基于綠色化學理念下中學化學實驗的改進

【摘 要】綠色化學是可持續發展的科學，化學實驗教學中培養學生綠色化學的觀念是新課改的熱點。結合中學化學實驗教學的現狀，本文從綠色化學理念出發，對“乙酸乙酯的制備”進行探討，深化實驗教學中的綠色化思想。

【關鍵詞】綠色化學 " "乙酸乙酯 " "化學實驗

1 前言

環境保護和可持續發展是當今社會的共識，綠色化學技術是化學科學研究的熱門領域。為了節約實驗藥品并減少環境污染，越來越多的化學教師開展了化學實驗改進的相關研究。有效開展實驗改進，有多種途徑，本文主要探討綠色化學原則在實驗改進過程中的運用。

1.1 綠色化學理念

綠色化學理念由美國環境保護總署Anastas及其合作者率先提出，其內涵表現在三個方面：潔凈性，致力于從源頭防止和消除污染;原子經濟性，在獲取新物質轉化的實驗過程中充分利用每個原子;安全性，即在實驗過程中，盡可能不使用和不生產有毒有害的物質，反應條件盡量溫和或安全。綠色化學是追求人與自然和諧發展、主動防止污染而產生的一門科學。

1.2 中學化學實驗綠色化

綠色化學理念的普及離不開綠色化學教育。1995年，由美國總統克林頓發起，美國化學學會、國家環境保護署、白宮和國家科學院共同創辦了每年一次的“總統綠色化學挑戰獎”。約瑟夫·布林是美國綠色化學研究所的首任負責人，在他的努力下，綠色化學研究所設立了綠色化學領導獎和紀念聯誼會員獎，該獎旨在促進綠色化學教育，培養未來的綠色化學家和領導人。同年，中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術》的院士咨詢課題。1997年，香山科學會議以“可持續發展問題對科學的挑戰--綠色化學”為主題，召開學術討論會，推動了我國綠色化學的發展。2003年，教育部下發“普通化學課程標準（實驗）”，要求學生應形成科學的自然觀和嚴謹求實的科學態度。綠色化學理念的普及改變了傳統化學教學模式，更注重培養學生的科學精神，是貫徹新課程理念的重要途徑。

基礎實驗教學在化學教學中占有重要地位，許多教學活動都是在化學實驗室中展開。由于教學用的實驗室空間較小，實驗過程中產生的有毒有害物質會污染教學環境，影響學生及教師的身體健康，產生的廢氣、廢水和廢渣不經處理就直接排出，小小的化學實驗室成了污染源。基于以上，化學實驗室的“三廢”治理勢在必行，在化學實驗教學中滲透綠色化學理念是必然要求。教材是教學內容的載體，是提高教育質量的基礎。在實驗內容的選擇上，主要從典型性方面著手，忽略了環境污染的影響。為了使實驗過程綠色化，必須從源頭上，也就是實驗方法中，阻止污染物的產生。下面以乙酸乙酯制備為例，來談談化學實驗綠色化。

1.3 傳統乙酸乙酯制備的不足

乙酸乙酯又稱醋酸乙酯，是食品工業及化工生產的重要原料，與生活生產息息相關。乙酸乙酯的制備是中學化學實驗教學的重點。目前“人教版”化學教材中采用濃硫酸催化酯化合成乙酸乙酯，該實驗存在以下不足：實驗中以濃硫酸為催化劑，腐蝕性強，使用不安全，且不利于環境保護;傳統的實驗教學方法不利于激發學生的積極性及創新精神的培養;實驗易發生事故，對學生的健康造成極大威脅。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

乙酸與乙酯的反應經歷了加成消除的過程，質子活化的羰基被親核的醇進攻發生加成，在酸的作用下脫水成酯。由于酯化反應是可逆反應，須不斷移除生成的水才能使反應繼續進行。

圖1 乙醇和乙酸反應制取乙酸乙酯的反應機理

2.2 實驗過程

以人教版選修四中“乙酸乙酯的制備”為對照實驗：乙酸和乙醇在110℃-120℃下，濃硫酸催化合成乙酸乙酯。

改進方案一：乙酸和乙醇在84℃-87℃下，AlCl3催化生成乙酸乙酯。

改進方案二：乙酸和乙醇在92℃-96℃下，硫酸氫鈉催化生成乙酸乙酯。

改進方案三：乙酸和乙醇在80℃-90℃下，FeCl3·6H2O催化生成乙酸乙酯。

2.3 實驗結果分析

取等量的原材料，通過不同的方案制備乙酸乙酯，精制產品，測得產率。將三組平行試驗取平均值后再進行對比，見下表。

表1 實驗對比

由此可知，使用無水三氯化鋁作催化劑時，反應體系呈無色透明狀，便于觀察。降低了反應的溫度，縮短了反應時間，操作安全無腐蝕，適合做演示實驗，也適合學生探究。

NaHSO4·H2O作為催化劑， 實驗準備簡單，代替濃硫酸減少副反應發生，有利于提高酯化率， 且產生廢酸少，利于學生環保意識的樹立。

六水三氯化鐵作催化劑，實驗現象更加明顯，不僅提高相對產率，還可降低反應溫度，節約反應時間。同時，催化劑本身用量少，可重復使用，無毒無害且不污染環境。

3 結論

本文旨在中學化學實驗教學中滲透綠色化學教育思想，從源頭上阻止污染的產生。遵循綠色化學原則，選取三種不同類型的催化劑，對“乙酸乙酯的制備”進行改進，從而達到實驗最優化。實驗表明：使用無水三氯化鋁和六水三氯化鐵作催化劑，不僅能夠達到良好的實驗效果，還能減少對環境的污染，是典型的綠色實驗，與中學化學教學中滲透綠色化學教育思想是相符合的。

【參考文獻】

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