進入環(huán)境。將注射器在化學(xué)實驗密中的反應(yīng)容器，就是基于實驗密閉化的典型運用。比如銅與稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮的實驗，就可以利用注射器在封閉的環(huán)境中完成。步驟如下：第一步將細銅絲放入注射器中，再將注射器活塞推到底部；第二步將注射器底部插入稀硝酸中，抽動活塞吸入20mL稀硝酸，再將其懸掛在鐵架臺上，底部插入到盛有4mol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中。反應(yīng)開始之后，稀硝酸溶液由無色變成藍色，同時在注射器中產(chǎn)生無色氣體，無色氣體達到一定的量之后，在注射器中形成壓力，使溶液從注射器中溢出，滴落與燒杯中的氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)藍色沉淀。第三步等銅與稀硝酸的反應(yīng)停止之后，將注射器中的所有溶液排入燒杯中（注射器底部小口沒入氫氧化鈉溶液中，避免氣體逸出），然后拉動活塞，吸入空氣，注射器中的無色氣體與空氣發(fā)生反應(yīng)，變?yōu)榧t棕色。實驗結(jié)束時，將注射器下吸入燒杯中堿液進行尾氣處理。

三、規(guī)范實驗操作

綠色化學(xué)實驗拒絕浪費實驗藥品和造成環(huán)境污染，拒絕教學(xué)事故。但是，在日常的演示實驗和學(xué)生分組實驗中，經(jīng)常會因為實驗操作不規(guī)范而導(dǎo)致實驗的重復(fù)進行，這不但影響實驗的質(zhì)量和時間，也造成了實驗藥品的浪費，更是帶來了安全隱患和加重了對環(huán)境的污染。對學(xué)生良好化學(xué)實驗態(tài)度和習(xí)慣的培養(yǎng)也會產(chǎn)生負面影響。因此，教師在化學(xué)實驗的準備、實施、和結(jié)束階段，尤其是實驗實施階段，必須強調(diào)并指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范操作。

在實驗準備階段，教師要指導(dǎo)并強調(diào)對相關(guān)化學(xué)知識的復(fù)習(xí)，以明確試驗的目的、要求，對實驗作出合理的設(shè)計，提高實驗的質(zhì)量，避免因失誤而重復(fù)實驗。在實施階段，不論是演示實驗還是學(xué)生實驗，教師都要強化規(guī)范操作的意識。對學(xué)生實驗，教師要隨堂觀察學(xué)生對實驗儀器的洗滌、安裝是否規(guī)范，對化學(xué)藥品或助劑的取用和稱量、反應(yīng)過程中的溶液配制、加熱、過濾以及蒸發(fā)、結(jié)晶等實驗操作是否正確，及時指出和糾正學(xué)生操作上的錯誤。使學(xué)生掌握基本的化學(xué)實驗操作要領(lǐng)，如用酒精燈加熱不能用內(nèi)焰，以免引起玻璃儀器受熱不均導(dǎo)致破裂，過濾則要“一貼、二低、三靠”。懂得“從左到右”“自下而上”“固體先放、液體后加”先“塞”后“定”“先驗氣密性、后點酒精燈”等實驗原則。比如對氣密性的檢驗操作，不論何種氣體，都要認真操作，不可跳過，尤其是有毒氣體的實驗，更是要嚴格按照操作規(guī)程，規(guī)范操作，在通風(fēng)柜內(nèi)進行實驗；對于實驗藥品和助劑的使用，必須要有量化意識，嚴禁隨意添加。在實驗結(jié)束時，所有儀器都要清洗干凈，實驗產(chǎn)生的廢液、廢渣要統(tǒng)一歸置到指定地方，由實驗教師進行無害化處理之后再排放，避免造成對環(huán)境的污染。

化學(xué)實驗的綠色化改進，需要教材編寫者和一線教學(xué)工作者共同努力。高中化學(xué)實驗的綠色化改進，還有很多具體的細節(jié)需要在教學(xué)實踐中進一步探討和研究。作為一線化學(xué)教師，在進行化學(xué)實驗教學(xué)時，務(wù)必要樹立實驗綠色化的理念，才能在實驗的各個環(huán)節(jié)盡可能地實現(xiàn)綠色化。endprint