中学化学实验绿色化分析

绿色化学（GreenChemistry），又称环境无害化学（EnvironmentallyBenignChem－istry），它是用化学的技术和方法来减少甚至消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化学包括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。化学实验的绿色化就是以绿色化学的理念和原则来指导实验工作，使实验室的“三废”排放降低到最低程度并能得到妥善处理，实验室的安全性和环境质量得到提升，师生的绿色化学和环境保护意识得到强化。化学教育应该紧跟世界绿色化的浪潮，充分利用学科优势，大力贯彻绿色化学思想，同时积极实施和推广实验绿色化。

一、改进常规化学实验

在人教版九年级化学教材中，实验室制取氧气所选用的药品是过氧化氢溶液和二氧化锰，其中二氧化锰是催化剂，在实验过程中本身质量和化学性质并不发生改变，因此可重复使用。但在实际做实验时却发现二氧化锰的消耗量很大，用完后不容易过滤，因此在很多情况下就直接倒掉，另外二氧化锰的用量若控制不当，反应过于剧烈会使过氧化氢溶液从长颈漏斗中溅出伤人。由此可以联想到，能否把二氧化锰粉末制成颗粒状，这样在使用后过滤回收就更简单易行。经过查阅资料和研究情况，在常见的几种物质中最终选择用沙子和水泥将二氧化锰粘合成大颗粒状。具体操作如下：【实验步骤】（1）将水泥、沙子和二氧化锰按2：7：2的质量比均匀混合，并用胶头滴管滴加适量的水将其湿润。（2）待二氧化锰和水泥的混合物凝固时，取少量此凝固物制成颗粒状，自然条件下晾干。（3）取两个广口瓶，按图1组装好两套实验装置，并检验装置的气密性。（4）向其中一个锥形瓶中放入适量的二氧化锰粉末，另一个则放入7~8粒二氧化锰凝固颗粒。（5）同时向两个锥形瓶中加入等体积等浓度的过氧化氢溶液，观察实验现象。（6）实验结束取出二氧化锰的凝固颗粒，继续加入与（5）中相同的过氧化氢溶液，观察现象。在氧气的实验室制法中，二氧化锰颗粒可以循环使用，而且用过的颗粒晾干后还可以再次使用。实验后指导学生回收二氧化锰颗粒，并提出以下问题：如何用实验证明化学反应前后二氧化锰的质量和化学性质不变。学生经过小组讨论，设计了如下实验过程：（1）称量反应前二氧化锰的质量m1；（2）将称量好的二氧化锰颗粒放入过氧化氢溶液中，观察实验现象；（3）反应完毕后，过滤出二氧化锰颗粒，干燥，称量二氧化锰的质量m2；（4）将二氧化锰颗粒再次放入过氧化氢溶液中，观察现象。实验结论：二氧化锰颗粒的质量和化学性质在化学反应前后不变。学生在亲身体验和经历了实验过程后，能做到节约化学药品，对可回收的药品做到再利用，达到实验绿色化的目的。

二、实验微型化设计

微型实验，简单地说就是利用微型设计的实验仪器，尽可能地减少药品的用量。它的特点是实验药品用量少，仪器小、基本没有污染、现象明显直观。因此，可以通过对实验进行改进，达到缩减实验药品用量，减少实验仪器使用频率，降低成本的目的。在实验中采用微型化实验，不仅可以提高药品利用率，同时，还可以使学生认识到实际的工业生产中会考虑成本这一重要因素，体会实际的工业生产中会提高经济效益的因素。使用微型实验，实验现象明显，药品消耗量少，实验体系封闭，有效地减少了药品的使用，使实验绿色化、环保化，潜移默化中培养了学生开拓创新的精神，积极改进实验的能力以及树立绿色化学的思想。例如，微型化实验策略在“钠与水反应”实验中的应用：“钠与水反应”原实验：【实验仪器】烧杯1个、镊子一个。【实验药品】蒸馏水、钠、酚酞。【实验原理】2Na+2H2O=2NaOH+H2。【实验步骤】按图2所示装置，在大烧杯中加入少量水，滴入几滴酚酞溶液，然后把一小块约黄豆大的钠，用镊子放入烧杯中，观察现象。【实验不足】原实验中，如果钠取得过多，反应过于剧烈，甚至会发生爆炸；另一方面，生成的气体在水液面下，不容易收集，同时，收集时手极容易被氢氧化钠溶液腐蚀，实验安全性差。改进后的“钠与水反应”实验：【实验仪器】U型管1个、尖嘴导管1个、单孔塞一个、带止水夹的导气管。【实验药品】金属钠，蒸馏水，煤油。【实验原理】2Na+2H2O=2NaOH+H2。【实验步骤】如图3所示，取1小块钠(黄豆大小)，在U形管里面先装入一定量的水，试管的一端用单孔塞塞住，单孔塞上有漏斗，在管的另一端加入一定量的煤油，再放入几粒钠（黄豆大小），快速地用单孔塞塞住管口，上面带有尖嘴导气管。气体产生时，水被挤压到漏斗中（以防打湿桌面），水面升高可以对氢气形成压力，有利于气体点燃。实验优点：（1）反应后产生的气体便于收集，纯度较高，更容易验证生成的是氢气；（2）采用微型化实验，节约药品；（3）加入酚酞后的溶液变红色，现象明显。

三、利用循环装置实现封闭化

例如，氯气实验室制法的改进。实验方法：按上图组装好仪器，分别检查K1和K2两部分的气密性，检查整个装置的气密性。然后先在蒸馏烧瓶内装二氧化锰，再在分液漏斗里加入浓盐酸，在烧杯里加入氢氧化钠溶液。打开止水夹K1，关闭止水夹K2，然后制取氯气，a1瓶收集满氯气后，打开止水夹K2，关闭止水夹K1，氯气进入集气瓶b1，此时导管a1处没有氯气通过，可以更换集气瓶。依此类推，用同样的方法可以收集到多瓶氯气。该方案优点是：安全循环操作，收集多瓶氯气，在操作中，氯气的溢出量很少，有效地减少了氯气向空中扩散的程度，从而减少了对人体的危害和对环境的污染。对于有毒有害气体的制备，都可以采用这种方法，既可以由单人进行连续操作，又能够减少有毒害性气体的泄漏。但是这种改进只能相对减少氯气制取过程中的泄漏，如果能够利用收集氯气的小钢瓶，就可以把实验室制取氯气过程中泄漏的氯气减小到零，同时也使实验操作更方便。

四、实验废弃物的绿色化处置

大部分中学化学反应中会产生一些非主要生成物的物质，一般当作废物来处置，但是，教师切忌忽略了这些物质的作用，不要以为不是反应所需的物质就是废物，就随意丢弃，这个反应的废物，也许是另一个反应的反应物或是催化剂，或是可以用作其他用途。总之，许多看似是废物的物质，可能会有其他用途，认识到这一点后教师就需要对其进行合理处置。化学实验中产生的废物，应该依据绿色化学“减量化，再利用，再循环”的原则进行处理。例如，实验所产生的废酸废碱，可以进行集中回收，综合处理，将其pH值调整到6．5~8．5之间再排放。化学反应及化学实验丢弃物的妥善处理、回收利用，对于减轻环境压力具有十分重大的意义，对于培养学生的绿色积极意识也有很大的作用。

五、通过多媒体仿真实现化学实验绿色化

在中学化学实验中，有些实验非常危险，易引起爆炸，如醚的过氧化物爆炸，类似安全性较差的实验都可进行仿真实验，让学生在计算机前完成实验，不仅有身临其境的感受，同时也避免了危险。又如：NH3制备的实验，教师指导学生利用计算机多媒体技术来模拟NH3的制备。对多余NH3的吸收，大部分学生会忘记要接一个倒置的漏斗，直接将导管插入水中，这时教师可以将错就错让计算机来模拟这个错误的操作，此时学生会观察到烧杯中的水发生倒吸，从而引起试管炸裂，这会给学生留下极其深刻的印象，取得良好的教学效果，也达到绿色实验教学目的。有些实验过程中必须使用有毒有害药品，或在实验中会产生大量有毒有害废气、废液，污染环境，危害师生健康，借助前面所叙述的手段无法达到绿色化。因此对于这些实验，教师可以利用仿真实验进行教学，利用计算机多媒体技术来对实验过程、实验现象和实验结果等进行模拟。这样，不会对学生和环境造成污染，同时不仅观察到了实验现象，实验操作流程，还会使学生有切身的体会，记忆深刻，进一步激发学生学习化学的兴趣。在中学化学实验中，通过改进常规化学实验，开展微型化学实验，利用循环装置实现封闭化减小污染，实验废弃物的绿色化处置，借助计算机辅助与多媒体仿真实验等方法和手段，开展化学实验改革与创新，充分发挥中学化学实验的教学功能，不仅增强了学生实践能力，创新精神及环保意识，最终还实现了化学实验绿色化。

作者：曾令涛 单位：石屏县高级中学