绿色化学与中学化学实验教学.pdf

绿 色 化 学 与 中 学 化 学 实 验 教 学 Ma y 2 0 0 5 N o 2 V o 1 1 3 8 绿色化学与中学化学实验教学 林 青双 浙江师范大学 浙江 金华 3 2 1 0 0 4 摘 要 介绍 了绿 色化学的缘起和含 义 绿 色化学的原则 通过用微型 实验 计算机 多媒体模拟 串 实验等途径在化学教学中来体现绿色化 学思想 关键词 绿 色化学 化 学实验教 学 环境污染 中图分类号 G 6 3 3 8 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 5 1 7 9 2 0 0 5 0 2 0 0 8 9 0 3 一 绿色化 学概 述 1 绿色化学的缘起及含义 化学与人类的发展有着密切的关系 人类生 活的各个方面无不与化学有关 高科技的发展更 是离不开化学的有力支持 可以说化学改变了人 类的生活方式 提高了人类的健康水平与生活水 平 但化学的这些巨大贡献却 同时伴随着一定的 代价 那就是化学品的制造 使用与处理对人类健 康及生活环境造成 了负面影响 化学物质对环境的影响近年才得到广泛的重 视 在二次世界大战以前及其随后的一段时期里 很少有人谈到化学物质的制造 使用及处理方式 对环境 的影响 直到 2 0世纪 5 0年代末 6 0年代 初 人们才开始关心化学物质如何对人类健康与 环境造成危害这一问题 认识到化学物质的使用 可能导致意想不到的副作用 人 们对化学物质 危害性 的认识是 逐渐深入 的 所采取的预防与治理方式及措施也是逐渐发 展的 大致经历 了 利用稀释来解决污染问题 通 过命令与管理规则来进行废物处理与抑制 防止 污染 绿色化学四个阶段 绿色化学 G r e e n C h e mi s t r y 也称为环境友好 化 学 E n v i r o m e n t a l l y B e n i g n C h e mis t ry 清 洁化 学 C l e a n C h e mi s t ry 它是利用化学来防止污染的 一 门科学 绿色化学是以绿色意识为指导 研究和 设计没有 或尽 可能少的 环境 负作用 在技术上 和经济上可行的化学品和化学过程 它最大 的特 点是从源头上防止污染的产生 而不是产生污染 后再去治理 即它不是对终端或过程污染进行控 制和处理 而是在起始端就采用实现污染预防和 科学手段以实现过程与终端的零排放或零污染 绿色化学 的口号 最早产生于美 国 1 9 9 0年 美国通过了一个 防止污染行动 的法令 1 9 9 1 年 绿色化学 由美国化学 会 A C S 提 出并成 为 美国 E P A的中心 口号 在这之前 虽已通过并实 施了上百个环境保护法律 但这些法令只是试图 对付和处理已经产生的污染物 只是治标 而不是 治本 1 9 9 0年的 防止污染行动 是第一次着眼于 防止污染物的形成 聚焦于最终使污染物处理成 为不必要 该行动鼓励化学工作者去研究新的技 术和方法以避免产生和使用有害物质 去摸索新 的合成路线 新 的绿色反应条件 例如 用水代替 有机溶剂或从根本上革除掉溶剂 对于现有的化 学试剂 开发出新的绿色合成路线 设计新的杀虫 剂 使它只对 目标昆虫有杀毒作用 并能经生物降 解为无害物质 这就是说 绿色化学的着眼点是使 污染消灭在生产的源头 使整个合成过程和生产 工艺对环境友好 这是治本 治根 是从根本上消 除污染的对策 这时的合成反应就是 绿色反应 这 时的化学工业就是 绿色化学工业 整个化学 就可称之为 绿色化学 2 绿色化学的原则 A n a s t a s 和 A a me r 提出了绿色化学 的 l 2条原 则 这些原则可作为实验化学家开发和评估一条 收稿 日期 2 0 0 5 0 1 0 6 作者简 介 林青双 1 9 7 2 一 女 温州永嘉人 中教一级 教育硕士 主要从事 中学化学教学 与研究 维普资讯 2 0 0 5年 5月 第1 3卷 第2期 9 乌 鲁 木 齐 成 人 教 育 学 院 学 报 Jo urnal of U rum qi A dult E ducatio n Institute 合成路线 一个生产过程 一个化合物是不是绿色 的指导方针和标准 同时 也对化学教师在进 行 化学实验教学时起着重要的指导作用 这 l 2条原 则是 污染防止优于污染形成后处理 设计的合成 方法应使生产过程 中所采用的原料最大量地进入 产品之中 设计合成方法时 只要可能 不论原料 中间产物和最终产品 均应对人体健康和环境无 毒 无害 包括极 少毒性和无毒 化学产 品设 计 时 必须使其具有高效的功能 同时也要减少其毒 性 应尽 可能避免使用溶剂 分离试剂等助剂 需 要使用时应采用无毒无害物质 合成方法必须考 虑过程 中能耗对成本与环境的影响 应设法降低 能耗 最好采用在 常温常压下的合成方法 在技术 可行和经济合理的前提下 最大限度地使用可更 新原料 在可能的条件下 尽量不用不必要的衍生 步骤 合成方法中采用高选择性 的催化剂比使用 化学计量助剂更优越 化学品要设计成使用后容 易降解为无害物质的类型 进一步发展分析方法 对危害性物质在 生成前实行在线监测 和控制 化 工生产过程中各种物质的选择 和使用 应使化学 事故的隐患最小 纵观以上各项 可以看 出 绿色化学提 出的 目 标和任务不是被动地治理环境污染 而是主动地 防止化学污染 二 化学实验教学中绿色化学思想的体现 化学实验教学与绿色化学联系最为紧密 最 为直接 因而在化学实验教学 中贯彻绿色化学思 想就更为重要 为了适应绿色化学新要求 笔者在 进行中学化学实验教学时常通过以下途径来体现 绿色化学思想 l 通过微型实验体现绿色化 微型实验同常规化学实验相 比 具有污染小 现象明显 节约 省时 安全 激发学生的化学实验 兴趣等优点 所 以在化学实验教学中设计 一些微 型实验体现绿色化学思想是十分必要的 如氢气 与氧气混合气体爆鸣的实验 由于此实验会产生 巨大的爆鸣声而使学生对此实验产生不安全的恐 惧 并且常会因两气体混合 比例不当而使现象不 明显 而且制取氢气和氧气需花较多的时间 基于 以上原因我将此实验设计成了如下的微型实验 取一支废输液管 从壶腹 中间膨大处 一 端剪去小塑管并在酒精灯火焰上烧熔密封 另一 端 留有 1 5 c m长的小塑管 如此做成一支塑料滴 管 用手挤压塑料滴管的胶囊吸入 1 0 的氢氧化 钠溶液并将其正放在小烧杯内 溶液量以即将充 满胶囊为宜 取两根大头针 末端栓上导线 如图所示插 人胶囊内做电极 通过导线将 装置与 6 V 一9 V直 流 电源连接 电源可用干电池 壶腹 小塑管 胶囊 I L 医用输液臂 塑料 冀 管 氮氧爆鸣装置圈 合上 电键接通电源 可观察到塑料滴管 内 的水发生电解 产生的气体通过小塑料管排出 垒 用手捏住小塑管 口片刻 约 5 一 l 0秒 再将 小塑管 口接近烛焰 松开手 会发出清脆的爆鸣 声 小塑管 内会产生火花 现象很明显 该实验的优点 实验装置取材方便 制作简 单 不需另有制氢气和氧气装置而且产生的氢气 氧气的量恰为最佳的理论量 成功率达百分之百 操作安全 无危险 适于教师在课堂上反复多次的 演示实验 更适于学生实验 药 品用 量少 1 0 氢 氧化钠溶液 只需 4 mL 一 5 m L毫升 同时 学生 易对 这一实验产生浓厚的兴趣 2 通过计算机多媒体模拟体现绿色化 常规的 传统的化学实验不可避免的消耗许 多药品和大量的水资源 尤其是对于一些试剂药 品昂贵 实验中容易引起爆炸或必须采用有毒 有 害的试剂 如苯 苯 酚 重金属 等 的实验 并 在整 个实验中排放较多的有毒气体 有毒废水 给师生 身体健康带来极大的危害 且对环境造成较大的 破坏的实验 这些是与绿色化学的 目标和原则相 违背的 采用计算机多媒体系统进行仿真实验显 得尤为重要 利用计算机多媒体技术对实验原理 装置 流程 实验过程进行仿 真 用文字 声音 图 象 动画的效果让学生在计算机屏幕上所做实验 达到身临其境 的感受 这样既有助于学生理解 掌 握理论知识 又减少 了 三废 污染 3 通过 串联实验体现绿色化 串联实验是指通过调整实验次序 使一个实 验的产物成为下一个实验的原料 在一定程度上 维普资讯 绿 色 化 学 与 中 学 化 学 实 验 教 学 减轻常规实验对环境的污染 有利于环境保护 在 中学化学实验中 对部分实验从实验技术 方法 仪器等进行重新设计 把分散的实验综合起来 这 样 可防止有毒气体进入空气 而且 还可以节约 药品和缩短实验时间 如在做氯气的制备和性质 实验时 可以使用 U型管 串联的方法 使制备 的 氯气分别通过浓硫酸干燥 干的有色布条 湿的有色布条 A g N 0 溶液 K I 溶液 K B r 溶液 0 N a 0 H溶液等 不仅节约 了时 间 药品 而且在不开任何通风设备的情况下 基 本上闻不到氯气的气味 环保效果好 绿 色化学 是一 门从 源头 阻止 污染 的化学 我们应 该应用 化学的处理方法 充分利用现有 资源及反应产物 这不仅从源头上防止 了污染 而且增加 了经济效益 在 中学化学实验 中 萃取 实验用的有机溶剂有 C C I 汽油等 如果废弃 了 不仅污染 了环境 而且会产 生新 的隐患 如 果进行 回收 集 中 化学 处理 它们又 可重新使 Ma y 2 D 0 5 No 2 Vo 1 1 3 用 对 于 萃取 碘 的 C C I 汽 油 可 以用 稍 浓 的 N a O H溶液洗液 分 液 又 可重新 得 到 C C I 汽 油 进行萃取 总之 在化学实验教学中根据每一实验的特 点适时地通过各种可行 的途径渗透绿色化学教育 思想 使学生树立绿色化学理念 掌握实现绿色化 学的基本技术 是 2 l 世纪化学教学工作者的一项 重要任务 参考文献 1 郑长龙 化学 实验教学新视野 M 北 京 高等教育出版 社 2 0 0 3 2 1 仲崇立 绿色化学导论 Ml t 京 化 学工业出版社 2 0 0 0 3 马同森 从源头阻止 污染 的 斫兴学科 绿色化学 J 河 南大学学报 2 0 0 2 4 4 汪朝阳 有机化学 课 中 绿色化学 的教学 J 首都 师范 大学学报 2 0 0 0 3 5 李军 王小风 绿色化学实验教学的研究 J 实验技术与 管理 2 0 0 2 1 Gr e e n Ch e mi s t r y a n d Ex p e r i me n t s i n M i d d l e S c h o o l Ch e mi s t r y Te a c h i n g L I N Qi n g s h u a n g Z h e j i o g N o r m a l U n i v e r s i t y fi n h u a 3 2 1 0 0 4 C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e o rig i n a n d me a n i n g s a n d p r o p o s e s p r i n c i p l e s o f g r e e n c h e m i s t r y T h e a u t h o r i l l u s t r a t e s t h e c o n c e p t o n gre e n c h e mi s t r y i n c h e m i s t ry t