高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)綠色化的實(shí)踐思考

吳雙龍

摘要：綠色化學(xué)是未來(lái)化學(xué)發(fā)展的必然方向，這一趨勢(shì)投射于我國(guó)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，就意味著化學(xué)教學(xué)要轉(zhuǎn)向?qū)邆渚G色化學(xué)理念的新型人才的培養(yǎng)。在高中化學(xué)教學(xué)中，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化既體現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)的發(fā)展性，也有助于提升學(xué)生的環(huán)保意識(shí)與責(zé)任感。本文在此基礎(chǔ)上，對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化的措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);綠色化學(xué)

中圖分類號(hào)：A 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：（2021）-33-275

引言

在應(yīng)試教育的背景下，我國(guó)高中化學(xué)教學(xué)長(zhǎng)期以應(yīng)試為主要目的，化學(xué)教師對(duì)教材中綠色化學(xué)的相關(guān)知識(shí)利用率不高。特別是在化學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，缺乏對(duì)學(xué)生綠色環(huán)保理念的培養(yǎng)。這就導(dǎo)致學(xué)生獲取綠色化學(xué)相關(guān)知識(shí)的途徑很少，學(xué)生自身的環(huán)保意識(shí)和低碳意識(shí)不足。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)行實(shí)驗(yàn)綠色化的意義

傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常會(huì)伴隨污染性物質(zhì)產(chǎn)生和材料高消耗問(wèn)題，不僅影響師生的身心健康，也違背環(huán)境友好的理念。綠色化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就是以綠色化學(xué)思想為指導(dǎo)，用微型的儀器、微量的試劑、創(chuàng)新的教學(xué)手法，來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)效果的統(tǒng)一。化學(xué)是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，只有強(qiáng)化在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的綠色化教育，才能切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)，并認(rèn)識(shí)到綠色化學(xué)理念的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展意義。

二、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，導(dǎo)入綠色課題

在人教版高中化學(xué)教材中，綠色環(huán)保的理念在許多章節(jié)都有體現(xiàn)。過(guò)往教師多從知識(shí)層面對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行講解，并未就綠色化學(xué)理念做出過(guò)多闡述，包括其中涉及的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，大多也會(huì)被教師直接省略。為改變這一現(xiàn)狀，化學(xué)教師要將綠色化學(xué)理念充分滲透于知識(shí)講述和案例分析中。為了突出綠色化學(xué)的實(shí)際意義，化學(xué)教師要結(jié)合真實(shí)的問(wèn)題情境設(shè)計(jì)綠色化的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，借助直觀的實(shí)驗(yàn)來(lái)向?qū)W生滲透綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的理念。

在教授“氮及其化合物”中講述了氮及其氮氧化物的物理性質(zhì)、轉(zhuǎn)化關(guān)系，并探討了導(dǎo)致大氣污染的因素以及預(yù)防知識(shí)。化學(xué)教師在講述這一部分的內(nèi)容時(shí)，可以以視頻的方式向?qū)W生介紹霧霾、酸雨等大氣污染問(wèn)題，以此作為課堂教學(xué)的導(dǎo)入，并向?qū)W生提出問(wèn)題：大氣中的什么物質(zhì)導(dǎo)致了霧霾和酸雨等污染問(wèn)題？然后，化學(xué)教師可以演示部分氮氧化物的生成過(guò)程，這些氮氧化物、二氧化硫以及它們?cè)诖髿庵邪l(fā)生反應(yīng)后的生產(chǎn)物會(huì)溶于水，導(dǎo)致酸雨的形成。從真實(shí)的環(huán)境問(wèn)題導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活的指導(dǎo)意義，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，減少污染排放

實(shí)驗(yàn)裝置是化學(xué)實(shí)驗(yàn)必不可少的部分，也是推進(jìn)實(shí)驗(yàn)綠色化的有力抓手。良好的實(shí)驗(yàn)裝置不僅能提升實(shí)驗(yàn)的成功率，也能促進(jìn)資源的合理利用。在日常的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，存在不同程度的試劑用量大、造成的污染多等問(wèn)題，比如在人教版高中必修第二冊(cè)化學(xué)教材“化學(xué)反應(yīng)與能量變化”，為了探討化學(xué)反應(yīng)與熱能的關(guān)系，教材給出了一個(gè)氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體吸放熱反應(yīng)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在敞口的燒杯中進(jìn)行的，雖然操作步驟中有“聞到氣味后迅速用玻璃片蓋上燒杯”這一步驟，但是仍然會(huì)將部分有刺激性氣味的氨氣直接排放出去，而且在燒杯中完成實(shí)驗(yàn)所需的化學(xué)用品數(shù)量也很大，這與實(shí)驗(yàn)綠色化的理念是背離的。

化學(xué)教師可以對(duì)這一實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，用氣球代替原本用于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的燒杯，將少量氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體置于氣球內(nèi)部，再將氣球套在橫放的干燥管上。干燥管中盛有一部分酚酞水溶液，用于對(duì)反應(yīng)生成物的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，干燥管的另一頭通過(guò)玻璃導(dǎo)管連接到一個(gè)盛有酚酞水溶液的燒杯，這就是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置。要觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，化學(xué)教師需用手揉搓氣球中的氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體，然后觀察氣球溫度的變化，干燥管中酚酞水溶液顏色的變化，以及導(dǎo)管中水柱的變化。經(jīng)過(guò)觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)用手搓氣球會(huì)有冰涼感，干燥管和燒杯中的水都變紅了，而且玻璃導(dǎo)管中也形成了一段水柱。這一實(shí)驗(yàn)同樣可以說(shuō)明吸熱反應(yīng)，而且具有實(shí)驗(yàn)用量小、污染排放少的優(yōu)勢(shì)。

四、選用綠色原料，源頭控制污染

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)原料的選擇方面推進(jìn)綠色化，是從源頭對(duì)實(shí)驗(yàn)污染問(wèn)題進(jìn)行控制，在保證實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上，盡可能地把對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)替換為清潔原料，從實(shí)驗(yàn)的開端處對(duì)高中化學(xué)教學(xué)進(jìn)行整體規(guī)劃。在人教版《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教材中，第二章第二節(jié)“烯烴 炔烴”在研究乙炔的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，提到了乙炔的實(shí)驗(yàn)室制法。考慮到電石與水的反應(yīng)非常劇烈，為了保證實(shí)驗(yàn)的安全性，教材提到了可用飽和氯化鈉溶液代替水來(lái)和電石發(fā)生反應(yīng)，以達(dá)到減小反應(yīng)速率的目的。這種方式雖然降低了安全隱患，但是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作中仍然會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體，比如磷化氫、硫化氫等。雖然實(shí)驗(yàn)裝置配備了硫酸銅溶液用于除去氣體雜質(zhì)，但是二者之間難以恰好完全反應(yīng)，而且硫酸銅溶液中也存在著重金屬銅離子，同樣不符合實(shí)驗(yàn)綠色化的標(biāo)準(zhǔn)要求。

在這一基礎(chǔ)上繼續(xù)深入思考，既然制取乙炔的關(guān)鍵在于電石和水之間的反應(yīng)，那如果用別的溶液取代氯化鈉溶液，是不是也能在保證取得乙炔的情況下，降低實(shí)驗(yàn)過(guò)程中污染物的生成？這就是從源頭層面來(lái)想辦法推進(jìn)實(shí)驗(yàn)的綠色化，且相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證明，采用16%的氫氧化鈉溶液和電石發(fā)生反應(yīng)，所生成的氣體中硫化氫和磷化氫這類有害氣體的含量明顯降低，完全符合實(shí)驗(yàn)的要求。由此可見，雖然實(shí)驗(yàn)的步驟和裝置未發(fā)生調(diào)整，只是在化學(xué)原料方面進(jìn)行改進(jìn)，同樣能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化的目標(biāo)。

總結(jié)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化是一項(xiàng)系統(tǒng)的工作，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的理念更新，到具體操作環(huán)節(jié)的原料選擇、用量控制、裝置改進(jìn)等，都是推進(jìn)實(shí)驗(yàn)綠色化的重要步驟。高中化學(xué)教師應(yīng)在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)的理念，引導(dǎo)學(xué)生在積累化學(xué)專業(yè)知識(shí)與技能的同時(shí)，同步提升自身的環(huán)保理念與社會(huì)責(zé)任感。

參考文獻(xiàn)

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