論化學實驗的“綠色化”與學生環保意識的培養

顧遠

“綠色化學”，又稱環境無害化學，綠色化學的核心內容之一是“原子經濟性”，即充分利用反應物中的各個原子，因而既能充分利用資源，又能防止污染。綠色化學的核心內容之二是五個“R”：第一是Reduction——“減量”，即減少“三廢”排放；第二是Reuse——“重復使用”，諸如化學工業過程中的催化劑、載體等，這是降低成本和減廢的需要；第三是Recycling——“回收”，可以有效實現“省資源、少污染、減成本”的要求；第四是Regeneration——“再生”，即變廢為寶，他是節省資源、能源，減少污染的有效途徑；第五是Rejection——“拒用”，指對一些無法替代，又無法回收、再生和重復使用的，有毒副作用及污染作用明顯的原料，拒絕在化學過程中使用，這是杜絕污染的最根本方法。所謂化學實驗的“綠色化”，就是把綠色化學教育理念貫穿于化學實驗教學的全過程，降低污染的同時，又能提升教學效果。

一、 培養學生的化學實驗“綠色化”和環保意識的重要性

1.保證實驗教學工作順利開展的前提

化學實驗室常用玻璃儀器，經常接觸酸、堿等強腐蝕性藥品，容易造成或輕或重的實驗事故，事故一旦發生就會給正常的實驗教學帶來很大的負面影響。有些學校，教師甚至因噎廢食，因害怕學生出現傷害事故而減少學生操作實驗。而化學是一門以實驗為基礎的學科，因實驗的減少，會使教學效果受到很大影響，同時也束縛了學生的手腳和思維的空間。其實，對于學生實驗，只要嚴格按照正確的操作去完成，是不會出現傷害事故的，危險源于不規范操作。例如：“玻璃儀器輕拿輕放，避免破損”；“金屬鈉取用適量”；“切不可往正在進行加熱的盛有苯酚和甲醛混合物溶液的試管中加入鹽酸催化劑”等等。只要防微杜漸，未雨綢繆，重視安全教育，實現化學實驗“綠色化”，提高學生的環保安全意識，就能從根本上杜絕實驗中傷害事故的發生，防止污染環境的發生，還能保證實驗教學工作順利進行。

2.社會賦予教育的責任

近二十年來中國工業迅速發展，人們在享受著它帶來巨大物質財富的同時，也遭受著嚴重污染的危害，如臭氧空洞、溫室效應、淡水資源缺乏、酸雨肆虐、光化學煙霧……雖然有的老師會說，這些我們都在講，可是這遠遠還不夠。比如：有的學生把廢舊電池隨手亂扔，塑料袋隨手拋在地上，隨手丟棄的口香糖，這些嚴重污染環境的現象，反應了我們較差的環保意識和做人的素質問題。筆者認為這是一個對待環保的意識問題和行為習慣問題，作為一名教師應該首先意識到下一代環保意識的缺乏，在實驗教學中除了教給學生實驗技能之外，還應該大力培養他們的環保意識，為他們將來能擁有高質量的生活環境著想。

二、實現化學實驗的“綠色化”，切實培養學生的環保意識

1.加強實驗課程研究，從內容上體現環保意識

根據具體的化學內容，在強化基礎知識的同時，引入與現代科學關系密切的化學新成果、新技術及方法，將經典化學理論與學科前沿發展相結合，保證教學內容的科學性和先進性。可以將內容上聯系密切、操作過程相似的實驗合并在一次實驗課上。例如：將蒸餾、分餾兩個實驗合并為一次實驗教學；將萃取、分液兩個實驗合并為一次實驗教學。還可以對演示實驗所用試劑進行選擇，例如選擇萃取劑可以不用苯，而改用乙酸乙酯等無毒性的萃取劑，利用有限的教學資源和教學課時來完成較多的教學內容，實現低耗高效的教學理念，這正是綠色環保意識在教學內容和課程體系上的直接體現。

2.改進實驗儀器和裝置，從設計上強化環保意識

（1）推廣微型化學實驗，提高環保意識

微型化學實驗是近20年來發展很快的一種化學實驗的新方法、新技術，被譽為“化學實驗的革命”。微型化學實驗是著眼于環境保護污染預防的需要，就是用盡可能少的藥品，在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗。例如必修一中鹵素的性質實驗，教材上是在試管中完成的，所用的藥品種類多，份量大，而飽和的氯水存在著氯氣逸出污染。改用透明塑料制作的微型滴管及井穴板做，既減少了藥品消耗及廢物污染，現象也很清楚。微型化學實驗使用試劑為常規量的1/10-1/100，正體現了綠色化學實驗減少用量，減少化學污染的原則。又如，在銅和稀硝酸的反應中，利用注射器代替試管進行試驗，取一支10mL的注射器，抽出活塞，在針筒內裝入0.04 g銅屑，推上活塞并吸入0.1mL的稀硝酸，觀察現象，等反應完畢后將注射器中液體小心排入廢液瓶中，針筒內氣體可見到無色氣體變成紅棕色，如再吸入少量的水，又可見到紅棕色的氣體又變為無色。改進后的裝置是封閉體系，易于對比觀察，效果明顯，藥品用量比改進前少得多，同時能防止有毒氣體氮氧化物的泄漏而污染空氣，強化了學生的環保意識。

（2）改進傳統實驗，實現化學實驗“綠色化”

目前普通高中課程中必修部分的一些實驗，在具體操作過程中大都存在著諸如藥品用量大、反應耗時長、廢氣未經處理直接排入空氣造成環境污染等問題，因此對這些化學實驗進行改進是很有必要的。

圖1

例如，必修1中在有水和無水兩種情況下對比氯氣漂白性質的實驗。實驗存在以下不足：①一次實驗就要制得兩瓶氯氣，藥品用量太大；②氯氣易逸出，造成環境污染，這與環保意識相悖。所以可進行如圖1所示的改進，其中：a-濃HCl；b-KMnO4固體；c-無水CaCl2；d-H2O；e-干燥的紅紙條。按此圖所示連接好實驗裝置，稱取0.5 g KMnO4裝入具支試管中，再用帶橡皮塞的滴管吸入約0.5 mL濃HCl，然后塞上橡皮塞。在干燥管中裝入適量無水CaCl2。在試管底部放置一張紅紙條，再塞上帶有導管和針頭的橡皮塞，然后用醫用針管吸入適量蒸餾水后將其裝在針頭上。輕輕擠壓滴管的膠頭，使濃HCl緩緩流下，根據反應劇烈程度控制流速，先觀察試管中紅紙條的顏色是否有變化；然后再推壓針栓，滴入幾滴水，觀察紅紙條顏色的變化。

改進后，此實驗儀器簡單、易得，藥品消耗少，將兩次實驗合并，易于操作，演示時間短，現象明顯，對比鮮明，整個實驗在封閉環境中進行，對環境沒有污染，特別適合于演示實驗。

（3）通過實驗裝置的“成品化”，實現零污染

實驗裝置的“成品化”，是指操作某些藥品為有毒物質的化學實驗，其儀器可使用密封有該化學藥品的成品化的儀器，來完成的化學實驗。這種儀器操作直接簡單，儀器和藥品都可循環使用，不存在污染毒害，是綠色化學實驗的理想裝置。

如“碘的升華實驗”，可用成品化的“碘錘”（兩頭向內凹陷，其內密封有碘晶體）來完成，其方法是把其中一頭放在酒精燈上加熱，另一頭灑上幾滴冷水，碘升華后，因另一頭冷水的冷卻作用，可使碘晶體重新又凝聚在“碘錘”上方內壁上。下次實驗時，再在“碘錘”的另一頭加熱即可。如此可以反復使用，節約原料，又能減少污染。

3.用多媒體進行實驗教學，在實驗教學中滲透環保意識

計算機多媒體技術在理論課教學的應用上已經相當普遍，在實驗教學中也可以推廣使用。將實驗原理、操作步驟等制成課件，利用聲音與圖像的結合，清晰而形象地顯示實驗過程，且用模擬實驗軟件還可使學生體會到不同實驗條件下的實驗現象和結果，既形象生動，又節省易耗品，又能避免環境污染。例如實驗室制Cl2、銅和濃硫酸反應等演示實驗，都可以制成課件，既現象明顯，又避免了有毒的Cl2和SO2氣體的生成。當然教師也可以將教學計劃之外的有創新性、綜合性的實驗制成課件放在校園網上，學生可以根據自己的課余時間和實驗興趣有選擇地學習，使學生開闊視野，拓展思維，充分體現因材施教的個性化教學特點。用現代化的教學手段既使學生掌握了豐富的科學知識，又對學生的環保意識進行了有效滲透。

4.實驗的廢液、廢渣、廢氣盡可能回收利用，始終貫徹加強環保意識

在化學實驗中，不僅要少用藥品，減少廢棄物，同時對其廢棄物也要妥善處理，決不能隨意傾倒，造成環境污染，有的還可以變廢為寶。

（1）某些不能直接利用的有毒物質可用化學方法進行妥善處理，例如，萃取后的苯、實驗中殘余的一氧化碳可以燃燒掉；溴苯可以堿解；酸液中的重金屬離子可用鋅、鐵等輕金屬還原。

（2）對實驗中產生的以及實驗后殘留的有毒氣體進行適當處理，消除危害。例如，氯氣、二氧化硫、硫化氫、二氧化氮等有害氣體都可以用堿液吸收；用堿液吸收HCl、SO2等酸性氣體；對于散落的汞，用硫粉處理，減少汞蒸汽的污染。

（3）某些廢棄物不經過處理就可變廢為寶，例如，利用高錳酸鉀制氧氣的殘留固體可用做氯酸鉀分解制取氧氣的催化劑，最終殘余物還可以用于鉀的焰色反應，或用于做花、草、樹、木的肥料等等，從而使學生在化學實驗中自覺養成保護環境的行為。

三、真正實現化學實驗“綠色化”，培養學生環保意識的幾點思考

1.應當從教材入手

教材是教師施教的依據，從我國現行化學教材來看，學生實驗的編寫一般是由目的、原理、儀器、藥品、步驟等幾部分組成。筆者認為應當適當增加環保方面的內容。我們現在的實驗教改方向是逐漸從驗證性實驗向探索性實驗過渡，要求學生獨立思考，動手探究。而我們的思路一般是目的原理→實驗用品→步驟→結論，而忽略了環境保護的問題，所以教材上也需要增加綠色化學，增強環保意識方面的內容。

2.要從教師自我做起

作為教師要從自我做起，注意演示實驗中的任何操作的規范性，要立足現有教材，在常規教學中時刻注意化學實驗“綠色化”，時刻滲透環保教育。如，《硫酸的工業制法》、《煉鋼煉鐵》、《石油和石油產品概述》、《電解電鍍》等章節涉及到很多與生活相關的實例，教師在處理這部分教材時最好結合本地情況另行分析，使學生充分認識到環保的重要性，樹立從我做起的環保意識。教師還可以結合歷史事件對學生進行環保教育，如對二氧化硫的講述，結合一定的歷史事件說明二氧化硫的危害性。例如倫敦煙霧事件造成空氣中二氧化硫含量高達3.5mg/m3，一周霧期內倫敦地區死亡4703人；洛杉磯光化學煙霧事件是由于空氣中碳氫化合物和氮氧化合物急劇增加，受強烈陽光照射發生一系列光化學反應，形成臭氧、過氧乙酰硝酸酯和醛類等強氧化劑煙霧造成的，致使很多人喉頭發炎，鼻、眼粘膜刺激紅腫，并有不同程度的頭痛，以此來增強學生的環保意識。

3.要重視學生實驗

現在的教材中學生實驗越來越少了，所以首先要注重已有的學生實驗，還要注意開發一些演示實驗為學生實驗。在學生實驗中，要緊抓實驗的規范，要求學生注意實驗藥品的用量，注意儀器的使用規范，注意實驗事故的快速處理，注意實驗廢品的處理規范，在學生的一切實驗操作過程中滲透綠色化思想，滲透環保思想。

4.可以立足校本課程，積極開展研究性學習

開展研究性學習，也是對學生進行環保教育的有效途徑。教師可結合本地情況，有計劃的組織學生開展環保方面的研究性課題，例如，燃料使用及其污染，干電池污染，本地區主要工業污染源及其污染物的處理調查，還可以進行江河水質的調查等。利用學生已有的知識結合實際情況，使學生了解書本以外的環保知識，幫助他們樹立環保意識。

當今社會環境問題越來越多，越來越嚴重，英國生態學家愛德華·戈德史密斯說過一句話：“大自然在崩潰、在衰亡，其速度之快，以致如果讓這種趨勢繼續發展，自然界將很快失去供養人類的能力。”綠色化學已成為當今化學發展的主要方向，是化學發展的更高層次。作為化學教育工作者應該肩負自己的職責，只有將化學實驗“綠色化”，只有將綠色化學教育不斷地溶入到教學中去，從點滴入手，不斷探索和實踐化學的綠色化，培養學生的綠色化學和環境保護意識，從根本上切斷污染源，才能保護我們人類賴以生存的環境，只要我們在實驗中自始至終做到統籌兼顧、適當安排、合理利用，互相監督，就能把化學教學中環境保護的意識傳播到每位學生的心中，只有這樣，才能創建一個美好的生活環境，才能讓我們擁有一個充滿生機的地球！

（收稿日期：2014-12-08）