綠色化學(xué)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用初探

張曉玲

綠色化學(xué)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用初探

張曉玲

我國(guó)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室或化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂，幾乎都在排放著這樣或那樣污染物，對(duì)我們廣大師生的身體健康存在一定危害。那么，如何既發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，確保化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，又能有效減輕或避免化學(xué)實(shí)驗(yàn)所造成的環(huán)境污染呢？這的確是對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出的重大問(wèn)題與挑戰(zhàn)。

一、問(wèn)題驅(qū)動(dòng) 探究綠色化學(xué)

帶著這一問(wèn)題，筆者查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，提出基于綠色化學(xué)思想的“綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)”理念是解決上述問(wèn)題的重要思路。

經(jīng)過(guò)多年高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)出實(shí)現(xiàn)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)“綠色化”的主要策略：一是培養(yǎng)教師和學(xué)生的“綠色化”意識(shí)；二是應(yīng)用綠色化學(xué)的思想來(lái)改進(jìn)教材中有關(guān)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)，盡可能的消除現(xiàn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的污染。

二、小試牛刀 綠色實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

人教版高中化學(xué)必修1中三組實(shí)驗(yàn)：濃氨水與濃鹽酸反應(yīng)、銅與濃、稀硝酸反應(yīng)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)。筆者發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作的過(guò)程中仍存在以下不足：

Ⅰ、濃氨水與濃鹽酸反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)原理：NH3+HCl=NH4Cl

①由于濃氨水與濃鹽酸具有強(qiáng)烈揮發(fā)性，直接放置在燒杯中做實(shí)驗(yàn)會(huì)造成大氣污染。

②產(chǎn)生的白煙仍有部分會(huì)從燒杯口向空氣中擴(kuò)散，煙霧混在一起，不利于學(xué)生們觀察。

Peano軌跡在加工平面零件時(shí)得到了良好的效果，但對(duì)于非球面零件的加工，Peano軌跡無(wú)法確保達(dá)到預(yù)期的加工結(jié)果。因此，文獻(xiàn)[42] 在Peano軌跡(圖5(a))的基礎(chǔ)上提出了更適合于非球面零件加工的類Peano軌跡(圖5(b))，在對(duì)直徑為100 mm的非球面零件加工的實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)145 min的加工，使得面型誤差由PV=0.386 λ，RMS=0.056 λ收斂至PV=0.097 λ，RMS=0.011 λ(其中λ=632.8 nm)。

③實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中，在滴加濃氨水、濃鹽酸后對(duì)實(shí)驗(yàn)者的眼睛、鼻子造成較大的刺激。

Ⅱ、Ⅲ銅和濃硝酸、稀硝酸反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)原理：Cu+4HNO3（濃）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O

3 Cu+8HNO3=Cu（NO3）2+2NO2↑+4H2O

2 NO+O2=2NO22NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+2H2O

①在［實(shí)驗(yàn)Ⅱ］中結(jié)果學(xué)生觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是紅棕色的氣體，但無(wú)法說(shuō)明其還原產(chǎn)物為NO氣體。②產(chǎn)生的NO的量不容易控制，而且在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的氣體量較大，浪費(fèi)了大量藥品。③實(shí)驗(yàn)裝置不夠簡(jiǎn)單，采用排水法收集氣體會(huì)有硝酸生成，這樣會(huì)腐蝕師生手部的皮膚。④在實(shí)驗(yàn)操作中不能很有效的控制化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生和停止。⑤實(shí)際操作的過(guò)程中步驟太繁瑣，反應(yīng)后沒(méi)有后續(xù)的吸收裝置，會(huì)造成大氣污染，損害師生身體健康。⑥銅與稀硝酸反應(yīng)所產(chǎn)生的一氧化氮?dú)怏w遇空氣立即變成二氧化氮，得不到較純凈無(wú)色氣體，對(duì)產(chǎn)物顏色的判斷存在影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏說(shuō)服力。

為解決以上幾個(gè)問(wèn)題，筆者自制教具和組織學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，巧妙利用廣口瓶和小口瓶改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，并且收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。

實(shí)驗(yàn)操作：

a、濃氨水與濃鹽酸反應(yīng)

①用膠頭滴管向廣口瓶中滴加1ml右的濃氨水，并將小口瓶放入到廣口瓶中，立即用橡皮塞塞緊。②用10ml注射器吸取1ml右濃鹽酸注射到小口瓶中，立即有大量的白煙生成。

b、銅和濃硝酸反應(yīng)

①向廣口瓶中倒入3ml-5ml稀NaOH溶液。②向小口瓶中放進(jìn)2-3小塊銅絲，并將小口瓶放入廣口瓶中。③用10ml注射器吸取2mL左右的濃HNO3慢慢地滴加到小口瓶中。④立即能夠看到小口瓶?jī)?nèi)發(fā)生劇烈的反應(yīng)，小口瓶中的溶液逐漸變藍(lán)，銅片表面產(chǎn)生的紅棕色氣體不斷從小口瓶中進(jìn)入廣口瓶中，反應(yīng)完畢后，待幾分鐘后發(fā)現(xiàn)廣口瓶中的氣體顏色由深變淺，直至變?yōu)闊o(wú)色。

c、銅和稀硝酸反應(yīng)

①在廣口瓶中加入10mlNaOH溶液振蕩一下，使廣口瓶?jī)?nèi)壁上沾附一些NaOH溶液。

②取一只小口瓶，在小口瓶中加入一塊小銅片，用坩堝鉗夾住小口瓶送往廣口瓶底部。

③取1～2g紅磷置于燃燒匙（玻璃態(tài)）中點(diǎn)燃，迅速送入廣口瓶中燃燒，同時(shí)塞緊瓶塞。④大約4min后，白煙散盡，然后用一個(gè)10ml注射器吸取3ml硝酸，加2.5ml小口瓶中。可以觀察到瓶中的溶液變藍(lán)，同時(shí)銅片上產(chǎn)生無(wú)色氣體。

3.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

①整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)行，幾乎不向環(huán)境排放任何有害物質(zhì)，符合綠色化學(xué)的理念；增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。②可降低實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。③利用改進(jìn)的演示實(shí)驗(yàn)，增加了演示實(shí)驗(yàn)的新穎性和綠色化，活躍了學(xué)生的思維發(fā)展。④可節(jié)省操作時(shí)間。

三、總結(jié)升華 綠色化學(xué)大有可為

通過(guò)探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，真切的感受到綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)這更加有利于學(xué)生學(xué)習(xí)潛能的激發(fā)，學(xué)習(xí)化學(xué)充滿了樂(lè)趣。

首先，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化和完善。化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化便是在于使學(xué)生在探究之前，就會(huì)主動(dòng)查閱資料，自己設(shè)計(jì)方案，增強(qiáng)遷移效果。

其次，教師的思想觀念發(fā)生了變化。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化實(shí)踐過(guò)程中，教師們對(duì)其在化學(xué)教學(xué)中的作用逐漸有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)教育過(guò)程本身也有了全新的感受。

總之，綠色化學(xué)是維護(hù)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)，開(kāi)展中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色設(shè)計(jì)，將綠色化學(xué)的思想真正的融入到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，學(xué)生的環(huán)保意識(shí)一定會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，綠色化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)一定會(huì)大有可為。

（作者單位：新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師高級(jí)中學(xué)）