都市型農林院校普通化學實驗綠色微型化探討

梁丹　趙建莊　于寶義

摘要 介紹了都市型農林院校普通化學實驗綠色微型化的涵義及意義，結合農林院校的實際情況，就如何實現普通化學實驗綠色微型化，分別從培養學生正確發展觀、做好化學實驗綠色化過程管理等方面進行深入討論，對如何實現普通化學實驗綠色微型化提出了具體、可行性的意見和建議。

關鍵詞 普通化學實驗；綠色微型化；都市型農林院校

中圖分類號 O6-3；G642 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）16-0280-02

綠色化學是在化學品的設計、生產和應用中，利用化學原理消除或減少有毒有害物質的使用和產生，同時設計沒有或盡可能少的環境負作用、在技術和經濟上可行的產品和化學過程。新設計的化學合成方法和化工產品可以從源頭根除污染源[1-3]。在實驗理論思維的基礎上，開展微型化學實驗，其實驗試劑用量為常量實驗的1/1 000～1/10。這是新型的實驗方法，可以減少資源消耗和化學污染，被譽為化學實驗的革命，是可持續發展戰略在化學實驗中的具體體現[4]。

普通化學實驗是農林院校學生入校第一門重要化學基礎實驗課。以北京農學院為例，普通化學課程是分析化學、有機化學、物理化學、環境化學、儀器分析、生物化學、土壤化學、飼料分析、食品化學、植物生理、動物生理等課程的必要先修課，是培養都市型農林專門技術人才的整體知識結構及能力結構的重要組成部分。普通化學實驗面向全校食品、農學、資源、安全、動物科學、動物醫學、園藝、園林、植保、林學、包裝、技術、工程本科以及相應的專科、高職和繼續教育等10余個專業開設，受眾多、涉及面廣。

所謂都市型農林院校，就是全力培養立足都市，融入郊區，以服務都市農村、農民和農業為己任，有文化、懂技術、善經營的應用型、復合型人才的院校。這些院校所培養的學生大部分從事與農業相關的工作，其綠色化學觀念樹立與否，直接關系到我國廣大農村的生態資源發展方向。

結合微型化學實驗特點、綠色化學理念以及我校的實際情況分析討論，普通化學實驗綠色微型化已成為一種發展趨勢，對培養高素質人才以及都市型農林院校實驗教學改革具有重要意義。

1 綠色化學理念在實驗教學中的應用

在學生第1次實驗課，把實驗中由于環保意識淡漠、操作不規范或“三廢”不經處理直接排放的危害告訴學生，認識到環境保護的重要性，培養其良好的實驗操作習慣，自覺維護化學實驗室環境保護工作，主動將廢液倒入廢液桶中進行回收。

讓學生參與到廢液處理、回收以及循環利用的過程中，使其真正意識到自己是環境的保護者，增強其環保意識、使命感與責任感。如實驗中產生的廢酸，讓學生們先加水稀釋，再加入石灰水中和，待達到排放標準后再進行排放。學生們在參與的同時既加強了綠色化學意識，又提高了化學知識的運用能力，培養了學生正確的發展觀。

2 化學實驗綠色化過程管理內容

根據綠色化學的原則， 化學實驗綠色化的主要內容包括以下方面[5]。

（1）化學試劑綠色化。選擇無毒或毒性較小的試劑及利用可再生資源等物質作試劑。

（2）化學溶劑綠色化。應盡量選擇水作溶劑，避免有毒有害和揮發性有機溶劑的使用，特別是鹵代烴類溶劑的使用。

（3）反應條件綠色化。應選擇無有毒副產物生成或有毒副產物生成最小化的反應條件。

（4）化學反應綠色化。應選擇不產生或少產生“三廢”的化學反應。

（5）反應產物綠色化。反應的生成物（產物和副產物）應無毒無害， 是環境友好產品。

（6）反應劑量綠色化。化學反應所需試劑、溶劑、催化劑的用量在保證實驗效果的前提下，達到實驗劑量最小化。

（7）反應末端處理綠色化。對實驗產生的“三廢”進行無毒無害化處理，確保污染最小化。

3 化學實驗綠色微型化改革

為了做到化學實驗綠色微型化過程管理，從以下幾個方面對普通化學的綠色化進行改革探索。

3.1 普通化學實驗內容綠色化

教材是教學內容的體現形式，是教學的基礎[6]。以往在編寫實驗教材時，較多從代表性、高復現性、典型性等方面考慮，沒有考慮到實驗過程及實驗試劑對環境的污染問題。近來在編寫實驗教材時，首先考慮環境友好型實驗內容及實驗方法，針對普通化學實驗中的一些基本原理、基本操作和元素性質等內容，一方面培養學生實驗技能，同時兼顧化學試劑、產物的毒性，盡量避免毒性大、“三廢”處理困難的實驗，而選擇污染小、低毒、產物易于處理的實驗。如在實驗內容選擇上，刪減了氧化還原實驗中與鋇鹽、汞鹽相關的實驗；重結晶法提純晶體的實驗中，把粗食鹽的提純改成硫酸銅的提純，這樣就避免了在粗食鹽提純中用到重金屬-氯化鋇試劑，減少環境污染。已有沉淀離子及沉淀劑實驗中，常用Pb（NO3）2、AgNO3、K2CrO4等有毒重金屬和貴金屬，嚴重污染水及土地資源。根據綠色化學理念，將沉淀離子及沉淀劑改為Cu2+、Fe3+、NaOH，使普通化學實驗內容綠色化。

3.2 開展微型、半微型化學實驗

微型化學實驗有安全、減少污染、便于攜帶以及節約實驗材料和時間等優點。微型化裝置控制實驗消耗固體藥品和液體藥品分別控制在0.12 g和0.15 mL水平以下，節約化學試劑藥品的同時把化學產物污染降到最低。如普通化學的性質實驗，采用試管實驗時化學試劑使用量為1～2 mL，若改進采用微型實驗裝置井穴板，一滴至幾滴化學試劑使用量即可完成實驗要求，達到減少污染排放、降低成本的目的。因此，在高校化學實驗中，開展微型實驗意義重大。與此同時，微型化學實驗也遇到一些發展瓶頸，如與常量實驗儀器相比價格較高，普及率低；藥品的用量小，用量較難把握，易造成較大的實驗誤差；另外有些實驗必須采取常量實驗，這樣才更符合實際需要等問題的存在，造成微型實驗模式難以普及。因此，推廣微型化學實驗時，著重推廣微型實驗的“微”的思想，進行常量實驗的半微量或減量改革，即在確保實驗效果前提下，通過常量儀器減少試劑用量開展實驗。如在酸堿滴定實驗中，把50 mL滴定管改成25 mL滴定管，250 mL錐形瓶改為100 mL的錐形瓶依然可以完成滴定。在硫酸銅提純實驗中，粗硫酸銅的量由5 g改為3 g，同樣可達到較好的教學效果。利用現有常量實驗儀器最大限度減少試劑使用量，達到減少環境污染的目的。endprint

3.3 開展仿真實驗教學

綠色化學的最佳狀態是實現化學實驗“零排放”“零污染”[7]。對于一些實驗條件高、危險性大、嚴重污染環境和控制難度大的實驗，可以運用計算機仿真模擬技術模擬實驗。如普通化學實驗元素和化合物的無機定性實驗，其是驗證性實驗，實驗過程計量較大，試劑種類多且實驗產物毒性大，且不易于回收和處理，嚴重污染環境；利用計算機技術仿真模擬實驗原理、裝置、過程，學生通過文字、聲音、圖像、動畫等效果達到實驗的效果，讓學生觀察實驗現象和操作流程的同時領會實驗原理和方法，消除了實驗中可能出現的危險因素且不會造成環境污染。這種新型現代仿真實驗教學手段非常新穎，可以極大地帶動學習積極性和主動性，獲得較好的實驗效果。

3.4 實驗產物回收利用及“三廢”處理

良好的實驗習慣是不造成環境污染和實驗試劑浪費的前提，應積極引導學生遵守“變廢為寶、化害為利、分別處理”的原則來處理實驗廢棄物[8-9]。化學試劑和產物回收再利用，再根據廢棄物的性質采取適當的化學方法、物理方法或生物方法進行處理[10]；實驗過程中產生的廢液回收到相應的廢液桶中分類回收，實驗結束后統一回收產物。如三草酸合鐵的制備實驗，將實驗所得產物收集起來經處理后，再利用于三草酸合鐵配離子的定性試驗中作為實驗原料；如硫酸銅提純實驗，實驗產物硫酸銅晶體經過處理后可繼續做硫酸銅提純實驗。

對于無法再次利用的廢棄物，應該集中起來，統一處理。廢液如少量的酸（如鹽酸、硫酸等）或堿（如氫氧化鈉等）分類收集，中和反應并調節pH值達到6.5～8.5，達到有關排放標準后排放；廢氣經吸收、吸附、氧化或分解處理后排放；無法回收利用的有毒廢液或廢渣分類放入廢品瓶中貼好標簽后送環保部門專門處理。

4 結語

作為都市型農林院校的化學工作者，應該增強環境保護意識，在普通化學實驗的設計、準備和實驗后處理中都應考慮綠色化、微型化，不斷進行高校化學實驗的綠色化、微型化改革。這樣不僅保護環境、避免浪費，而且培養了學生建立綠色化學的思想，為可持續發展戰略做出自己的貢獻。

5 參考文獻

[1] 張旭，王益民，馬文權.高等學校綠色化學實驗措施初探[J].實驗室科學，2006，3（3）：55-56.

[2] 阿納斯塔斯P T，沃納J C.綠色化學理論與應用[M].李朝軍，王東，譯.北京：科學出版社，2002.

[3] 王春娜.綠色化學實驗探討[J].北京農學院學報，2007，6（增刊1）：100-101.

[4] SINGH M M.Microscale Chemistry and Green Chemistry：Complementary Pedagogies[J].Journal of Hangzhou Teachers College，1999，76（12）：1684-1686.

[5] 江玉萍.淺談高校化學實驗的綠色化[J].實驗技術與管理，2005，21（7）：94-97.

[6] 趙玉巧，錢志剛.生物工程專業實驗教學改革探討[J].實驗科學與技術，2006，4（6）：51-53.

[7] 劉艷.芻議基礎化學實驗的綠色化[J].大學教育，2013（9）：50-51.

[8] 江玉萍.試論實驗室的環境污染與防治措施[J].實驗室科學，2006，8（4）：93-96.

[9] 朱文祥.綠色化學與綠色化學教育[J].化學教育，2001（1）：1-4.

[10] 白林，陳明凱.綠色化學實驗[J].化學教育，2002（7-8）：51- 53.endprint