環(huán)境保護(hù)背景下微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)探討

何麗針

【摘 要】微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指以盡可能少的試劑而獲得所需的化學(xué)原理和技術(shù)。本文提出基于環(huán)境保護(hù)理念下的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義和設(shè)計(jì)原則。結(jié)合案例，探討微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】環(huán)保；微型實(shí)驗(yàn)；化學(xué)

人們把以用盡可能少的試劑而獲得所需的化學(xué)原理和技術(shù)稱為微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)其試劑用量不抵常規(guī)實(shí)驗(yàn)的90%，它不是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的壓縮、微化，而是基于環(huán)境保護(hù)理念下對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

1 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展和意義

化學(xué)源于實(shí)驗(yàn)，重在實(shí)驗(yàn)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)發(fā)展和化學(xué)教學(xué)中的地位已被人們所重視。化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，往往涉及某些藥品昂貴，易燃易爆的危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生污染環(huán)境的“三廢”（廢液、廢氣、廢渣）。針對(duì)一系列問題，上世紀(jì)八十年代美國(guó)的Mayo和Pike等在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中以mmol量級(jí)試劑的微型制備實(shí)驗(yàn)取得成功，從而掀起了探究微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱潮。1989年，我國(guó)高等學(xué)校化學(xué)教育研究中心首次將微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題列入科研計(jì)劃，由華東師范大學(xué)和杭州師范大學(xué)牽頭成立微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究課題組，完成微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器研發(fā)任務(wù)，為微型化學(xué)在中國(guó)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。1992年，我國(guó)出版第一本有關(guān)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的專著。現(xiàn)在已愈800所大中院校開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，其應(yīng)用從有機(jī)化學(xué)到無(wú)機(jī)化學(xué)，再擴(kuò)展到普通化學(xué)和中學(xué)化學(xué)。與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有以下特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)儀器微型化，化學(xué)試劑微量化；減少污染；實(shí)驗(yàn)安全性增加；節(jié)約藥品儲(chǔ)存空間；縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間等。新時(shí)期我國(guó)以環(huán)境保護(hù)為民生國(guó)計(jì)，對(duì)學(xué)生加強(qiáng)綠色化學(xué)教育必不可少。教師和學(xué)生共同設(shè)計(jì)和應(yīng)用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)、資源意識(shí)、安全意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。

2 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則

2.1 科學(xué)性

微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循科學(xué)規(guī)律，科學(xué)性是實(shí)驗(yàn)的前提。實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)如實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法和手段、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等不能違背科學(xué)規(guī)律。要不然，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏離、曲解化學(xué)理論和實(shí)踐知識(shí)，甚至造成安全隱患或事故，危及實(shí)驗(yàn)人員生命安全。如氫氣還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作順序是“先通氣，再加熱”，先通氫氣排除空氣再加熱，若操作順序相反“先加熱，再通氣”，則試管里空氣中的氧氣與通入的氫氣在加熱條件下容易發(fā)生爆炸。

2.2 安全性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備、藥品、操作過程都存在安全隱患。設(shè)計(jì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先要考慮實(shí)驗(yàn)的安全性。實(shí)驗(yàn)裝置的選擇與組裝應(yīng)該安全、簡(jiǎn)易，不用或少用危險(xiǎn)品，實(shí)驗(yàn)中減少“三廢”的產(chǎn)生，盡可能對(duì)“三廢”進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育，杜絕操作不當(dāng)帶來(lái)的危害。如金屬鈉的使用。不能用手去拿，而應(yīng)用鑷子夾取綠豆大小的鈉與水反應(yīng)。稀釋濃硫酸時(shí)，應(yīng)該將濃硫酸在玻棒引流下沿?zé)诰従徸⑷胨校⑤p輕攪拌。

2.3 環(huán)保性

環(huán)境污染直接影響人們的身心健康。環(huán)境保護(hù)理念下的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮實(shí)驗(yàn)器材微型化，實(shí)驗(yàn)藥品微量化，實(shí)驗(yàn)室“三廢”綠色化，消除或減少化學(xué)污染物的排放。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)保教育，使學(xué)生“從我做起”，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。如鑒別實(shí)驗(yàn)以點(diǎn)滴板代替試管，取樣由原來(lái)的1毫升（20滴）降為1滴，苯、甲苯、甘油、羧酸的鑒別反應(yīng)效果明顯，產(chǎn)生的廢液少。制備實(shí)驗(yàn)以具支試管、注射器等代替常規(guī)試驗(yàn)的主要儀器，例如氯氣的制備實(shí)驗(yàn)。，因產(chǎn)生的氯氣有毒，實(shí)驗(yàn)在通風(fēng)廚中進(jìn)行。

2.4 創(chuàng)新性

化學(xué)是一門與人們生活和生產(chǎn)密切相關(guān)的科學(xué)，化學(xué)就在生活中，化學(xué)就在我們身邊。化學(xué)實(shí)驗(yàn)不局限于實(shí)驗(yàn)室，它在我們的生活中的各個(gè)方面都有應(yīng)用。很多現(xiàn)象都可以用化學(xué)原理來(lái)解釋，燒水的壺用的時(shí)間長(zhǎng)了，里面會(huì)有一層水垢，最簡(jiǎn)單的方法就是滴食醋。就地取材，儀器和試劑生活化。如在藥片的塑料板中滴白醋，再加入小蘇打，可觀測(cè)到有二氧化碳?xì)馀萆伞H試紙測(cè)試可樂、牛奶、礦泉水和食醋的pH值。用毛筆蘸硝酸鉀溶液寫字，字跡干后，用留有火星的火柴輕點(diǎn)，便能完成火龍寫字實(shí)驗(yàn)。

3 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)示例

3.1 乙炔的制備及乙炔的性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)儀器和藥品：青霉素瓶、吸管、注射器、食鹽水、電石、酸性高錳酸鉀溶液、溴水

組裝乙炔制備儀器，在青霉素瓶中加入電石，注入食鹽水，生成乙炔氣體。將乙炔分別通入酸性高錳酸鉀溶液和溴水中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為高錳酸鉀溶液的紫色褪去和溴水褪色。

3.2 趣味指紋鑒定實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)儀器和藥品：試管、白紙、藥片的塑料板、凡士林、酒精燈、酒精溶液、淀粉溶液、注射器

碘有升華現(xiàn)象。抹有凡士林的食指在白紙上按一下。取一支試管盛1粒碘，置白紙于試管口，加熱試管，觀察到固體碘變成紫紅色碘蒸氣，白紙上出現(xiàn)指紋印跡。將碘溶于酒精制成碘酒，可用于消毒。用注射器取碘液滴入淀粉溶液，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為藍(lán)色。

4 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在問題

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)所用試劑量少，儀器小巧且易得，每個(gè)學(xué)生都可親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，深受學(xué)生喜愛，但不利于教師示教和演示實(shí)驗(yàn)。對(duì)于定量分析化學(xué)、合成實(shí)驗(yàn)如四大滴定、乙酸乙酯的蒸餾實(shí)驗(yàn)等很難微型化，因?yàn)槌Ｒ?guī)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，而微型化之后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以觀察。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)生活化易激發(fā)學(xué)生積極性，但有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，不夠科學(xué)。由于微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器差別很大，教師在設(shè)計(jì)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要注意探索實(shí)驗(yàn)條件。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)課程的重要組成部分，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以幫助學(xué)生理解和鞏固化學(xué)基本理論知識(shí)，掌握基本操作技能。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)消耗藥品很少，它能避免或減少實(shí)驗(yàn)引起的爆炸、中毒等危險(xiǎn)，使師生得以安全實(shí)驗(yàn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)還能節(jié)約實(shí)驗(yàn)儀器、藥品所需費(fèi)用，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、環(huán)保意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]