分析化学实验绿色化的实践探索

[摘要] 本文阐述了在分析化学实验教学中,通过多媒体与计算机辅助教学、优化实验、推行微型分析化学实验和消除污染物的直接排放,以达到分析化学实验绿色化的目标。

[关键词] 分析化学实验 绿色化学 实验教学

绿色化学又称环境无害化学(Environmentally BenignChemistry)、环境友好化学(Environmentally FriendlyChemistry)、清洁化学(CleanChemistry)。

绿色化学是用化学的技术和方法去消灭或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用,同时也要在生产过程中不产生有毒有害的副产物、废物和产品。为维持经济和社会的可持续发展,各国都对绿色化学非常重视。高等院校肩负为我国建设培养优秀人才的重任,在化学教育中关注人文主义的科学精神,灌输提倡节约、保护环境、维护健康的绿色化学理念就显得尤为重要。分析化学实验是化工、生物、环境、农业、医药、食品等专业的基础实验课,其实验内容覆盖面大,所需试剂种类多,且大部分为常量实验,造成的实验性环境污染现象较为严重。因此,笔者认为,对分析化学实验绿色化的实践探索意义重大。

一、多媒体与计算机辅助教学

21世纪是信息时代,在电子科学飞速发展的今天,多媒体与计算机早已走进了理论教育的课堂。而随着计算机模拟仿真化学实验的产生和发展,使得化学实验有了摆脱实物教育的可能,其对保护自然资源、缓解化学实验对环境的污染等,具有深远的意义。

在分析实验开始前,组织学生观看分析仪器的基本操作和演示实验的多媒体课件,使学生对实验内容和原理有直观的认识;模拟实验中可能产生的违规操作,让学生了解其后果,可有效防止错误的产生,减少实验消耗。

对那些中间实验现象不明显、危险性大或操作条件苛刻的实验,利用计算机模拟仿真技术,通过多媒体教学手段,可以很方便的解决这些问题,并在保护环境的同时取得最佳的教学效果。

利用多媒体与计算机辅助实验教学,不仅能够解决实验硬件的不足与学生数量快速增长的矛盾,还提供了减少实验性环境污染的途径,是化学实验教学绿色化研究的重要内容。

二、优化实验

首先,对于一些安排上重复、且所用药品毒性较大的实验,在不影响培养学生实验操作能力和知识结构的前提下,可以进行删除。

其次,对排放有害物质的实验,可以改进实验方案,减少或消除污染。例如,在《酸碱标准溶液的配置和浓度的比较》实验中,若采用挥发性大的浓盐酸,实验室会弥漫大量的酸雾而造成空气污染,而改用6mol/L的盐酸,此项污染会大幅度降低。再如,在《双氧水中过氧化氢含量的测定》实验中,改用浓度为3%的双氧水(在医学上可作消毒剂)代替浓度为30%的双氧水(氧化性极强,污染环境),就不会造成污染。

另外,还可以引入先进的实验方法来消除污染。例如,在分析一些成分复杂的样品时,加入掩蔽剂是常规的实验方法,而掩蔽剂多数是有害的物质。通过仪器掩蔽方法――导数分光光度法和双波长分光光度法,可以做到不加掩蔽剂而消除干扰直接测定。

三、推行微型分析化学实验

微型化学实验是国内外日益广泛采用的一种化学实验方法,因具有减少环境污染、减少试剂用量从而节省实验经费、节省学时等优点而得到普遍认同。

近年来,通过教育工作者对分析化学微型滴定实验的探索表明,微型滴定分析实验结果准确可靠,方法可行,可节约试剂80%以上。这对使用有毒试剂的实验,如重铬酸钾的实验而言,可显著减少其对环境的污染;另外,微型实验较常规滴定分析需要更加细致的操作,对学生的实验水平要求更高、更规范。因此,微型分析化学实验的推行在减少环境污染的同时,有利于提高学生的实验技能。

四、消除污染物的直接排放

分析化学实验过程中,排放最多的是废液,其中大多数均含有有毒有害物质,有些甚至是剧毒物和致癌物。而长期以来,学生把实验过程中产生的和实验完成后剩余的试剂大多直接倒入下水道中,造成了环境的污染。这种现象是急需杜绝的。每次实验结束后,应要求学生将废液进行处理后再利用或排放。通过这样的做法,既减少了污染,又培养了学生保护环境的意识和综合解决环境污染问题的能力。

例如,可以将《酸碱标准溶液的配置和浓度的比较》实验中剩余的酸和碱进行中和至PH=7,然后再进行排放。

再如,在《铅铋合金中Pb2+、Bi3+含量的连续滴定》实验中,可以用硫化钠作为沉淀剂回收Pb2+和Bi3+,之后用稀硝酸溶解硫化物,并控制酸的用量,使回收后的混合液酸度恰好为滴定Pb2+和Bi3+所需的PH值,达到了废液回收再利用的目的,既节约实验成本,又减少实验污染。

五、结论

分析化学是一门以实验为基础的自然科学,它与环境联系十分密切。通过实践和研究表明,把绿色化学的思想融于分析化学实验教学中,有效地减少了分析化学实验对环境的污染,节约了实验成本,并有利于学生综合素质的提高和实验技能的培养。

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