绿色化学理念下氨气、二氧化硫的制取及性质实验的改进

摘要：对中学化学教学中的两个实验进行了改进，一是利用废旧的塑料瓶作反应容器，巧妙地将氨气的制备及性质实验结合在一起；二是用微型仪器对二氧化硫的制取及性质实验进行改进。改进后的实验操作简单、现象明显，既能激发学生的创新思维，又能提高课堂教学效率，同时又能对学生进行绿色化学的教育。

关键词：绿色化学；微型仪器；氨气；二氧化硫

文章编号：1008-0546（2016）04-0094-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.036

绿色化学是近年来发展起来的一门新兴学科，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学等。绿色化学的目标在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，最终实现零排放和零污染，是一门从源头上阻止污染的化学。世界各国都十分重视绿色化学的教育和发展，绿色化学已经成为现代化学教育的主要发展方向[1-2]。中学化学实验是中学生学习化学学科知识的重要途径，是学生可以通过感官直接感知的实践过程，学生在实验过程中，能进一步领悟绿色化学的宗旨，并逐步培养绿色化学的意识。但是中学化学教科书对化学药品用量没有明确规定，有的表述比较模糊。在做分组实验时，有相当一部分学生取用药品喜欢“多多益善”，不仅浪费了药品，而且由化学实验产生的废水、废气、废渣等也会对周围环境造成不同程度的污染。如：在做Cl2制备与性质、卤素的性质、Cu和浓H2SO4反应等学生分组实验时，往往会有有毒气体进入空气中，不仅污染空气，而且直接影响师生健康。因此，在中学实施绿色化学实验教育，无论从中学生的科学素质的培养，还是从生活环境的责任感与绿色化学理念的形成等方面，都是十分必要的。

高中化学实验绿色化、微型化[3-6]就是在高中化学实验教学中以绿色化学实验的核心理念为指导，对常规实验的不合理、安全性能低、污染严重等方面加以改进，达到绿色化学的减量、回收、重复使用、尽可能密闭可控、处理尾气诸方面的要求，实现“尽可能小剂量、省资源、少污染、低成本” 的实验室实验，进而培养学生良好的化学素养，以实现课程教学目标。

化学实验绿色化的研究，涉及到实验指导思想、实验内容选择、实验仪器的研制、化学反应过程、实验装置和步骤的设计等实验方面的研究。如何在实际教学中，结合当前素质教育，把绿色化学绿色新概念、新思想、新要求教育贯穿于中学化学教学的全过程之中，是一个新的研究课题。作为中学化学老师，能够就地取材，因繁就简，开发和创新教材实验[7]，对中学生是最好的鼓励和引领。

一、现有教学实验的不足之处

中学化学教学中，有很多性质实验，用传统的实验方法和仪器设备实验效果并不明显且缺乏绿色化学意识，例如：人教版《必修1》将氨气性质的实验分成氨气与水的喷泉实验、氨气与酸的玻璃棒实验两个部分来进行的。但在实际操作中存在以下不足：

①喷泉实验所用的氨气采用常规的实验室制法，若现场收集，则耗时长，且氨气易泄漏而造成污染；若课前制好备用，则常因保存不善导致实验失败。

②NH3与浓盐酸的玻璃棒实验，若为教师演示，则白烟过淡，且保留时间不长，不便于学生观察；若为学生分组实验，又会因为不是在密闭条件下进行，众多学生同时实验，容易造成室内空气被污染，不利于健康。

③学生对看到的是“烟”还是“雾”存在疑问。

④容易受到风等因素的干扰，影响实验效果。

又如：二氧化硫的制取及性质实验，该实验出现在高中化学人教版《必修1》第四章第三节，是高中化学课程中非常重要的实验，内容多，难记忆。如果学生没有经过实验的亲身体会，对这些实验的印象都不深，学习也比较困难。但是该实验无论是老师演示还是让学生自己动手做，仪器都比较复杂，药品用量多，而且二氧化硫的气味难闻，具有刺激性，对身体和环境都会造成不良影响。

二、基于主流化学理念的实验改进

基于“环保、高效”以及“绿色化学”“安全化学”等理念，本文针对上述实验中存在的不足，进行了如下改进：

1. 基于“环保、高效”理念的氨气性质改进实验

将NH3的性质实验一次性完成、成功率高且不污染环境、实验器材廉价易得，不易破碎、便于学生分组实验等是本次实验改进的目的。

（1）实验用品

①器材：圆底烧瓶（250mL）或塑料洗手液瓶（250mL），分液漏斗（ 50mL），三个透明软塑料瓶（如矿泉水瓶，250mL，需干燥），玻璃导管，烧杯，止水夹，少量棉花等。

②药品：氢氧化钠固体（分析纯），浓氨水，少量浓盐酸，酚酞指示剂。

（2）实验装置图

（3）操作步骤及实验现象

①瓶A内放少量NaOH固体，分液漏斗中装浓氨水；

②瓶B、瓶C均为滴有酚酞的水；

③瓶D放置一团滴有浓盐酸的棉花。

组装连接好装置后，打开止水夹K1、K3，关闭K2，旋开分液漏斗活塞，制取氨气；当看到D中出现大量白烟，C中溶液颜色很红且产生气泡缓慢后，关闭K1、K3，打开K2，挤压瓶B，将水挤入烧瓶内后松手。即可看到烧瓶内形成美丽的喷泉，同时瓶B变扁。

通过这样的改进后，我们能看到，喷泉实验中，水几乎充满整个烧瓶，瓶B被压扁，让学生很容易看到压强在此实验中的作用；瓶D的瓶壁上有大量的白色固体物附着，让学生对白烟有了直观的认识。

（4）本实验的设计亮点

①有理有据：喷泉实验的原理是利用内外压强差所形成的，而矿泉水瓶受压很容易变形，会看到很明显的现象，于是我们用废弃的矿泉水瓶组装了实验装置。

②取材方便：充分利用废弃的矿泉水瓶，材料易得且不易破碎的特点，体现废物利用，灵活处理问题的思想。

③敢于创新：矿泉水瓶盖容易打孔，且可用粘胶粘住缝隙，实验过程中，只要旋紧瓶盖气密性就会很好，避免不易在橡胶塞上打孔，且易漏气等常见问题。

④重视环保：整个实验在密闭条件下进行，避免了NH3、HCl向室内扩散，有较高的安全性，充分体现“绿色化学”。

⑤拆装方便：关键部分的连接使用胶管、止水夹，拆装方便，导管不易折断；且矿泉水瓶的盖子规格几乎都是统一的，便于更换。

⑥操作简单：无论是教师做还是学生来完成，都很容易操作，且成功率高。

⑦直观性强：无论是烧瓶内形成的喷泉，瓶B的变扁，还是瓶D中的大量白烟，抑或是烧杯中的溶液变红，现象均十分明显，使学生通过实验观察对氨气的性质有较强的感性认识；特别是压扁的矿泉水瓶能让学生深切感受到大气压的存在和氨气的极好的水溶性。

⑧安全性高：实验的主要材料为矿泉水瓶，即使实验出现误操作，也不用担心出现炸裂，溅伤人。

⑨高效性：整个实验耗时约2分钟，为喷泉实验的分析和拓展延伸腾出了更多的时间。

我们对氨气性质实验改进后，无论是教师做还是学生来完成，都很容易操作，且成功率高充分调动了学生学习的兴趣与积极性，初步落实了“用实验让化学课堂成为学生快乐的体验场”。

2. 基于“绿色化学、安全化学”理念的SO2制取及性质实验的改进

在对二氧化硫的制取及性质实验，我们采用微型实验仪器来完成这一系列实验。改进后的实验装置如图2。

（1）实验装置改进：用6孔井穴板代替了6个反应器，塑料滴管代替了分液漏斗。

（2）实验操作步骤：

①先检查气密性。在后5个井穴中装入少量水，盖好长进短出的导管塞，在第1个井穴的长导管上插入塑料滴管，挤压滴管，各井穴中均有气泡冒出，说明气密性良好。然后把水倒掉。

②滴管装浓硫酸，6个井穴分别按照表1加入所需药品。6个井穴在整个实验中的作用如表1描述。

③盖好长进短出的塞子，吸1/5滴管的浓硫酸，插入第1个井穴的长导管上，轻轻挤压滴管，反应发生了。我们可以很快看到石蕊变红，品红和高锰酸钾褪色，硫化钠溶液中有黄色的浑浊，一次性验证了二氧化硫的几种性质。

3. 实验的创新点

①使用了微型实验仪器，药品用量很小，从源头上防止了化学实验造成的污染，所以二氧化硫几乎没有造成污染，真正达到绿色、环保、健康。

②微型实验仪器成本低，体积小，操作方便，一次性把SO2的制取、酸性、漂白性、还原性、氧化性全部检验完，实验现象明显，操作简单。

③按每小组几人一套，甚至可以一人一套，可以实现“人人动手，边讲边实验”的理想化教学模式，可以使学生对化学的探究更有兴趣。

我们对二氧化硫的制取和性质实验改进后，从源头上解决了污染的问题，不用到实验室这样有通风设备的地方，就在课堂上就可以实现，操作简单，成功率高，充分调动了学生学习的兴趣与积极性，可以让学生对以前只能在习题或者课本上看到的实验现象有了直观的认识，印象深刻。

三、总结

中学化学实验是中学化学教学将理论与实践相结合的重要手段，实验易操作、实验现象明显、实验设计的合理性及严密性、实验的环保理念等对中学生正确理解和掌握知识、培养学习兴趣和科研素养、掌握实验操作、拓展思维模式等有着极其重要的作用。化学实验的绿色化创新和改进，可以调动学生学习化学的积极性和主动性，培养其对化学的兴趣，并加深对知识的理解和记忆，可以为提高课堂教学高效性提供策略和典型范例，这样的实验改进，能够轻松实现绿色化教学，让学生顺理成章接受绿色化学理念，使学生认识到，化学绝不意味着污染，更高层次的化学、对环境友好的绿色化学等待我们去学习、去探究、去发展。

参考文献

[1] 闵恩泽，傅军. 绿色化学的进展[J].化学通报，1999，（1）：10-15

[2] 朱文祥. 绿色化学与绿色化学教育[J].化学教育，2001，22（1）：1-4

[3] 王磊.中学化学实验及教学研究[M].北京：北京师范大学出版社，2009：280-289

[4] 朱恩.浅谈中学微型化学实验的三个问题[J].化学教学，2002，（4）

[5] 王祖浩，王程杰.中学化学创新实验[M].南宁：广西教育出版社，2007：298-299

[6] 赵东洋.氨气制备和性质的微型组合实验[J].化学教育，2009，30（6）：58-59

[7] 王云生. 创新化学实验六法[J]. 化学教育，2005，26（4）：51-52