绿色化学实验教学策略

摘要：本文介绍中学化学实验绿色化改进的意义及现状。并对中学化学存在污染的实验进行了分类和从装置及微型化设计等方面的改进。

关键词：中学化学实验；绿色化；装置改进

化学是一门以实验为基础的自然学科。由于中学化学实验室自身条件的局限性，师生环保意识不够，实验操作不规范，实验前未认真思考，实验时按部就班等原因，从而导致中学化学实验三废的产生。目前，我国大多数中学实验室里只有简易的通风厨和下水道，针对实验产生的废气，大多由通风橱直接排放到室外环境中，未考虑是否达到国家规定的排放标准，没有具体的尾气废气处理方法；对于废液，多数未根据国家排放标准直接倒入废液桶(缸)，然后排入下水道；没有进行回收处理或只做简单处理，只有少数学校声称有自己的废液收集池；而对于固体废物，有的随废液排入下水道，或直接扔进垃圾桶；这些都不符合国家排放要求，容易误导学生。环境问题近年来备受瞩目。而中学化学实验产生的三废，其特点是：类多、量少、组成不定、性质复杂，排放这些污染物质，如不加任何处理，任意排到空气中，随意倒入水槽中冲走，或当作普通垃圾一样来处理，长此以往，后果不堪设想。不但会对环境造成污染，威胁人类健康，而且可能淡化学生的环保意识，养成不良习惯。这种坏习惯如果不加以及时修正，就会带到生活中来，当我们意识到问题的严重性才知道去改变我们平时乱扔乱倒乱用的毛病时，为时已晚。习惯一旦养成，要想改变，并非朝夕。而作为环境污染来源之一的中学化学实验室，当我们在进行实验时，老师应该严格要求自己，通过言传身教，树立爱护环境的好榜样。同时也要严格要求学生，规范操作，节约药品，通过做微型实验等方式，减少三废的产生，保护环境。老师在教给学生知识与技能、过程与方法的同时，更应该注重培养学生情感、态度、价值观的养成，紧扣课程标准。为此如何在中学化学实验中实现绿色化，避免和减少三废排放的一些改进方法，以减轻环境污染，使师生形成对待环境的正确态度，为社会持续可发展做贡献。

一、绿色化实验的标准

要使化学实验绿色化必须需要达到以下标准：1.化学实验反应中原子利用率达100%。2.化学实验放给环境的物质是环境体系正常组分中所固有的。3.实验体系不向环境放出物质等。即在获取新物质的化学反应过程中，实现“原子经济性”和“零排放”，做到充分利用资源，又不产生污染。

二、中学化学绿色化实验的设计策略

要想做到中学化学实验室三废真正意义上的零排放或是少排放，我们可以引进一些不错的处理方法，从三废的源头着手，如果实验一开始就能保证没有三废或是三废很少，岂不是更好。正如现行的微型实验、虚拟实验和改进实验装置等都不失为好方法。1.引进微型化实验所谓微型化实验就是通过使用微型的化学仪器装置，以尽可能少的试剂来获取所需的化学信息的实验，它的试剂用量是常规实验的1％-10％，因其剂量少，能大大缩短实验所需的时间，而且实验更加直观、明了、安全，很大程度上减少了燃烧、爆炸、毒害、腐蚀等危险性，极大地防止了化学三废的产生，避免了环境不必要的污染。如新版高中化学教材中“同主族元素的实验”、“卤素单质的活动性比较实验”、“浓硫酸的脱水实验”和“自制指示剂”这几个实验都涉及到微型化实验的理念，其中有用到点滴板这一微型反应器。再如，浓硝酸与铜片反应的实验，这个反应能释放出有刺激性气味的有毒气体NO2，危害师生的身体健康和污染环境。但如果将其改为微型实验，即将反应中的铜片换成细长的铜丝，当需要终止实验时，只需将铜丝拉出试管外，便能随时中断反应，减少了不断逸出的NO2对实验者的伤害和对环境的污染。这几个实验都是常规实验经微型改进而得，为在中学化学实验中推广微型实验做出了较好的示范。2.引用虚拟实验虚拟实验室是指利用网络技术、计算机技术、虚拟现实技术等生成的一类适于进行虚拟实验的软件，包括实验环境，仪器设备、实验对象以及实验资源等内容。它通过智能管理系统和虚拟现实技术模拟现实化学实验场景。用于教学的虚拟实验室大致可分为两种类型：即基于虚拟仪器的实验室和基于网络的远程虚拟实验室，单从考虑三废的角度来说，中学化学实验室宜采用的是基于虚拟仪器的虚拟实验室，即直接由各种虚拟仪器代替物理设备所构成的实验室。在这里，通过模拟软件模块，我们可以放心的进行各种实验操作，甚至可以故意的制造失败实验或反面实验，从而得出正确结论。如氯气、氧气的制备和性质实验，燃烧与灭火的实验等，通过虚拟实验，使实验现象更明显生动，实验可反复演练，提高了学生学习积极性的同时，也能真正的从源头杜绝三废的产生，健康安全，又环保。化学虚拟实验软件最终并不能代替真正的实验，如果完全依托实验软件，那就成了真正的“纸上谈兵”，学生的动手实践能力就不会得到培养和提高。比如在学习药品的取用时，我们可以用对环境和实验者无害的沙粒或是食物颗粒等代替练习药品的取用，同时结合虚拟实验软件对比观察。再有滴定操作实验，我们也可以用自来水等来代替真正的试剂练习，而真实的操作则由虚拟实验软件进行。只有将真实的实验同虚拟实验软件整合运用，化学实验课堂才能焕发活力，才能顺应时展。3.改进实验设计如果能在保证实验结果的前提下，对实验内容和装置进行改进，让操作更合理有效，还可以杜绝或控制“三废”的产生，尽可能减轻实验三废对师生的危害和对环境的污染，这不仅能促进学生对所学化学知识的应用，而且还能提高学生的环境意识。比如说初中化学硫、磷分别在氧气中的燃烧实验，可以设计为：用一颗硬质玻璃管，一个内装有氢氧化钠溶液的广口瓶和一个装有水的带有阀门的玻璃瓶，用单孔、双孔橡皮塞、导气管将其与O2的制取装置A相连接起来，用微型燃烧匙取少量硫粉或红磷，置于酒精灯上点燃后立即伸入到B装置的硬质玻璃管中，打开D装置上的阀门，硬质玻璃管透光性好，不影响实验现象的观察，产生少许的有害物质大多溶解在C装置的液体里，D装置阀门一打开，气体就会自左向右依次进入各装置；经改进后的实验不但现象明显，还减少有害物质的排放量，而且便于操作、安全可靠。改进装置如下图：以上的设计对中学化学实验的绿色化改进是十分有效实用的，由此可见，当前我国绿色化学实验研究已经取得一定成果。这些设计十分有力的推动了中学化学实验绿色化改进。但是让人遗憾的是这些方法基本都是从某一个或几个实验入手，不能以点代面，虽然该实验得到了完善，但是别的实验却又要重新入手，再做设计。不过通过分析不难发现中学化学存在污染的实验很多都具有其类似的地方，只需对其中一个实验完善，则与之类似的实验便可“迎刃而解”。

三、结语

综上所述，按照绿色化学的理念和要求对中学化学实验改进是完全可行的，也是十分必要的。这样不仅可以减少污染，保护师生健康，而且可以节约试剂，减少实验经费开支。要使中学化学实验绿色化，化学教育工作者要树立可持续发展的观念，教师在课堂教学，实验教学等方面要始终贯彻绿色化学的思想，让学生了解绿色化学，树立起绿色意识。化学实验不仅要让学生掌握实验操作技能及有关知识，还要培养学生的环保意识，让他们认识到治理环境污染的重要性。让学生在每一次的实验中，逐渐养成良好的环保习惯，增强保护环境的意识。环境问题已经成为一个世界性问题，环境保护也是我国的基本国策。因此，使中学化学实验的绿色化势在必行。

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作者：潘淇 胡明华 敖克厚 单位：遵义师范学院