学生无机绿色化学教育培养

作者：李庆生 单位：四川理工学院化学与制药工程学院

绿色化学又称为环境友好化学,是指[1]在制造和应用化学品时,应有效利用原料,消除废物和避免使用有毒、危险的化学试剂和溶剂。其目的是节约资源,从源头防止污染,将治理环境从治标转向治本。其两个最显著的优点是:最大限度地利用了原料和最大限度地减少了废物的排放。绿色化学的核心内容是原子经济性,即在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子。理想的原子性反应是原料分子中的原子全部(100%)转变成产物,不产生副产物或废物,即实现废物的零排放。

1无机化学实验教学中加强环境教育

我院无机化学实验是为材化、生工、化药学院专业学生开设的一门重要基础课。无机化学实验教学中加强环境教育非常重要，当学生进入实验室做第一个实验时，指导教师应当在教学中结合实验可能用到的有毒、有害药品进行讲解，使学生明白这些药品对环境和身体健康的影响，以及它们的主要来源，污染环境的主要原因及防治方法。例如：实验室经常用到的硫酸．硫酸具有腐蚀性、强酸性。废弃硫酸会对地下水，对土壤造成污染，实验中应尽量减小其用量。在无机化学实验中还经常遇到重金属污染物主要有Hg、Pb、Cd、Cr等毒性显著的元素，它们是主要的水污染物和土壤污染物，也应严格控制用量。通常无机化学性质实验取用试剂一般1-2ml，可改为点滴板操作，试剂取用的量几滴即可,.尽量减少药品用量，减少污染源。通过教育让学生体会到有毒有害物质就在我们身边，无机化学实验是一个不可怱视的污染源，废液、废气、废渣都会对环璄造成污染，从而改变学生在实验室随意大量使用试液,乱倒废液、废渣的现象，养成良好的实验习惯，增强环境保护意识。

2无机化学实验教学中绿色化学理念的渗透

按照绿色化学理念，无机化学实验中使用化学品应遵循4R原则[2]:减少用量(Reduce)、不用危险品(Reject)、循环使用(Recycle)、回收重用(Reuse)（1）减少用量例如:在检验SO42－离子的实验中，学生往往一下子加入了较多的BaCl2溶液。假如在实验前向学生讲解钡类化合物中毒性最大的是易溶于水的BaCl2，水中钡离子最大允许浓度为1．0mg／L，过量的BaCl2转入废液中会造成水质污染、土壤污染，并且让学生通过查表知道BaSO4是溶解度很小的不溶性盐，在1L水中仅溶解1．05×10－5mol（25℃），只要加入少量的BaCl2溶液即可观察到明显的白色沉淀现象，这样既节省了试剂，又达到了实验目的，更重要的是净化了实验环境，增强了学生的绿色化学意识。（2）不用危险品例如：做沉淀反应的目的是根据溶度积规则及平衡移动原理验证沉淀的生成、分步沉淀及沉淀转化。传统沉淀反应实验选用的试剂有：Pb(NO3)2、AgNO3、K2CrO4，而Pb2+、Cr6+是有毒金属离子，Ag+是贵金属离子。根据绿色化理念在选择试剂时，尽量不用有毒化学试剂，而用低毒或者无毒试剂代替，可将沉淀离子及沉淀剂改为Cu2+、Zn2+、硫化钠、氢氧化钠，这样在降低了有毒、有害物质的排放的同时，也达到了验证溶度积规则及平衡移动原理的目的。传统实验和改进实验的对比分析详见表1。（3）循环使用例如：氧化还原反应实验中过氧化氢氧化性的验证,传统实验是Pb2++S2-=PbS黑色沉淀,PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O,Pb2+是有毒金属,从绿色化学角度考虑应淘汰,将这个实验改为I-与H2O2反应则溶液的颜色由无色变为棕红色,即可证明H2O2将I-氧化成了I2此实验方案现象明显,使用试剂种类少,且碘是可再生原料,符合绿色化学原理。.（4）回收重用例如:四氯化碳萃取碘的水溶液得到碘的四氯化碳溶液，然后在碘的四氯化碳溶液中加入氢氧化钠溶液至紫红色刚好消失，利用反萃取把四氯化碳分离出耒，最后进行蒸馏，使四氯化碳回收再利用。通过绿色化学理念的渗透，不仅拓展了学生的思维，提高了学生做实验旳兴趣，培养了学生设计实验及创新精神，加深了对绿色化学提倡“更安全”概念的理解。

3推广微型化学实验

微型化学实验是20世纪80年代经济发达国家的高校为解决化学专业耗资巨大的三废处理问题、实验安全问题及一些试剂价格过于昂贵而发展兴起的一种新实验方法，它的试剂用量是常量实验的十分之一至千分之一。目前常规无机化学实验，药品用量较大，不仅造成浪费，还污染环境。因此在高校无机化学实验中开展微型实验非常必要，制备实验的产品数量要以不超过后期测定的需要为原则，性质实验点滴化。将常规实验裝置进行改进或采用先进的微量手段代替以往的常量测定。实验教学中充分利用现代化的仪器，如：红外、紫外、色谱、核磁共振等，可以有效的将合成与鉴定融合，并对少量产物进行定性、测定。从而实现了以尽可能少的试剂获取所需化学信息的目标。如性质实验，在不影响实验效果的前提下，尽可能降低试剂的浓度，减少试剂的用量。微型化学实验的主要优越性在于：试剂用量大大减少，同时减少了相关辅助材料、水电的消耗，降低了实验成本，大大的节约了费用，也提高了实验的安全性。此外，因为微型化学实验产生的“三废”量很少，不但改善了实验环境条件，而且极大的减少了对环境的污染。微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点，是化学实验绿色化的重要手段，值得大力提倡和采用。

4实验废弃物的回收、处理中的绿色化学理念的渗透

无机化学实验由于实验项目内容覆盖面大，实验所需要试剂和药品种类繁多，学校实验室一般废弃物大多简单处理就直接排放，特别是一些有毒有害物质缺乏回收处理，造成了资源浪费和环境的污染，这也是成为实验教学中一个非常重要的问题[3]。因此引导学生把用过的酸类、碱类、盐类等各种废液、废渣分别回收，达到一定量后，根据其性质进行处理，这样对减少浪费和减轻污染十分必要。对于废酸可用于冲洗厕所，也可以进行中和处理并达到规定的pH值[4]后排放。对于重金属及其盐可加入碱、碳酸盐、硫化钠使金属离子变成氢氧化物、碳酸盐、硫化物沉淀。对于有的可利用离子，可以保存在专门的废液试剂瓶中，用于其它实验。无用残渣埋于地下。废铬酸洗液用高锰酸钾氧化后循环使用；含银废液可制成硝酸银变废为宝；含氰化物废液可倒入碱性亚铁盐溶液处理；汞:可以用注射器收集起来放入瓶中用水覆盖，微小汞粒撒上硫磺粉。总之，废弃物的处理应根据“变废为宝、安全废弃、分别处理”的原则。

5多媒体仿真实验是实施

绿色化实验教学的最佳选择之一多媒体实验教学可将一些试剂耗量大、价格昂贵、毒性大、对环境污染严重且不易控制的化学实验采用计算机模拟实验，让学生在计算机上操作也能达到身临其境的效果，运用科学的手段来实现化学实验“零排放”、“零污染”。它的实施将对化学实验绿色化，以及环境保护、增强学生的环境保护意识起到不可低估的作用。无机化学实验中一些元素化合物的性质实验，如Cl2、SO2、H2S、CO等气体的制备及其性质实验，产生大量有毒气体，它不仅严重地危害了人体健康而且极大地破坏了环境，若将这部分实验釆用多媒体模拟化学仿真试验，用文字、声音、图象、动画的效果，使学生在虚拟实验室里做实验并达到身临其摬的感受，既能够实现无机化学实验的绿色化，又能够帮助学生清晰、生动地观察无机化学实验现象和实验方法，又避免了污染，提高学生对实验课的学习兴趣，取得在真实的化学实验中难以实现的良好的教学效果。

6结语

在无机化学实验教学中渗透绿色化学教育理念是切实可行的，实验改革将无机化学实验废弃物降直最低，化学的负面作用是可以避免的。只要我们不断深入研究化学內容，就能挖掘出更多的绿色化学反应。