浅谈绿色化学思想在高中化学实验中的实践.pdf

浅谈绿色化学思想在高中化学实验中的实践 刘润枢 郑州市第四中学 河南郑州4 5 0 0 0 0 摘要 初中阶段的化学学习是比较基础和浅显的 学习范 围基本局限在课本内容 很少涉及到课本以外 而到了高中阶 段 化学学习则有了很大的改变 学习内容的难度大大加强 对 学生学习能力的要求更高 为了使高中生能够更好地学习化 学 许多教育界人士对绿色化学这一思想观念进行了探讨和研 究 绿色化学的理念也因此受到了众多关注 2 0 0 0 年以来 科 学技术和社会生产发展迅速 人的观念也因此有了很大的改变 以及进步 人们希望能够建立一个可持续发展的社会 对人才 提出了更高的要求 这对高中阶段的化学教育也产生了影响 因为培养符合社会发展需要的人才是高中化学教育的重要目 标 而绿色化学的理念正符合这一目标 将绿色化学的理念应 用到高中化学教育中 对人才的培养以及生态环境的保护有着 积极作用 关键词 绿色化学 高中化学实验 实践 目前 全球生态环境正处于不断恶化的阶段 为了阻止生 态环境的恶化 人们开始关注绿色化学这一理念 希望借助绿 色化学理念改善生态环境 高中生作为社会未来的主力军 在 教学中培养他们的绿色化学观念无疑是一个很好的切入点 通 过培养高中生的绿色化学理念来培养公民的绿色化学意识是 一个良好的手段 将绿色化学的理念应用到化学实验教育中对 于培养学生的绿色化学意识有着促进作用 基于上述情况 我 们决定对绿色化学理念在高中化学实验课程中的应用进行探 讨和研究 希望能够提供新的思路和方法 1 绿色化学的概念和内涵 美国化学会是最早提出绿色化学这一概念的组织 美国环 保局在美国化学会提出这一理念后也使用了这一理念 呼吁人 们关注绿色化学 我们可以将绿色化学称为清洁化学 绿色化 学理念认为 我们应该利用化学原理和化学技术来减少或杜绝 使用那些不利于生态环境以及人体健康的溶剂 药品等 从源 头上减少或杜绝污染与破坏 目前 化学化工行业走的是先污 染 后治理的发展路线 这对生态环境是非常不利的 而绿色化 学理念则与这一路线有着很大的区别 绿色化学认为我们应减 少并逐渐杜绝使用有害物质 从源头上杜绝污染与破坏 这也 是绿色化学的最终目的 我们可以从科学 经济 环保三个角 度来看待绿色化学 站在科学的角度上来看 绿色化学继承了 传统化学理念的精华部分 并在此基础上进行了创新 站在经 济的角度上来看 绿色化学理念能够提高资源利用率 能够有 效减少生产成本 有助于提高经济效益 站在环保的角度上来 看 绿色化学能够从根源上减少污染与破坏 能够为保护生态 环境作出重要贡献 以此可见 坚持绿色化学的理念对于社会 发展以及生态环境的保护有着重要作用 我们应加快树立和应 用绿色化学一理念 2 发展绿色化学实验的必要性 2 1 可持续发展要求化学实验的绿色化 随着社会的逐渐发展 各种社会发展问题也不断涌现出 来 例如生态破坏 资源紧缺 人口爆炸等 针对这些现象 一些 专家在2 0 世纪8 0 年代初提出了名为可持续发展的理论 可持 续发展理论追求的是协调发展 希望能够实现社会经济发展与 生态环境保护之间的和谐 这种理论认为 应该在保护生态环 境的基础上发展社会经济 在保护生态环境的基础满足人们的 需求 社会的发展不能以生态环境作为代价 人们要放得长远 一些 不能只关注当下 要考虑到子孙后代的生存与发展 发 展是可持续发展这一理论的首要问题 目前 化学化工物质以 及化学化工行业在人类社会的发展中发挥着不可替代的重要 作用 但同时化学化工物质以及化学化工行业也给生态环境造 成了巨大的破坏 这对于人类社会的长远发展是非常不利的 以下是笔者对于笔者所在城市的河流污染情况的调查 具体情 况详见图2 2 紊 专 二 图2 2 本地区河流污染情况统计图 从图中我们可以明显发现 大多数河流已经被污染了 而 主要的污染源则是化学污染以及生活污染 由此可见 现有的 发展模式对于生态环境的保护是非常不利的 改变发展模式已 经迫在眉睫 找到一个既能促进社会发展又能保护生态环境的 发展方式是实现社会发展与进步的必然要求 绿色化学理念 的出现为这一要求的实现带来了希望与可能 绿色化学不仅 能够从源头上减少和杜绝污染与破坏 还能提高资源利用率 帮助开发新资源 对生态环境的保护以及社会的发展有着积极 作用 它是一种符合可持续发展理论的化学 值得我们关注和 使用 4 8 托工哲理2 0 1 6 年9 N 2 2 为化学正名需要化学实验的绿色化 近几年来 各种与环境有关的问题都随着社会的发展而不 断涌现 人们开始追究造成环境问题的真凶 有许多人认为是 环境问题是化学物质以及化学化工行业造成的 认为化学是造 成环境问题的真凶 使得许多人都或多或少的对化学持有偏 见 认为化学就等同于有毒 污染 在西方国家 甚至还出现了 一个名为化学恐惧症的新兴词汇 化学对人类社会发展所作出 的贡献被人们所抹杀 但事实上 造成环境问题的真凶并不是 化学 而是人类自己 人类没有正确使用自己所了解和掌握的 化学知识 利用化学知识大肆开发资源 破坏环境 这才是环境 问题产生的真正原因 化学为人类社会的进步与发展作出了 重要贡献 人类社会的进步与发展与化学密切相关 这是我们 无法否认与抹杀的 我们应该正确地看待化学 要知道 化学 并不等同于污染 我们甚至还可以利用化学来减少和避免污 染 因此我们应该消除对化学的偏见 绿色化学的目标是从源 头上减少和杜绝污染与破坏 是消除人们对化学的偏见的好方 法 这种对化学的偏见在高中生中也普遍存在着 有很多高中 生认为化学就是危险的代名词 因此在化学实验的时候 有很 对学生不敢自己动手操作 还有一些学生因为自己操作不当而 在化学实验中受伤 进而对化学产生恐惧心理 这些现象对于 高中阶段的化学实验教学是非常不利的 绿色化学能够有效 解决这些问题 教师在进行化学实验教学的时候应该坚持贯 彻绿色化学的理念 尽可能地减少和避免有毒有害物质的使用 与产生 指导学生正确进行化学实验 并做好防护措施 尽可能 的减少和避免危险的发生 保护自己和学生的人身安全 同时 要在教学的时候向学生灌输绿色化学理念 为化学正名 消除 学生对化学的恐惧与偏见 提高学生的化学学习热情 2 3 保护环境需要化学实验的绿色化 在2 0 1 3 年年初开始 我国有许多地区的雾霾现象都十分严 重 环境问题在我国愈演愈烈 目前 人类正面临着一系列的 环境问题 而这些环境问题中有很大一部分都与化工行业有着 直接联系 除此之外 学校化学实验造成的污染也不容忽视 我国人口众多 普通高中众多 高中生的数量不可小觑 因此每 年由于高中化学实验而产生的有毒有害物质不容忽视 翻阅 统计资料可以发现 每年我国高中生化学实验人均产生的有害 液在l O O m l 以上 这个数字总和起来是十分庞大的 并且有很 多高中没有正确处理好这些实验废弃物 大多数高中学校都将 简单处理过的实验室废弃物倒入了下水道中 这不仅会破坏下 水管道 还会污染水质 破坏土壤 会对生态环境产生巨大的负 面影响 因此 减少和消除实验废弃物对生态环境的保护是十 分关键和重要的 我们必须加强对实验污染的控制和处理 按 照传统的方法处理实验废弃物需要投入很大的金钱和人力 这 也是许多高中将实验废弃物简单处理后倒入下水道的重要原 因 因此改变传统的处理方式 采用更为经济 简便的方式是我 们应该解决的首要问题 对高中化学实验进行绿色化可以很 好地解决这一问题 对高中化学实验进行绿色化能够有效减少 和杜绝污染 有利于生态环境的保护 2 4 推行素质教育需要化学实验的绿色化 素质教育是一种充分尊重每个学生个性的教育 这种教育 能够充分挖掘学生的潜力 提高学生的综合素质 有利于学生 的全面发展 能够为学生未来在社会上的发展打下良好的基 础 是一种符合社会和个人发展需要的教育 素质教育的理念 我国被正式提出的时间是1 9 9 4 年的8 月份 而它在我国开始全 面发展的时间则是1 9 9 9 年 是在当年的教育相关工作会议上决 定的 在此之后 我国的素质教育进入了新的发展阶段 我国 的中小学教育非常注重素质教育 在化学这一课程中 培养和 提高学生科学素养是重要的教学目标 而要实现素质教育就 必须要实现创新教育 而通过实验培养和提高学生在创新方面 的能力无疑是一种好方式 实验对于学生的观察 分析以及动 手这三方面的能力有着很高的要求 这意味着实验对学生的素 质有着很高的要求 学生能够通过实验提高自己的素质 传统 的实验课程是以教师操作学生观察的方式进行的 但课程改革 后 实验课程给了学生动手操作的机会 学生在操作实验的过 程中提高了动手能力和创新能力 有一些实验要求学生合作进 行 还提高了学生的团队协作能力 由此可见 实验对学生综合 能力的提高有很大的帮助 同时 学生能够在自己动手实验的 过程中体验和了解绿色化学的理念 有助于学生科学素质的 提高 3 绿色化学思想在高中化学实验中的应用方向 3 1 采用绿色化的实验设计 做好末端处理工作 化学反应过程中的原子利用率是由化学反应计量式所决 定的 而原子利用率的高低又直接影响了在化学反应所产生的 废弃物的多少 原子利用率高的化学反应产生的废弃物较少 而原子利用率低的化学反应所产生的废弃物则较多 废弃物的 多少又直接影响了生态环境 因此提高化学反应的原子利用率 是十分必要的 绿色化学理念可以很好的实现这一点 提高原 子利用率从而减少污染与破坏是绿色化学的目标 教师应该将 绿色化学的理念应用到化学课堂中 教师在指导学生进行化 学实验的时候 要引导学生以原子经济性为原则设计实验的方 案 并对不同学生的设计方案进行分析与验证 从而选出最佳 方案 除此之外 还有很多普及和应用绿色化学理念的方式 教师在进行化学教学的时候应该合理选择和使用这些方式 并 且要及时进行总结和调整 选出最适合自己的方式 为绿色化 学在化学教育中普及作出重要贡献 在中学阶段的化学实验 中 总会存在一些会产生污染物的化学实验 目前我国人口大 量增加 同时社会经济也有了很大发展 使得高中学生数量大 大增加 高中实验条件也有了很大提高 这导致了高中化学实 验药品使用量以及化学实验污染的增加 化学实验对于生态环 境的破坏力大大加强 中学化学实验所产生的污染已经不可忽 视 我们要加强控制化学实验污染 各个学校应该严格遵守政 府的规章制度 妥善处理化学实验所产生的污染 尽可能的较 少和消除化学实验污染对生态环境的破坏 2 0 1 6 匀E 9 E J 化工彳鳄f4 9 3 2 采用无毒的实验试剂或减少有毒制剂的运用 在中学的化学实验中有一个混合吸热反应 这个反应的发 生要用到两种物质 分别是氯化铵晶体以及氢氧化钡晶体 这 两种物质发生反应后会产生一种名为氨气的气体 氨气是一种 带有强烈刺激气味的气体 它会对人的身体健康造成危害 并 且实验所用的氯化铵以及氢氧化钡这两种物质比较难找 给实 验带来了不便 为了便于实验的进行以及避免和减少实验对 人体健康的损害 我们有必要对实验进行绿色化改进 我们可 以用生石灰水与水的反应来代替这个实验 这两种物质的反应 也是一种吸热反应 同样可以达到教学目的 并且这两种物质 比较常见且两者的反应不会损害人体健康 这是对化学实验进 行绿色化改进的一种方式 此外 我们还可以通过使用催化剂 来对化学实验进行绿色化改进 硫酸是化学实验所产生的废 液中非常常见的一种 由于它具有很强的腐蚀性 一旦进入下 水道将会腐蚀水管 影响地下水水质 对生态环境造成负面影 响 因此控制化学实验中硫酸的使用量对减少和杜绝对生态的 破坏是十分必要的 有很多化学实验都将硫酸作为催化剂使 用 我们可以使用其他的污染较小的化学物质来替代硫酸的催 化功能 从而减少或消除对生态环境的破坏 这也是对化学实 验的绿色化改进 在化学实验中 我们有时候会使用到一些有 毒有害物质 这对人体健康是十分不利的 例如在萃取实验中 我们经常会使用一种名为四氯化碳的溶剂 和其他物质相比 四氯化碳有着很低的沸点与很强的挥发性 对萃取实验的进行 有着很大的帮助 但是四氯化碳有着很强的刺激性气味 还有 着很强的毒性 会危害人的健康 甚至会危害人的生命安全 同时 它还会对臭氧层造成损害 不利于生态环境的保护 因此 我们要对萃取实验进行绿色化改进 选择和使用那些不会对人 体以及生态环境造成破坏的溶剂来代替四氯化碳 例如煤油 它同样能够帮助萃取实验顺利进行 它能够有效代替四氯化碳 溶剂的作用 且不会对人体健康以及生态环境造成破坏 值得 普及和推广 除上述方法外 还有很多对化学实验进行绿色化 改进的方法 教师应积极探索和实践 3 3 实验方法进一步优化 在化学实验中有一个检验海带是否所含碘元素的实验 我 们将以这个实验为例来说明如何对化学实验的实验方法进行 优化 教材中的实验步骤十分复杂 需要对原材料海带进行灼 烧 浸泡 氧化等诸多操作后才能得到碘元素 从而证明海带中 的确含有碘元素 这样不仅会耗费很多的时间和精力 还需要 耗费许多酒精 并且会产生许多浓烟 为了使实验更为环保 简 便以及经济 我们需要对实验方法进行优化 淀粉溶液遇到碘 会变成蓝色 我们可以运用这个原理来证明海带中含有碘元 素 我们可以取少量海带放入蒸馏水中 将其加热等溶液冷却 后加入淀粉溶液 若淀粉变为蓝色 就证明海带含有碘元素 如 果未变成蓝色 则说明海带不含碘元素 如果觉得这个方法不 够谨慎的话 可以事先对海带进行清洗 除去海带表面的盐膜 避免海带表面盐膜对实验的影响 然后再进行上述操作 这种 方法既简便有环保 并且能够达到实验目的 是一种良好的改 进方式 值得推广 3 4 推广微型化学和小家庭实验 微型化学实验是一种以减少化学实验所造成的资源消耗 以及生态破坏为目的的实验 是一种新兴实验 是对传统化学 实验的改良 是绿色化学理念的重要体现 微型化学实验的出 现时间要早于绿色化学理念 尽管如此 微型化学实验的目标 与绿色化学理念的目标是一致的 是绿色化学理念的重要体 现 因此 我们应该将微型化学实验推广和应用到化学实验教 学中 这能够减少化学实验教学对资源的消耗和对生态的破 坏 并且不会对教学效果产生负面影响 是一种值得推广的实 验类型 我们将那些利用日常用品进行化学实验的实验称为家庭 小实验 家庭小实验所使用的化学材料以及化学设备都是日 常生活中十分常见的 操作过程也十分简便 并且整个实验过 程基本不会对生态环境造成污染与破坏 十分符合绿色化学的 理念 同时 家庭小实验的简单操作过程以及常见的实验用品 给了学生动手操作的机会 学生能够借助家庭小实验近距离接 触化学了解化学 提高了学生学习化学的兴趣和热情 目前 人教版化学教材已经添加了家庭小实验这一模块 要求学生利 用E l 常用品进行化学实验 教师应该给予这一模块足够的关 注 积极鼓励和引导学生进行家庭小实验 鼓励学生自己动手 探索化学 3 5 发挥计算机网络教学的辅助作用 计算机辅助教学是指利用多媒体技术来进行教学 包括多 媒体计算机以及多媒体软件的应用 因此我们也可以将计算机 辅助教学称为多媒体辅助教学 多媒体技术具有很强的表现 力 能够给人真实感 将多媒体技术应用到教学活动中有很多 好处 化学实验教学也不例外 多媒体技术能够将化学实验 的内容直观生动地展现在学生面前 降低了学生的理解难度 提高了学生的学习兴趣和热情 对化学实验教学的J ii肿l 进行有 很大的促进作用 目前 多媒体辅助教学已经被中学化学实验 教学广泛使用 很多教师在进行化学实验教学的时候都会借助 多媒体技术来向学生展示实验 教师所展示的主要是那些危险 系数高或者操作条件很难实现的化学实验 通过这种方式将实 验展示给学生 让学生有一个直观生动的感受 既保证了安全 与环保 又达到了教学目的 而对于那些操作难度较大的化学 实验 教师可在学生开始实验教学之前利用多媒体技术向学生 说明实验的难点以及解决办法 让学生对实验有一个清晰的认 识 这对于学生化学实验成功率的提高有着很大的帮助 还能 减少时间以及化学药品的浪费 但教师在使用多媒体技术进行化学实验教学的时候要记 住不能过度依赖和使用多媒体技术 不能忘记化学实验教学的 目的是让学生通过自己动手进行实验 从而让学生接触和了解 化学 多媒体只能起辅助的作用 在让学生借助多媒体观看实 下转第5 3 页 5 0l 化善蓄卵2 0 1 6 年9 E J 图6 碳纤维布 B iz O 电极的长期循环性能 3 结语 通过溶剂热的方法在碳纤维布上生长了超薄片状结构的 B iz O 该方法可实现B i O 在碳纤维布表面的均匀分布 该超薄 片层结构有利于锂离子在电极内部的传输和电极结构的稳定 性 从而提高了B i O 活性材料的利用效率和循环稳定性 表现 出1 3 5 0m A h g 的高比容量 在经过4 0 次循环后 容量仍保持有 6 7 9m A h g 此外该具有自支撑结构的电极不需要传统电极制 备过程中所需用到的导电添加剂 粘结剂和金属集流体 电极 制备工艺简单 并对提高电池整体的能量密度有利 致谢 感谢江苏省高等学校大学生创新训l 练计划重点项目 2 0 1 6 1 0 2 8 5 0 1 8 Z 和国家自然科学青年基金项目 2 1 3 0 1 1 2 4 对 该工作的支持 参考文献 ll L iY u p in g T r u j il l oM A F uE n g a n g e ta 1 B is m u t ho x id e A n e wl it h iu m io n b a t t e r ya n o d e J 1JM a t e rC h e mA 2 0 1 3 I 1 2 1 2 3 一 1 2 1 2 7 2 W a n gH a i Y a n gH o n g x in g L uL in T o p o ch e m ica ls y n t h e s is o fB i2 0 3m icr o r ib b o n sd e r iv e df r o mab is m u t ho x a l a t ep r e cu r s o ra s h is h p e r f o r m a n ce l it h iu m io n b a t t e r ie s J R S CA d v 2 0 1 4 4 1 7 4 8 3 1 7 4 8 9 3 Z h e n gF u L in L i G a o R e n O uY a n N a n e ta 1 S y n t h e s is o fh ie r a r ch ica lr ip p l e dB i2 0 3n a n o b e h sf o rs u p e r ca p a cit o ra p p l ica t io n s J C h e mC o m m u n 2 0 1 0 4 6 5 0 2 1 5 0 2 3 4 X uH e n g h u i H uX ia n l u o Y a n gH u il in g e ta 1 F l e x ib l e a s y m m e t r icm icr o s u p e r ca p a cit o r s b a s e do nB i2 0 3a n dM n 0 2n a n o f l o w e r s l a r g e ra r e a lm a s sp r o m is e sh ig h e re n e r g yd e n s it y J A d vE n e r g yM a t e r 2 0 1 5 5 1 4 0 1 8 8 2 上接第5 0 页 验操作的同时也要让学生自己动手进行化学实验 同时 教师 在使用多媒体技术进行化学实验教学的时候 要将教学内容放 在首要位置 不能让多媒体技术分散学生对于课堂本身的注 意力 3 6 加强课后学生绿色化学观念的培养 学生能否对课堂知识有一个很好的掌握和巩固和习题有 着很大关系 因此我们不能忽视习题对化学教学的影响 我们 可以借助习题来巩固和强化学生的绿色化学知识 使学生树立 绿色化学的理念 我国对化学教学进行了改革 随着改革的进 行 教材中涉及到绿色化学理念的知识点逐