綠色化學教育與化學實驗

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　　綠色化學教育與化學實驗【1】

　　摘要：綠色化學是當今國際化學科學研究的前沿，是使人類和環境協調發展更高層次的化學，是學生進行環境教育的重要內容。

　　在化學實驗教學中可從實驗教材、實驗手段、實驗方法方面進行綠色化學教育。

　　關鍵詞：綠色化學　化學實驗教學

　　自1991年美國環保局提出綠色化學這一新術語以來，綠色化學已逐漸成為世界各國普遍接受和大力實施可持續發展方針的重要組成部分，引起了化學界和工業界的新變革。

　　隨著社會發展的不斷進步，人們對環境問題日益關注，使得傳統化學舉步維艱，難以進一步發展。

　　同時人類更加清楚地認識到不能再急功近利，片面追求物質享受，一定要在發展的同時顧及生態環境的協調性，否則人類將無法生存下去。

　　因此，綠色化學應運而生，成為整個化學界一顆耀眼的明珠，它是進入成熟期的使人類和環境協調發展更高層次的化學，是粗放型化學向集約型化學的轉軌。

　　近年來，綠色化學受到了世界各國高度的重視，綠色化學與技術已成為各國政府關注的重要問題和任務之一。

　　定期在美國、歐洲和亞洲舉行的有關綠色化學主題的會議不斷增多，反映了科學界以及公眾對綠色化學日益增進的關注，綠色化學組織和綠色化學網絡在美國、意大利及英國等國的創立也表明綠色化學已是世界科技發展的熱點。

　　為了使化學呈現一片新的生機，為了人類的生存和未來，大力推廣綠色化學，很多國家設立了綠色化學獎：1999年世界上第一本“綠色化學”(Green Chemistry)雜志問世;2002年美國出版了第一本“綠色化學”教科書。

　　目前我國也已加入這綠色化學的研究行列，綠色化學及綠色化學教育在我國也得到相當程度的重視。

　　我國在1995年中科院化學部確定了“綠色化學與技術”的院士咨詢課。

　　1996年召開了“工業生產中綠色化學與技術”的研討會;1997年由國家科委主辦的第72屆香山科學會議就是以“可持續發展問題對科學的挑戰――綠色化學”為主題，這個會議宣告了我國的綠色化學研究和開發工作已正式開始起步了，這對我們化學教育工作者的教育指導思想也提出了新的課題。

　　1、綠色化學的內涵及綠色化學的必要性。

　　綠色化學亦稱環境無公害化學或環境友好化學，是用化學的技術和方法消除那些對人類健康或環境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑的使用和副(廢)產物等的產生，力求使化學反應“具有原子經濟性”，實現廢物的零排放。

　　其目標是把傳統化學和化工生產的技術路線從“先污染、后治理”變為“從源頭上根除污染”。

　　是當今國際化學科學研究的前沿之一，是具有社會需求和科學目標的新型交叉學科。

　　它不但具有重大的社會、環境、經濟效益、也表明化學的副作用是可以避免的。

　　1998年中科院院士，在中國科學技術大學校長朱時清的積極倡導下開設了一門獨立的綠色化學新課程。

　　1999年9月26～28日在清華大學召開了有國內外多所大學參加的“大學綠色教育國際學術研討會”，共同對“綠色大學化學課程體系”、“大學綠色教育問題”等進行了交流與研討。

　　化學實驗課是在高等院校進行綠色化學教育最合適的課程之一，這是化學實驗課本身的特點決定的。

　　因為化學是以實驗為基礎的，因此在化學實驗教學中進行綠色化學教育是非常合適和必要的。

　　2、化學實驗教學與綠色化學教育。

　　2.1　結合綠色化學教育加強化學實驗教材建設。

　　在高校化學實驗教學中滲透綠色化學教育，首先應加強教材建設。

　　由于綠色化學這一領域剛剛形成不久，“具有原子經濟性”這一重要的基本概念在1991年才由美國著名有機化學家Trost在《Science》上提出，1996年以前出版的教材都未能反映綠色化學的內容，所以化學實驗用教材也需要做一定調整。

　　目前我國有機化學實驗有些內容已改為少量或半微量實驗，文獻闡述了無機化學實驗中的綠色化學教育問題，但仍需要進一步調整。

　　應先從綠色化學的基本原則出發選擇更新一些具有時代性與綠色化學有關的內容，如汽油無鉛化、洗滌劑無磷化、原子經濟性減少廢物的排放等。

　　分析化學實驗應增加分析化學內容：擴展一些新開發的環境友好工藝中采用的新試劑和新技術。

　　如：有機化學教材中介紹Friedel-Crafts烷基化反應。

　　一般是使用反應是用液體酸催化劑，如：H2SO4，HF;或用Lewis酸，如：AlCl3、ZnCl2等催化。

　　由于使用H2SO4，HF類酸催化劑后，酸廢液的后處理工藝復雜，產生的廢液會污染環境，催化劑再生困難;AlCl3、ZnCl2類酸催化劑選擇性不高，分離產物時催化劑被水解放熱，并產生大量的HCl氣體。

　　近年來國內外報道的負載型固體酸催化劑和其它固體催化劑。

　　如用蒙脫土為載體的固體酸催化劑(K10)，金屬鹵化物，硅膠型催化劑，在Friedel-Crafts烷基化反應中表現出了優良的環境友好催化性能。

　　這樣于點點滴滴中滲透綠色化學教育的內容，在介紹基本原理的同時讓學生了解到新的應用和發展。

　　也可在教材中以專題形式增加綠色化學的內容。

　　設置開放實驗。

　　從傳統化學取其精華，棄其糟粕，完善教材內容，實現從傳統化學到綠色化學的轉變。

　　2.2　結合實驗教學實際加強綠色化學教育。

　　文獻闡述了如何處理對實驗室環境構成嚴重危害的在實驗中使用的各種各樣的試劑，闡述了農藥對環境所造成的危害及與綠色農產品相適應的未來的化學農藥也應該是直接應用于綠色農產品的綠色農藥。

　　可開展與實驗教學有關的一些課外活動及社會實踐活動，進行廢物利用研究，如：從電鍍液中回收鉻化合物。

　　回收干電池、鎘鎳電池等實踐活動是很有意義的。

　　不僅使學生所學知識得到了鞏固和提高，更重要的是進行了綠色化學教育。

　　2.3　實驗教學與計算機輔助的綠色化學設計。

　　化學實驗的實施，既要考慮實驗成功、尤其合成實驗還要考慮具有高的原子利用率，能用簡單、安全、對環境友好的操作快速、定量地把價廉易得的起始原料轉化為天然或設計的目標分子，還要考慮最少的廢物和副產品，而且要求對環境無害，可見其難度之大。

　　因而有必要使用現代化教學手段以適應高層次的綠色化學教育。

　　采用多媒體、Internet等信息教育手段進行實驗教學。

　　用多媒體演示對環境有毒有害的生產和已對環境造成的危害，同時介紹減少有毒有害工藝。

　　在綠色合成設計實驗中計算機輔助設計(CAD)，可以在單位時間內向學生傳遞更多的信息，同時利用三維動畫效果形象地展現實驗操作，取得更好的教學效果。

　　綜上所述，將上述綠色化學教育貫穿于化學實驗教學是可行的。

　　綠色化學的研究因體現了人類可持續發展的要求，從而方興未哀，為化學及相關學科領域開展環境教育提供了契機。

　　如果在化學實驗教學中積極運用綠色化學的研究成果，將綠色化學教育的思想貫穿其中，其產生的影響也將會是積極而深遠的。

　　綠色化學是當今國際化學科學研究的前沿，是使人類和環境協調發展更高層次的化學，是學生進行環境教育的重要內容。

　　在化學實驗教學中可從實驗教材、實驗手段、實驗方法方面進行綠色化學教育。

　　綠色化學與中學化學實驗教學【2】

　　綠色化學是近10年來發展起來的一門新興學科，又稱環境無害化學、環境友好化學、清潔化學、原子經濟學等。

　　綠色化學的目的在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物，不再處理廢物，最終實現零排放和零污染。

　　綠色化學是一門從源頭上阻止污染的化學。

　　用化學的技術、原理和方法去消除對人體健康、安全和生態環境有毒有害的化學品，它更加關注人類的生存質量，強調人和自然的和諧發展。

　　目前，世界各國都在進行綠色化學的研究。

　　美國在1995年就設立了“總統綠色化學挑戰獎”，用于獎勵在綠色化學研究領域里做出突出貢獻的人，此舉使得“綠色化學”這個名稱廣為傳播。

　　我國也很重視對綠色化學領域的研究。

　　早在1993年的世界環境與發展大會之后，我國政府就編制了《中國21世紀議程》的白皮書，鄭重聲明了走經濟與社會協調發展道路的決心。

　　綠色化學具有五個方面的現代內涵：①減量――Raduction“減量”是從省資源、少污染角度提出的，即減少“三廢”的排放;②重復使用――Reuse重復使用不僅降低成本的需要，也是減廢的需要;③回收――Recycling回收可以有效實現“省資源、少污染、減成本”的要求;④再生――Regeneration再生是變廢為寶、節省資源能源、減少污染的有效途徑;⑤拒用――Rejection拒絕使用是杜絕污染的最根本的本分，它是指對一些無法替代，由無法回收、再生和重復使用的藥品原料，拒絕在化學反應過程中使用。

　　本文從化學學科的特點，結合綠色化學的涵義，談談中學化學教材實驗編排的綠色滲透以及探索在實驗教學課堂中滲透綠色化學思想的方法、途徑。

　　一、綠色化學在化學教材實驗編排中

　　的滲透

　　在新教材中，穿插并滲透了許多綠色化學的思想，如酸雨、溫室效應、光化學污染等。

　　還特別有一個“實驗化學”的模塊，該模塊有助于學生更深刻地認識實驗在化學學科中的地位，掌握基本的化學實驗方法和技能，培養學生的創新精神和實踐能力，并形成綠色化學的觀念。

　　1.教材嚴格規定了化學實驗藥品的用量、試劑的濃度，并且在不影響實驗現象的觀察和結果準確性的前提下，降低了藥品的用量和試劑的濃度、在化學反應速率這一節中的實驗中，稀硫酸和硫代硫酸鈉的反應中，稀硫酸濃度為1?�20。

　　這就體現了綠色化學“減量、省資源、少污染”的理念。

　　2.刪除了污染大的實驗，如要用到CCl4萃取、硝酸的性質的實驗，還有氯氣的制取，硫化氫、氯化氫的有關實驗等就是“拒用，從源頭消除污染”的綠色化學觀點的體現。

　　教材新增加大量的科學、安全的實驗，化學實驗貫穿教材始終，反映了化學離不開實驗，但有實驗的化學也可以是干凈的化學、清潔的化學。

　　3.改進了化學實驗的方式，在實驗器材中，引進了點滴板實驗，這是微型實驗在教材中的具體體現;增加了家庭小實驗，課外活動探究實驗，在教材中有設計實驗條件市售食鹽中是否含有碘元素;還有調查當地水污染及治理的情況;課外探究用生活中的材料制作簡易電池等。

　　將化學知識的學習從課堂延伸到了課外，為化學學習提供了更為廣闊的空間，體現了化學就在我們身邊的“化學生活化”意識。

　　4.對有些實驗做了改進，并注意尾氣的處理，盡量做到“零污染，零排放”。

　　實驗氧氣的制取就采用了H2O2分解得到;實驗Cu和HNO3的反應把原來的銅片改成了銅絲，且銅絲可以伸縮，把銅絲伸進HNO3就有氣體，反之就結束，這樣就減少了有害氣體的放出，最后利用小氣球套在試管口接收尾氣，起到環保的作用，同時還增加了實驗的趣味性。

　　實驗中有毒廢氣的處理在教材中也有多處體現。

　　二、綠色化學在化學實驗教學中的

　　滲透

　　記得有則環保的電視公益廣告詞這樣說：千百年之后，地球上的最后一滴水將是我們的眼淚。

　　作為一名化學教育工作者，親身感到自己肩上的責任。

　　因為我們的生活離不開化學，化學在造福人類的同時，也給人類帶來了難以估計的災難。

　　為了將來還有藍的天、碧的海，為了讓人們想到化學的時候不會再與災難、恐怖聯系到一起，就讓我們關注環保吧。

　　實驗教學是學校對學生進行環保教育的重要陣地，化學教師應該以高瞻遠矚的眼光，把培養下一代自覺的環保意識，視為自己義不容辭的責任和義務。

　　讓環保教育從我做起，從教室做起，從實驗室做起，從教學中的點點滴滴做起，讓化學實驗的教學成為環保的教學、綠色的教學。

　　1.規范化學實驗操作是實現化學實驗綠色化的重要保證。

　　離開了規范的實驗操作，化學實驗教學的綠色化將是不可能的。

　　首先，教師要站在化學綠色化的高度來自覺規范自己的實驗行為，在實驗過程中的每個環節都不忘環保。

　　教師在演示實驗中的一招一式、一言一行都要做到熟練、科學、規范，為學生起到言傳身教、潛移默化的示范作用。

　　實驗中的藥品用量應嚴格按照教材規定取用，如果沒有說明具體的用量，要正確把握“少量”、“一定量”、“適量”、“過量”的習慣度量。

　　具體到實驗操作中，如酚酞試液、石蕊試液與酸、堿溶液的反應，一般取1至2滴，即可觀察到明顯的現象;又如用于鑒別氯離子、硫酸銀離子的試劑AgNO3，BaCl2溶液通常只需滴加3至5滴即可。

　　適度的藥品用量，既不會造成浪費，還能盡量減少實驗環境的污染。

　　其次，學生實驗重在培養良好的實驗習慣，如節約藥品、愛惜儀器、節水節電，自覺保持實驗室的環境衛生，實驗廢棄物按老師的要求處理回收，不隨便丟棄廢紙、火柴梗等，從平凡的小事培養學生的綠色化學意識。

　　2.對實驗的改進是實驗化學教學綠色化的有效途徑。

　　盡管教材中所選實驗都是多年化學教學實踐的結晶，經得起推敲和論證。

　　但是，社會在進步，時代在發展，在當今人類高度關注自身生存環境質量形勢下，改進化學實驗，讓其更加綠色、環保，是每一個教師應該盡力去做的。

　　首先，努力推進實驗的微型化。

　　微型實驗具有低成本、高效率、多功能、少污染、安全性好，實驗剩余物易于處理等優點，特別是在培養學生綠色環保意識以及創新精神和實踐能力方面具有獨特的作用，它變過去老師以較多時間“講科學”為現在學生以較多的時間“做科學”的實驗教學模式。

　　由于微型實驗的眾多優點，對它的研究和推廣，已經成為當前化學實驗教學改革的一個熱點。

　　在教學中有些分組實驗可以變試管實驗為點滴板實驗，還可以發動學生利用生活中的廢舊物品，如青霉素小瓶、注射器等制作微型實驗的酒精燈等。

　　其次，還可以改進實驗裝置，將污染降到最小。

　　對某些實驗的裝置進行改進，保證其操作合乎綠色化學的理念。

　　在實驗中還可以適度減少藥品的用量，如粗鹽的提純，可以把量減到最小，還有制備硫酸亞鐵時廢鐵屑只要5克就可以了。

　　現在，多媒體的應用為實驗教學的綠色化提供了有利平臺，對于有些污染大的實驗，可以利用多媒體進行仿真教學，如酸雨的形成、晶體的形成都可以用多媒體演示，同樣達到實驗綠色化的目的。

　　3.實驗廢棄物的回收處理是貫徹實驗綠色化的有效措施。

　　實驗廢棄物的合理回收處理，是綠色化學理念在實驗教學中的最好體現，是將綠色環保工作做精做細的重要舉措。

　　通過實驗廢棄物的回收處理既凈化了化學實驗的環境，又保障了師生的健康、安全。

　　更重要的是為學生進行環保教育起到了“現身說法”的作用。

　　首先，是實驗的“三廢”處理方法。

　　金屬廢棄物如實驗用剩的Zn，Fe等，放到指定的容器，回收再用;實驗的酸堿廢液，需中和后到入指定的地點或下水道;含有Zn，Ba等重金屬的廢液，需加入堿、碳酸鹽或硫化鈉等物質處理后再到一定地方掩埋。

　　實驗的有害有毒氣體處理，可以采用袋封法，即用小氣球收集過量的有毒尾氣回收利用;可燃性有毒尾氣如CO，CH4等常用火封法，轉化吸收法，如氯氣就可通入NaOH溶液中加以吸收。

　　其次，在實驗中學生做實驗后的有些溶液可以收集好等到下次試驗時再用。

　　例如，在實驗飽和溶液的形成，就有大量的高濃度的KNO3溶液，我們就將其收集后，再蒸發得到晶體后保存。

　　這樣也節約了藥品。

　　破損的實驗儀器盡可能修復或集中處理，廢紙、火柴梗等廢物，放入垃圾桶;實驗用過的催化劑，集中收集在一起，然后分離回收利用。

　　盡管我們在化學實驗教學中進行了圍繞綠色環保所采取的各種方法、舉措，但離綠色化學所倡導的“零污染”、“零排放”的標準還有一定的差距。

　　只要我們在平凡的工作中時刻不忘環保，堅持不懈，不以惡小(污染)而為之，不以善小(環保)而不為，那么，綠色環保的意識定會在學生心中生根發芽、開花結果，學生會把在化學實驗中學到的綠色化學的理念帶到生活中，這也是我們現在社會所倡導的理念：節約型社會，節能減排。

　　讓我們養成良好的習慣，自覺拒絕使用塑料袋，不隨便扔果皮紙屑，愛護一花一草，關愛生命、關愛地球等就會成為學生的自覺的意識。

　　記得有位教育家說過：教育是什么?教育就是當你把所學的知識忘記之后，所剩下的人格。

　　人格能通過自己的實驗教學為學生留下一些終身受益的東西，這將是每一位好心的教育工作者的最大收獲。

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