基于綠色化學理念開展高中化學實驗教學

實驗教學在高中化學教學中占據(jù)著舉足輕重的地位。本研究遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，以氯氣制備實驗為例，對高中化學實驗教學方法進行了深入剖析，旨在為推進綠色化學愿景的實現(xiàn)提供有益的啟示。

一、綠色化學理念下高中化學實驗教學現(xiàn)狀

在當前高中化學實驗教學中，盡管教師與學生均已意識到實驗教學的實質(zhì)性價值，并不斷提高實踐課程的比重，但仍未達到預期目標。具體來說，學生往往只是對教師所演示的實驗步驟進行模仿，而未能真正投入實驗探索過程中，導致學生的創(chuàng)新能力和實踐技能無法得到切實提升。另外，有一部分學生的實驗操作經(jīng)驗相對匱乏，在操作過程中仍可能遇到各種困難和失誤，在一定程度上削弱了化學實驗教學效果。

二、綠色化學理念下高中化學實驗教學策略

（一）培養(yǎng)安全意識，融入綠色化學實驗理念

化學實驗往往伴隨著一定的危險性，特別是在處理有毒、有害或易燃易爆物質(zhì)時。因此，培養(yǎng)學生的安全意識至關(guān)重要。同時，為了響應全球環(huán)保的呼聲，教師還需要在實驗教學中融入綠色化學理念，以減少化學實驗對環(huán)境的影響。實驗前，教師應詳細講解實驗步驟、注意事項以及可能遇到的風險，確保學生了解并遵循實驗室安全規(guī)則。在實驗過程中，教師一是要密切監(jiān)督學生的操作，及時糾正不當行為，防止意外事故的發(fā)生；二是要引導學生思考如何優(yōu)化實驗方案，減少有害物質(zhì)的排放，以及如何處理實驗產(chǎn)生的廢棄物。實驗后，教師還可以通過總結(jié)和討論，進一步強化學生的安全意識。

“氯氣制備實驗”是高中化學中的重要內(nèi)容，其實驗過程涉及多個關(guān)鍵步驟和重要的安全操作規(guī)程。

實驗目的：

通過氯氣制備實驗，使學生深入理解化學反應原理，鍛煉實驗操作技能，并了解氯氣的性質(zhì)、用途以及相關(guān)的安全知識。

實驗器材：

1.加熱裝置：酒精燈或電熱板。

2.反應容器：燒瓶或試管。

3.導管和集氣瓶。

4.試劑：濃鹽酸、二氧化錳。

5.其他：橡膠塞、燒杯、水槽等。

實驗步驟：

1.搭建裝置：將燒瓶固定在鐵架臺上，放入適量的二氧化錳。

2.加入試劑：向燒瓶中加入濃鹽酸。

3.加熱反應：點燃酒精燈或使用電熱板加熱燒瓶，使反應發(fā)生。

4.收集氣體：用排飽和食鹽水的方法收集氯氣。

5.尾氣處理：用氫氧化鈉溶液吸收多余的氯氣。

實驗現(xiàn)象：

加熱后，燒瓶內(nèi)產(chǎn)生黃綠色氣體，該氣體即為氯氣。隨著反應的進行，氯氣逐漸充滿集氣瓶。

安全操作規(guī)程：

1.實驗前確保通風良好。

2.佩戴防護眼鏡和實驗服。

3.加熱時要小心，避免燙傷。

4.氯氣有毒，避免吸入。

5.實驗結(jié)束后，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣。

主要的化學反應方程式：

MnO2+4HCl（濃）■MnCl2+Cl2↑+2H2O

可能遇到的風險：

1.氯氣泄漏：可能導致中毒。

2.加熱過度：可能導致反應物噴濺。

實驗總結(jié)：

氯氣制備實驗不僅能幫助學生理解氯氣的性質(zhì)、用途和化學反應原理，還能鍛煉實驗技能。然而，由于氯氣是一種黃綠色、有刺激性氣味的有毒氣體，實驗過程中的安全操作至關(guān)重要。通過嚴格遵守安全規(guī)程和細致的實驗操作，我們可以確保實驗成功進行，同時保護環(huán)境和個人安全。

（二）縮小化學實驗規(guī)模，提升綠色化學實驗流程效能

為了降低化學實驗對環(huán)境的影響，同時確保學生能充分理解和掌握化學知識，縮小化學實驗規(guī)模成為一種有效的策略。在實驗教學中，教師可以通過調(diào)整實驗方案，使用更小的反應容器和更少的反應物來縮小實驗規(guī)模；還可以引導學生思考如何在保證實驗效果的前提下，進一步優(yōu)化實驗方案，減少資源浪費和環(huán)境污染。

在氯氣制備實驗中，通常需要加熱反應物以提高反應速率。同時，反應物的濃度也會影響實驗效果。因此，教師應根據(jù)學生的實際情況和實驗需求，適當調(diào)整這些反應條件。反應物的用量是實驗規(guī)模縮小的關(guān)鍵。通常使用濃鹽酸和二氧化錳作為反應物。教師可以根據(jù)學生的實際情況和實驗需求，適當減少反應物的用量。例如，可以使用1∶1的摩爾比例將濃鹽酸和二氧化錳混合，以減少未反應的原料和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

（三）借助微課手段進行教學，協(xié)同推進可持續(xù)環(huán)保實驗目標的實現(xiàn)

微課以短小精悍、重點突出、便于傳播和學習等特點，為化學實驗教學提供了新的思路和方法。

在氯氣制備實驗的微課視頻中，我們可以從實驗準備、實驗步驟、實驗注意事項、實驗后的處理以及知識拓展等多個方面，為學生提供一個全面而深入的學習體驗。視頻開頭，教師首先展示實驗所需的器材和試劑，如燒瓶、酒精燈、導管、集氣瓶、濃鹽酸和二氧化錳等，并詳細解釋每種器材和試劑的作用及選擇原因。接下來，教師逐步演示實驗的每一個步驟。從搭建實驗裝置開始，到加入試劑、加熱反應、收集氯氣，再到尾氣處理，每一個步驟都配有詳細的解說和動畫演示。在關(guān)鍵步驟，如加熱和氯氣收集，教師特別強調(diào)安全操作和環(huán)保意識，確保學生在實際操作時能準確無誤地進行。在展示實驗步驟的同時，教師不斷穿插實驗的注意事項。例如，加熱時要保持適當?shù)木嚯x，避免燙傷；收集氯氣時要確保集氣瓶的密封性，防止氯氣泄漏；尾氣處理時要使用適量的氫氧化鈉溶液，確保氯氣被完全吸收等。這些細致的提醒，旨在幫助學生形成嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和良好的實驗習慣。視頻還會展示實驗結(jié)束后的清理工作。教師詳細演示如何安全地拆卸實驗裝置、清洗器材以及妥善處理廢棄試劑。這一過程不僅強調(diào)實驗的完整性和環(huán)保意識，還為學生樹立了正確的科學實驗態(tài)度。在視頻的結(jié)尾部分，教師引導學生進行知識拓展。首先，對氯氣的性質(zhì)和用途進行簡要介紹，幫助學生更全面地了解這一化學物質(zhì)。其次，結(jié)合綠色化學理念，探討如何在實驗中減少環(huán)境污染和資源浪費，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識。最后，教師提出一些開放性問題，如“你認為還有哪些方法可以改進這個實驗？”等，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和探索欲望。

（四）實施微型化學實驗，增強綠色化學實驗觀念

在高中化學實驗教學環(huán)節(jié)，部分實驗由于操作復雜或受制于條件約束，無法在課堂環(huán)境中順利進行，從而對提升化學教學成效產(chǎn)生了一定程度的影響。因此，在倡導綠色化學理念的過程中，教師需對學生的實驗操作實施嚴密且高效的監(jiān)管，同時將復雜實驗轉(zhuǎn)化為微型化學實驗，以提升教學效果。

在氯氣制備實驗中，傳統(tǒng)的實驗步驟相對復雜，不僅操作煩瑣，而且使用的實驗器材較多。然而，通過深入分析學生實際情況和實驗器材需求，我們可以發(fā)現(xiàn)，運用微型實驗設備能夠有效簡化實驗步驟，降低操作難度，從而更好地實現(xiàn)綠色化學的目標。

傳統(tǒng)的氯氣制備實驗步驟如下：

1.搭建裝置：需要搭建復雜的實驗裝置，包括固定燒瓶、連接導氣管和集氣瓶等。

2.加入試劑：向燒瓶中加入濃鹽酸，并放入適量的二氧化錳。

3.加熱反應：使用酒精燈或電熱板對燒瓶進行加熱，以觸發(fā)化學反應。

4.收集氣體：通過導氣管將產(chǎn)生的氯氣引入集氣瓶中。

5.尾氣處理：實驗結(jié)束后，需要使用氫氧化鈉溶液等吸收劑對尾氣進行處理。

然而，在引入微型實驗設備后，我們可以將上述步驟簡化為：

1.準備微型設備：選擇適當?shù)奈⑿头磻萜鳎玑t(yī)用小藥瓶，以及輸液器塑料管等替代傳統(tǒng)的大型實驗器材。

2.加入微型試劑：向微型反應容器中加入少量的濃鹽酸和二氧化錳。由于容器體積減小，所需的試劑量也大大減少。

3.簡易加熱：使用小型加熱器或電熱片對微型反應容器進行加熱。由于加熱面積減小，加熱速度和效率都得到了提高。

4.直接觀察：由于微型設備的透明性，學生可以直接觀察到氯氣的產(chǎn)生和反應過程，無需復雜的收集步驟。

5.簡易尾氣處理：實驗結(jié)束后，只需向微型反應容器中加入少量的氫氧化鈉溶液即可處理尾氣，操作簡便且效果顯著。

這種實驗方法的改進不僅有助于學生更好地理解和掌握氯氣制備的基本原理，還能培養(yǎng)他們的環(huán)保意識和實踐能力，從而深入貫徹綠色化學教育觀念。

（五）適度處理化學物質(zhì)，培養(yǎng)環(huán)保型化學實驗行為

在化學實驗教學過程中，精確操控化學物質(zhì)的安全處理環(huán)節(jié)至關(guān)重要。在實驗過程中，教師在關(guān)注實驗核心環(huán)節(jié)的同時，常常忽視對化學物質(zhì)的安全處理方法。任意拋棄未全面轉(zhuǎn)化之原料，不僅導致資源冗余，亦可能對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負面影響。因此，教師必須確保學生嚴格遵守化學物質(zhì)操作與管理規(guī)范，熟練掌握妥善處理化學廢液與剩余藥品的技巧，以最大限度地減少環(huán)境污染，進而促使學生養(yǎng)成環(huán)保型化學實驗習慣。

在傳統(tǒng)的氯氣制備實驗中，我們往往需要使用大量的濃鹽酸和二氧化錳，并且實驗結(jié)束后，這些試劑往往被直接廢棄，這不僅造成了資源的浪費，還可能對環(huán)境造成潛在的污染。為了解決這一問題，我們可以從試劑的回收利用、廢棄物的處理兩方面入手。首先，關(guān)于試劑的回收利用。在實驗結(jié)束后，我們可以引導學生對使用過的濃鹽酸和二氧化錳進行回收。具體來說，可以將反應后的混合物進行過濾，分離出未反應的二氧化錳，然后將其干燥、保存，以便下次實驗時再次使用。而對于濃鹽酸，雖然其易揮發(fā)，但在實驗結(jié)束后，我們可以將其密封保存，盡量減少其揮發(fā)，從而延長其使用壽命。其次，關(guān)于廢棄物的處理。在氯氣制備實驗中，除了產(chǎn)生的氯氣需要妥善處理外，實驗結(jié)束后還可能產(chǎn)生一些酸堿廢棄物。這些廢棄物如果直接排放，可能會對環(huán)境造成危害。因此，我們需要對其進行中和處理。具體來說，可以使用適量的氫氧化鈉溶液對酸性廢棄物進行中和，直至其pH達到6至8的范圍內(nèi)，然后再進行排放。這樣不僅可以減少對環(huán)境的污染，還能培養(yǎng)學生的環(huán)保意識。此外，對于實驗過程中產(chǎn)生的氯氣，我們也需要進行妥善處理。因此，我們可以使用活性炭對氯氣進行吸附處理，確保其安全排放。同時，教師也可以引導學生思考如何改進實驗裝置和方法，以減少氯氣的產(chǎn)生和排放。最后，在化學實驗中，我們不僅要關(guān)注實驗結(jié)果的準確性和可靠性，還要注重實驗過程中的安全性和環(huán)保性。通過引導學生對試劑進行回收利用、對廢棄物進行妥善處理以及改進實驗方法等措施，我們可以更好地踐行綠色化學理念，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和創(chuàng)新精神。同時，這也有助于提高學生的實驗技能和科學素養(yǎng)，為培養(yǎng)新時代的化學人才奠定堅實的基礎。

三、總結(jié)

在高中化學實驗教學環(huán)節(jié)，教師需全面把握綠色化學理念的核心價值，優(yōu)化教育教學策略。這樣不僅有助于提升化學實驗教學成果，還能培養(yǎng)學生良好的生活習慣和節(jié)約觀念，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

（作者單位：山東省廣饒縣第一中學）

編輯：曾彥慧