有毒气体实验的绿色化教学初探

摘要：本文对无机化学有毒气体，如：二氧化硫（SO2）、氨气（NH3）、硫化氢（H2S）、一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）等进行了制备和性质微型实验的探究和设计，目的是让学生养成从源头上阻止污染的观念和习惯，树立绿色化学实验理念。

关键词：绿色化学 微型实验

1 概述

目前我国大部分高校都采用常量试验方式进行无机化学试验，在这些常量的实验中有毒的试验占了一半。而这些常量试验具有以下几方面危害：首先，有毒气体的逸出。实验过程中用到的很多化学试剂都具有一定的挥发性，这些试剂很多常温下就会挥发，如果实验过程中加热挥发就会更严重，通常实验中经常使用排风扇或者通风厨直接将这些气体不经过处理直接排放出去，这样不仅污染实验室的环境更对大气造成了一定程度的污染；其次，试验过程中会产生很多废液，洗涤容器后的洗涤液也含有大量的化学物质，这些含有化学物质的废液通常都是经下水道直接排放而导致水体污染；再次，试验产生的废渣或者试验过程中不小心洒落在桌面或地面的试剂就会污染实验室的环境；以上这些都会产生实验性环境污染。同时，这些有毒气体实验又对实验的师生的身体造成较大的伤害。因此，有毒气体实验的微型化，就成了当前化学实验教学和科学研究的重点[1]。微型化实验最早是美国化学家Mnyo提出，1955年3月16日，美国总统克林顿宣布成立了“绿色化学挑战计划”[2]。针对以上实验对环境造成污染的问题，越来越多的学校已经将绿色化学引入到实验教学中来，它不仅能够节约实验经费更重要的是可以减少实验对环境造成的污染，同时有利于培养学生实际动手能力以及严谨科学的态度，这样就会为培养具有环保意识的新一代化学工作中奠定良好的基础。本文对有机化学实验中产生的有毒气体的制备和性质进行了微型设计，在能够达到实验目的的前提下尽可能减少化学试剂的使用量，最大限度的降低实验性环境污染。

2 实验部分

2.1 SO2制备实验[4，5] 取两只表面皿（直径分别为5cm，10cm），大的一只仰放，里面倒入一定量的Na2SO3和浓H2SO4，作为气体发生装置，小的一只内壁沾放直径为1.0cm的小纸片，在不同的小纸片上分别滴上KMnO4、K2Cr2O7、FeSO4、NaOH酚酞溶液，待反应发生后，将小的表面皿倒扣在大的表面皿上面，再在小表面皿外周滴入以可将处理多余尾气。观察并记录实验中小纸片颜色的变化，得到表1的实验结果。

2.2 NH3的制取及性质实验 称取Ca（OH）2和NH4Cl各0.1g，分别研细后混合均匀，然后装入5mL的小试管中微热混合物，用25mL的小烧瓶收集氨气，然后迅速通入图2中的反应管中，观察以下各溶液发生的变化。1.Al2（SO4）3溶液；2.ZnSO4溶液；3.AgNO3溶液；4.CuSO4溶液；5.酚酞溶液；6.浓HCl。

图1 氨气的制取实验 图2 氨气的性质实验

2.3 H2S的制取及性质实验 在孔井穴板的第一孔中加入1g FeS固体，用针筒中吸入3mL稀HCl备用；在第二孔中放入一小块湿润的蓝色石蕊试纸，第三孔中加入2mL 0.1mol/LAgNO3溶液，第四孔穴中加入2mL 0.1mol/L的氯水溶液，第五孔穴出口处接上装有5mL的SO2气体的针筒，然后将各孔穴连接好。实验时，将小针筒中的稀盐酸压入井穴中，观察各步微型实验现象。

2.4 铜与稀硝酸反应及NO的验证实验 把铜丝绕成回旋形放入注射器内，然后注射器吸取10ml经预热过的稀硝酸，吸取硝酸时尽量减少注射器内的残留空气，立即把充气球与注射器连接并且将其固定在铁架台的铁夹上，3～4min后给注射器鼓气。实验结束以后拔出充气球，同时把注射器插入到盛有烧碱溶液的烧杯中把注射器内的溶液和气体压入到烧碱液体中。

2.5 尾气中含少量CO的实验处理[6] 在对尾气中CO尾气进行处理时很多时候采用吸收的方法进行尾气处理，主要是因为有时候尾气中的CO含量不足从而导致尾气不能够直接点燃，可选用氯化钯溶液、五氧化二碘、银氨溶液三种溶液吸收尾气，实验装置如图3。

2.5.1 吸收一氧化碳后产生碱性气体的处理。广口瓶（3）中的澄清石灰水用来吸收尾气中的二氧化碳，广口瓶（4）中的银氨溶液用来吸收尾气中的一氧化碳并且产生氨气，广口瓶（4）中的化学反应式为：

2Ag（NH3）2OH+CO=2Ag+（NH4）2CO3+2NH3

瓶（4）中新产生的尾气氨气通过（5）中的稀盐酸溶液来吸收。（5）中的反应式为：NH3+HCl=NH4Cl。

2.5.2 吸收一氧化碳后产生酸性气体的处理。氯化钯或五氧化二碘溶液在吸收尾气CO时同时产生CO2，反应式为：PdCl2+CO+H2O=CO2+Pd+2HCl

I2O5+5CO=I2+5CO2

此时，瓶（3）和瓶（5）装的均为澄清石灰水，（4）中装的是氯化钯或五氧化二碘溶液用来吸收一氧化碳，但是不同的是，瓶（3）是用来吸收尾气中的二氧化碳，而瓶（5）是用来吸收瓶（4）中新生成的二氧化碳，瓶（3）、瓶（5）中的反应式为：Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O

3 结果与讨论

从实践情况看，推行绿色化微型试验具有以下优点：

第一，因其药品用量少因此节约实验经费，但是实验效果却很明显。与常量化学实验用量相比，试剂用量仅为其用量的1/8，由于降低了购买试剂药品以及仪器的经费，从而降低了实验成本。

第二，增强了学生的环保意识以及树立绿色化学的理念。由于有毒气体微型试验将气体的产生、收集以及性质实验串联到一起，因此不仅操作简便，而且气体不容易泄露而试验现象明显。由于有效的降低了废气废液的排放量因而降低了实验性的环境污染。这样的实验不仅仅是培养了学生的环保意识，更重要的是开拓了学生的创新思维，在促进有毒化学实验向绿色化学转变的同时还全面提高了学生的综合能力。

有利于培养学生严谨的科学态度和科学素养。微型化学实验打破了传统的试验模式，不仅仅是培养了学生的创造性思维以及主动学习的热情，更重要的是探究学习的方式、方法，同时推广微型化学实验对于增强学生的实践能力以及创新精神也具有一定的推动作用。

总之，推行绿色化的微型试验在无机化学有毒气体试验中的应用，最主要的目的就是使学生学会消除和减轻实验性环境污染的方法，以更好的探索新型环保化学实验方法的手段。

参考文献：

[1]曲雅焕，杨婷，王险峰.有毒气体的微型实验设计——无机化学实验课的改革[J].长春师范学院学报，2001（1）：7～9.

[2]陈东涛.多种常见气体的微型实验制备及其溶解性测定[J].广西师范大学学报，2010（3）：40～41.

[3]李铭岫.无机化学实验[M].北京：北京理工大学出版社，2002，

93～99.

[4]周宁怀.微型无机实验[M].北京：科学出版社，2000，23～24.

[5]王锦化.氨喷泉微型实验[J].教学仪器与实验，2008（3）：10.

[6]徐国良.无机化学有毒气体实验的绿色化[J].玉溪师范学院学报，2006（22）：3～7.

基金项目：四川理工学院教改项目（JG-0835），四川省教育厅项目（11ZD244），酿酒生物技术及应用四川省重点实验室项目（NJ2012-16），四川理工学院科研项目（2012PY08）。

作者简介：何义国（1976-），女，四川达州人，实验师，硕士，主要从事无机化学研究。