无机化学实验教学中绿色环保模式的探索与实践

摘 要：无机化学实验是师范院校化学专业学生入学后接触的第一门实验课程，对于培养学生的动手能力和环保意识具有至关重要的作用，然而现在无机化学实验的现状却不容乐观。实验室污染不但严重威胁着师生的身体健康，也造成了周围环境的污染，因此在无机化学实验教学改革中推行绿色环保模式就显得尤为重要。本文提出在向学生灌输环保意识的同时，通过改革实验内容，使用低毒或无毒药品，采用微型实验、连续实验、计算机模拟实验以及改革实验考核方式等改革措施来预防和减少实验室污染。

关键词：无机化学实验；绿色环保模式；改革措施

无机化学实验是化学专业学生进入大学后接触的第一门实验课程，对于培养学生的动手能力、创新能力具有重要的作用。近年来，随着招生规模的不断扩大，实验室造成的污染也逐渐加重，当前无机化学实验的主要目的在于锻炼学生的实验操作技能，而几乎忽略了环保意识的培养。师范院校的大学生肩负着培养祖国下一代的伟大使命，因此在无机化学实验中推行绿色环保模式，使环保意识深入人心显得尤为重要。

1.努力提高学生的环保意识

当前中国作为最大的发展中国家，经济飞速发展的同时也造成了环境的严重污染。高等师范院校化学专业毕业的大学生将来大部分是未来的中学化学老师。在实验中给学生灌输环境保护的知识和理念，使他们认识到环境污染的危害性，学会正确处理实验中产生的“三废”污染，将会潜移默化地影响我们的下一代。因而对于21世纪的青年大学生，改变传统思维方式，加强环保意识培养至关重要。[1]

2.跟随时展，改革实验内容

目前我们所用无机化学实验教材中的内容和形式过于陈旧，重复内容多，试剂消耗大，实验时间长，学生兴趣低，不利于发展学生的创新思维和提高学生的创新能力，也不利于绿色环保理念的渗透。因此有必要合理调整实验内容，认真选择实验项目，淘汰一些对环境污染较大的实验项目，如硫化氢、氯气等的制备实验，毒性大的含汞试剂的性质实验，尽量选择低毒、污染小、价格相对便宜的试剂为原料的实验。在锻炼学生综合实验技能的同时，节约大量实验药品和实验经费，最大限度地提高原料的利用率，减少污染源。

另外教材应紧跟时展步伐，可以涉及一些纳米材料合成的实验。例如，以FeCl3为原料制备纳米氧化铁（Fe2O3），再进行纳米材料与普通材料的对比，可以让学生深刻感受到纳米技术的好处，也激发了学生探索的精神。另外还可以增加与生活相关的实验。例如，可以做生物体中几种元素的定性鉴定实验。

3.要正确处理实验中的“三废”

对于H2S、HCl等酸性废气，常见的处理方法是用碱液吸收，而NH3等碱性气体用稀酸吸收，可以用点燃大量CO气体转化为无毒的CO2再排放。在密闭体系内做有毒气体实验时，在通风橱气体出口处加装多孔性固体吸附剂，将有害物质吸附处理后再排放到大气中。[2]

此外，我们还可以在实验室种植一些吊兰、虎皮兰、芦荟等能净化空气的绿色植物。无机实验中的废渣主要是一些制备实验的产物，应该集中在一起尽量回收利用，或者统一深埋处理。如，碱式碳酸铜可进一步进行热分解反应和制备其他铜盐。[3]

无机实验室中产生的“三废”污染最主要是废液。要有效处理每次试验中产生的大量废液，我们可以在分类回收的基础上，做一个处理有毒废液的知识库，这样可以提醒学生在做完实验后还要做好后续工作。例如，在做ds区金属实验时，镉、汞元素的废液都是有毒的，因此实验后废液应倒入回收瓶，再进行处理。含汞盐废液应先调pH至8～10，然后先加过量的硫化钠，再加硫酸亚铁，这样就可以使汞沉淀下来，过滤分离。[4]再如，我们在实验室常用的铬酸洗液失效后可以用高锰酸钾氧化法使其再生，重复使用。

4.使用药品要绿色化

在使用药品时，我们要遵守5R原则，即减量（reduction）、重复使用（reuse）、拒用（rejection）、回收（recycling）、再生（regeneration）。[5]

使用反应物时要尽量选择无毒或毒性小的试剂。例如，可以用双氧水、臭氧代替氯气做漂白剂或氧化剂，硫代硫酸钠代替硫化氢气体做还原剂，用铜离子、锌离子、氢氧根离子和硫离子代替毒性较大的铅离子、银离子、铬酸根离子做沉淀剂，[6]在不影响实验效果的前提下，降低成本，减少污染物的排放。萃取实验常用乙醚萃取乙酸水溶液中的乙酸，但是乙醚沸点低，易挥发燃烧，安全性低，且用乙醚做萃取剂，用量大，成本高，易污染环境。若用水做萃取剂，从乙酸乙酯―乙酸混合液中萃取乙酸，实验效果也很好。

5.进行微型或半微型实验

微型实验是20世纪80年代起源于美国的一种国际上公认的可以体现绿色化学理念的化学实验的新方法新技术，其实际用量是常规的0.1%～10%。[7]这样一来，与传统实验相比，消耗的药品减少了，节约了开支，节省了时间，减少了污染。

例如，在做Cu2+的鉴定实验时，传统实验为取一滴0.5 mol/L CuCl2溶液于试管中，加一滴6.0 mol/L HAc溶液酸化，再加一滴0.5 mol/L亚铁氰化钾溶液，实验结果为有棕红色沉淀产生，表示有Cu2+存在。我们只需要将普通试管换为小试管（10 mm×75 mm）即可做微型实验：取一滴0.1 mol/L CuCl2溶液于小试管中，加一滴2.0 mol/L HAc溶液酸化，再加一滴0.1 mol/L亚铁氰化钾溶液，结果同样为产生明显的棕红色沉淀。[8]通过比较我们可以发现，微型实验所需药品浓度降低很多，这样节省了药品，减少了污染，而且不影响实验结果。但由于所用的试剂很少，实验中很小的误差便会给实验结果带来较大影响，尤其是大一新生，基本操作还不熟练，所以实验时必须加强指导、认真仔细检查，尽量减小误差。

6.采用连续实验的方法

这是指将实验顺序做一个调整，将同一元素的实验放在一起做，使前一反应的产物作为下一反应的反应物。将原来的产物转化为反应物，不但减少了有毒物质的排放，还节约了时间和药品，实验的连贯性也增强了，有利于学生系统地掌握知识，构建知识框架。例如，实验课本中将第一过渡系元素的性质实验放在了重铬酸钾的制备、高锰酸钾的制备、二氧化钛的制备、钴（Ⅲ）配合物的制备实验前面，我们可以调整实验顺序，将这些物质先制备出来再进行第一过渡系元素的性质实验，也可以在制备好一种物质时就直接做这种物质的性质实验。[9]再如，在铜的氢氧化物实验中，可以将生成的氢氧化铜留着，接着做氧化亚铜的生成和性质实验。

7.采用全封闭的实验系统

现在我们做有关硫化氢、氮的氧化物、氯气等有毒气体实验时，对于废气通常都是未经收集处理便直接由通风橱排入大气中。这虽然能减少对实验室的污染，但却给大气带来污染，危害周边居民的健康。若我们采用全封闭系统，可以把这些有毒气体收集起来，进而转化为无毒气体，或者用试液吸收这些有毒气体。

例如，在注射器内进行铜与浓、稀硝酸的反应，将一氧化氮、二氧化氮收集在注射器内，再用氢氧化钠溶液吸收，这样就解决了有毒气体随意排放的问题。再如，做Cl2、Br2、I2的氧化性及Cl-、Br-、I-的还原性试验时，由于氯气、溴蒸气对人体气管、肺部、眼、鼻、喉都有强烈的刺激作用，所以我们应在全封闭的体系内做实验，收集废气，然后用NaOH溶液吸收。

8.计算机模拟实验

在当今计算机水平如此发达的时代，化学实验中也可以充分利用这一技术来帮助我们学习。这样一来，大大激发了学生的兴趣，尤其是对于元素性质验证实验。元素实验所需药品种类繁多，产物种类多，废液废渣不易处理，再加上由于做实验人数多，时间长，有的药品由于放置时间过长而被污染或失效，从而使得实验现象并不明显。但若借助计算机教学，学生通过声音、动画、文字等，达到身临其境的效果，这样学生会加深印象，更好地掌握知识点。

例如，在刚进实验室的第一节课，我们就可以利用多媒体教学来学习无机化学实验操作，使学生了解化学实验的规范操作和错误操作，以加深印象。再如，在做ⅠA、ⅡA元素的焰色反应时，要求用到铂丝，但由于铂丝价格昂贵，难以实现。但若用铁丝代替则影响实验效果，这时我们可以利用计算机模拟实验来观察LiCl、NaCl、KCl、CaCl2、SrCl2、BaCl2溶液在氧化焰中灼烧的火焰颜色，这样观察起来结果清晰、准确。

与传统教学相比较，实施计算机模拟实验，做到了零污染、零投入，对于那些毒性较大、易燃易爆、存在安全隐患的实验，无疑是一个很好的选择。

9.改良实验考核方法

合理处理“三废”是山西师范大学现在比较薄弱的一项工作，应该在每次实验时都强调这一点，多加强这方面的训练。传统的考核制度并没有将学生对“三废”的处理情况列入其中，为了加强学生的环保意识，应将“三废”尤其是废液处理情况也作为考查内容之一，占到总成绩的10%。这样无形之中学生便会自觉处理废气、废液、废渣，营造一个好的实验环境。

随着绿色化学概念日益深入人心，无机实验的绿色改革也迫在眉睫。建设绿色化学实验室、加强学生的环保意识是一个漫长的过程，任重而道远，需要对规章制度的完善和对仪器设备的改进，需要加强对实验室工作人员的环境意识和绿色化观念的灌输，需要我们共同的努力。

参考文献：

[1]岳 明，龙云飞，唐凤碧.化学实验教学中学生环保意识的培养[J].矿业工程研究，2009，31（02）： 196―198.

[2]赵素瑞，高向红，袁冬梅.无机化学实验室危险废物减量化[J].化学通报，2011，74（02）：188―192.

[3]梁 敏，黄海儒，钟新仙，等.无机实验合成产物再利用促进实验室绿色化建设[J].实验室科学， 2012，15（06）：192―195.

[4]王 琴，李春新，韩庆荣.化学实验室废液处理方法的研究[J].甘肃石油和化工，2011（03）：7―12.

[5]刘艳菊，杨怀霞，王 霞.医药类专业无机化学实验绿色化学教学探索[J].学科教育，2010（10）：99.

[6]张燕明，张桂珍.在无机化学实验教学中渗透绿色化学教育[J].天津化工，2004，18（02）：60―61.

[7]吴茂英，肖楚民.微型无机化学实验（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2012.

[8]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

[9]徐常龙，曹小华，陶春元，等.通过绿色化学实验培养学生创新能力[J].化工高等教育，2009，26（03）：42―44.

（作者单位：山西师范大学）