浅谈化学实验教学的绿色化

摘要:化学实验是进行新产品开发和化学教学的重要手段，它对于素质教育、培养学生创新精神和动手能力具有不可替代的作用，是提高教学质量的关键。在实验教学中贯彻绿色化学观点，实验教学与绿色化学联系最为紧密、最为直接，在实验教学中贯彻绿色化学思想最为重要。化学实验可以使学生领悟和感受到科学给人类创造文明的同时，也伴随着对环境的污染和对人类的危害。因此，为了适应绿色化学新要求，化学实验必须进行改革。
论文关键词：绿色化学,环境保护,化学实验教学

　　一、绿色化学12条原则

　　Anastas和Warner提出了绿色化学的12条原则,这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准：

　　(1) 最好是防止废物的产生而不是产生后再来处理；

　　(2) 合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌并入最终产物中；

　　(3) 只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小；

　　(4) 设计的化学产品应在保持原有功效的同时,尽量使其无毒或毒性很小；

　　(5) 应尽量不使用辅助性物质(如溶剂、分离试剂等)，如果一定要用，也应使用无毒物质；

　　(6) 能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；

　　(7) 只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；

　　(8) 应尽量避免不必要的衍生过程(如基团的保护与去保护，物理与化学过程的临时性修改等)；

　　(9) 尽量使用选择性高的催化剂，而不是靠提高反应物的配料比；

　　(10) 设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产物；

　　(11) 分析方法也需要进一步研究开发，使能做到实时、现场监控,以防有害物质的形成；

　　(12) 一个化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减小实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。

　　综观以上12条，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。这也是绿色化学与环境保护二个概念不同的地方。绿色化学是“防”，环境保护是“治”，只有从根本上切断污染源，才能真正做到保护环境。同时，我们也看到，绿色化学是一举多得的事情。

　　二 、开展绿色化学实验教学的尝试

　　(1) 开展微型化学实验　微型化学实验(microscalechemicalexperiment或microscalelaboratory简称M.L.)是20世纪80年代经济发达国家的高校为解决化学专业,耗资巨大的三废处理问题、实验安全问题及一些试剂价格过于昂贵而发展兴起的一种新实验方法,它的试剂用量是常量实验的十分之一至千分之一。微型化学实验是绿色化学实验的重要组成部分，我们应该把握住微型化学实验的精髓，积极开展化学实验的微型化研究。微型化学实验是以尽可能少的试剂，来获取所需化学信息的实验原理与技术，而不一定要在微型仪器中进行。由于试剂用量大大减少，产生的“三废”量也非常少，基本解决了对环境的污染问题，也大大地节约了实验费用。多年来，我们对传统的实验进行了改进，采用了“性质实验点滴化，分析实验减量化，合成实验微型化”，用已有的仪器就能完成大多数实验，从而实现了“以尽可能少的试剂获取所需化学信息”的目标。如性质实验，在不影响实验效果的前提下，尽可能降低试剂的浓度，减少试剂的用量；滴定分析实验，将标液的浓度由0.1mol·L降至0.01mol·L～0.02mol·L,滴定管使用25mL的，锥形瓶改用100mL微型化学实验的主要优越性在于：试剂用量大大减少，减少了相关辅助材料、水电的消耗，降低了实验成本，也提高了实验的安全性；产生的“三废量很少，改善了实验环境条件，极大的减少了对环境的污染。微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点，是化学实验绿色化的重要手段，值得大力提倡和采用。

　　(2) 串联实验以及试剂的回收利用　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。如把萃取和蒸馏实验安排在一起，利用四氯化碳萃取碘的水溶液，得到碘的四氯化碳溶液，然后在碘的四氯化碳溶液中加入氢氧化钠溶液至紫色刚好消失，利用反萃取把四氯化碳分离出来，最后进行蒸馏，使四氯化碳回收再利用串联实验以及试剂的回收利用在一定程度上减轻了常规实验对环境的污染，有利于环境保护。

　　(3)　寻找替代性试剂、溶剂、催化剂 实现同一变换可能存在几种可供选择的试剂、溶剂、催化剂,只要可能，实验过程中应尽量寻找实现同一变换最无害的试剂替代有毒有害的试剂；通过改变反应的溶剂，用不易挥发、无害的溶剂(H2O)代替挥发、有毒的溶剂；用高效、无毒、无害的催化剂代替腐蚀性严重的催化剂。如无机实验中，可用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氢进行阳离子沉淀实验；有机实验中，甲苯可用来代替苯作为更安全的有机溶剂；酯类合成实验中，可用无机盐、离子交换树脂、高效固体酸Fe2O3-SO4代替浓H2SO4作催化剂，不仅具有较高的选择性、转化率，还可避免浓H2SO4腐蚀性，而且反应速度快，催化剂易于分离回收重复使用等特点是一类理想的环保催化剂。

　　(4) 妥善处理实验产生的“三废”　化学实验室的环境保护应规范化、制度化，应对每次产生的“三废”进行处理。把用过的酸类、碱类、盐类等各种废液、废渣，分别倒入各自的回收容器内，按照国家要求的排放标准进行处理，可采取中和、吸收、燃烧、回收循环利用等方法来处理废弃物，对于实验过程中产生大量有毒有害及腐蚀性的气体，在通风橱内完成实验，并将尾气进行集中收集，采用吸收、中和等方法集中处理，对于重金属废液一般采用回收的方法进行处理。在开放实验中，鼓励学生设计一些废液的处理或回收实验，如银废液回收银、含碘废液回收碘、含铬废水的处理等，这有利于提高学生的环保意识。

　　三、实现绿色化学实验教学的其他途径

　　(1)　开放研究性课题,让学生自主探求解决环境问题的新方式。研究性课程的设置,意在培养学生独立思考、自主学习,应加以合理引导,抓住机遇,从课题选择上适当调整,促进学生关注社会、关注环境的意识。

　　(2) 提高教师实施绿色化学教育的能力和专业水平。高素质的教师是培养造就高素质学生的基本保证。绿色化学是化学科学与环境科学、生物科学、医学科学等学科结合的产物,是化学科学的发展与进步,仍然属于化学范畴,因此,化学教育工作者不仅要系统地学习关于绿色化学的理论知识,学习有关绿色化学技术的最新研究成果和发展方向,以及与之相关学科的知识,还必须有扎实宽厚的化学基础知识、理论和技能。

　　(3) 要改进教学方法,提高教学手段的现代化水平。传统的教学方法是伴随着应试教育产生的,不利于培养学生的创新精神和实践能力。要积极实行启发式和讨论式教学,激发学生独立思考和创新意识。电化教学手段(包括投影、录像、光盘等)和信息网络手段(如上网、使用多媒体等)能更直观、形象的体现绿色化学内容,更迅速地获取有关绿色化学知识及技术的最新成果,便于教师教和学生学。还要开发能辅助设计的计算机软件,以帮助设计和实施绿色化学,这对绿色化学的发展进步大有裨益。

　　环境保护是我们的立国之策，强国之本，必须予以高度重视。作为一名化学教师，在教给学生知识和技能的同时，还要教给学生保护环境防止污染的思想和方法,最大限度地消除或减轻实验对环境所造成的危害，使化学实验绿色化。总之，全面实现化学实验绿色化的道路还很漫长，这期间，不但需要对化学实验教学进行绿色化改革,更需要高校化学教育工作者对化学实验绿色化的方法进行深入的研究与探索。

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