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从化学实验开始中的绿色化学论文
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从化学实验开始中的绿色化学论文【1】
【摘 要】 通过对国内外绿色化学分析，总结实验教学开展微量化学实验、绿色化学实验操作要求、绿色化学仪器和药品及信息技术在绿色化学实验研究和应用，培养学生绿色化学意识。
【关键词】 绿色化学;绿色化学实验;绿色化学意识
一、引言
突破传统的化学实验方法，绿色化学已成为世界各国普遍接受并大力提倡、实施的人类、自然环境等可持续发展战略方针的重要组成部分[1]。
二、绿色化学国内外现状分析
1990年，美国国会通过《污染防治条例》;1996年由美国环保署P.T.Anastas等编写的《绿色化学》丛书陆续出版;1998年，美国正式启动"绿色化学"计划;1999年1月，英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》创刊;2001年秋季开始美国波士顿Massachusetts大学开始设立绿色化学博士学位[2]。
1993年，中国政府制定了《中国21世纪议程一一中国21世纪人口、环境与发展白皮书》;1995年，中国科学院化学部组织《绿色化学与技术一一推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动;1997年5月，中国以"可持续发展问题对科学的挑战一一绿色化学"在北京举行;首都师范大学专门编著了《环境与绿色化学》一书于2005年1月由清华大学出版社出版[3];2007年8月由清华大学出版社出版，完成了《环境与绿色化学》配套教材的建设[4]。
三、培养绿色化学意识是实现绿色化学的基础
1、绿色化学含义
绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，是指在化学品的设计、生产和应用中消除或减少有毒有害物质的使用和产生，设计研究没有或只有尽可能少的环境副作用、在技术上和经济上可行的产品和化学过程，是在始端实现污染预防的科学手段[5]。
2、培养学生的绿色化学意识
教师具有丰富的绿色化学知识并采取有效的行动，例如：在实验室张贴绿色化学标语，鲜明提出绿色化学的口号，在教学中强调12项基本原则[6]，潜移默化地去感染学生。
三、实施绿色化学教育
3.1绿色从微量实验开始
关于微型实验、绿色化学与微型实验己有大量文献报道[7]，国内有关微型化学实验的研究成果也陆续出版[8～10]，微型实验具有仪器装置微型化和试剂少量化两个基本特点，操作方便，节约药品， 减少污染，代表了绿色实验发展的方向[11]。
是一种以尽可能少的试剂来获取所需化学信息的实验原理和技术，其试剂用量是对应的常规实验的0.1%～10%[12]。
如利用试管代替烧杯进行水中花园实验，节约了试剂(原方法试剂用量的1/20) 实验效果明显安全材料易得[13]。
因此，既节省了药品，又使得产生的“三废”大大减少，基本解决了实验室的污染问题[14]。
3.2 绿色实验基本操作
有些学生实验设备动手能力较差，不能按实验要求操作，如：SO2、溴苯、硝基苯等有毒，制备和性质实验特别强调规范操作;如：不能向燃着的酒精灯添加酒精;如：乙烯、乙炔、CH4等点燃前要验纯，降低事故发生率，节约药品，减少污染严格遵守实验操作规则。
3.3选择绿色药品及仪器
选用对环境友好的原料、催化剂等实验药品。
例如：在乙酸乙酯制备实验中，常用的硫酸催化酯化法存在用酸量大、副反应多、过程复杂、收率低、废酸污染等不足，可依据实验原理，选用 PW12 / SiO2 绿色催化剂取代浓硫酸，催化合成乙酸乙酯[15]。
白磷毒性大，燃烧产物五氧化二磷对环境污染也较严重，改用 Mg2S i水解产生的 SH i 4在水面上自燃代替白磷，整个实验安全无毒无污染，符合绿色实验要求[16]。
3.4 绿色处理废液和剩余药品
在化学实验教学中，把用过的酸类、碱类、盐类等各种废液应分类倒入各自的回收容器内，可采取中和、分解、吸收、燃烧、回收循环利用等方法处理废弃物。
例如：在实验室制取氯气时，采用向上排气法收集氯气，并把多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收。
保证了化学实验末端绿色化，使学生受到良好的绿色化学教育。
3.5绿色实验设计方案
从实验技术、方法、仪器等方面进行重新设计，实验产物或中间产物循环使用多种操作有机组合，如：乙醇系列实验：工业酒精 95%的乙醇- 乙酸乙酯- 乙酸乙酯皂化反应速率常数测定及乙酸乙酯-乙酰乙酸乙酯-苯甲酰乙酰乙酸乙酯，乙酰水杨酸系列[17]。
如：次氯酸钠、氯酸钾的制取和氯气的氧化性实验连到一起做，不仅节约了时间、药品，而且基本上闻不到氯气、氯化氢的气味，环保效果好[18]。
3.6 信息技术代替传统实验
对于实验中排放较多的有毒气体、有毒废水，特别适合演示实验。
如胶体的电泳：硫化氢的性质制取Co、So2、CL2等毒性实验，氢气还原氧化铜时先加热后通氢气，将水加入浓硫酸以稀释浓硫酸)用启普发生器制取乙炔等[19]。
利用信息技术对实验反应过程进行仿真，既有助于学生理解，又减少了三废污染。
总之，绿色化学是全体化学教育工作者必须研究和解决的课题。
把绿色化学的新理念、新方法和新技术落到实处，实现绿色家园伟大的中国梦想。
参考文献
[1]仲崇立. 绿色化学导论[M] .北京：化学工业出版社， 2000 .
[2]杨雯等.环境对现代生活的影响.广州：广东世界图书出版公司，2010.
[3]文庆城.现代化学教学论.北京：科技出版社，2009
[4]陈琦，刘儒德.当代教育心理学.北京：北京师范大学出版社，2007.
[5]朱文祥.绿色化学和绿色化学教育口].化学教育，2001，(1)：1―4.
[6]Anastas，Paul T，Warner，John C，Green ChemistryTheory and Practice[M].Oxford University Press：NewYork，1998.
[7]Singh M M. S zaf ran Z and Pike R M. Microscale Chemist ry andGreen Ch emistry： Complement ary Pedagogies， J. Chem. Educ.，1999， 76( 12) ： 1684～ 1686
[8]周长水， 刘汉兰， 关光日编. 微型有机化学实验. 北京： 化学工业出版社， 1998
[9] 周宁怀 主编. 微型无机化学实验. 北京： 科学出版社， 2000
[10] 周宁怀， 王德琳主编. 微型有机化学实验. 北京： 科学出版社2000
[11]马志成.天津师范大学学报，在高中化学实验中培养绿色化学观的教育探索，2009
[12]Singh M M Szafran Z and Pike R M MicroscaleChemistry and Green Chemistry.Complementary Pedago～gies[J].J.Chem.Educ，1999，76(12)：1684―1686.
[13]王都留.水中花园实验新改进[J].化学教育， 2009， 30(8) ：62.
[14]居宁怀.微型化学实验[M].浙江：科学技术出版社，1992.
[15]曹小华.柳闽生，徐常龙，等酯化反应实验改进[J].化学教育，2005(9) ：52.
[16]马志成.天津师范大学学报 在高中化学实验中培养绿色化学观的教育探索2009
[17]李再峰.绿色化学实验[M] . 武汉：华中科技大学出版社， 2008.
[18]宋广治.在实验室及实验室建设中实施绿色化学教学[c].全国大学化学实验绿色化教学研讨会论文集，2000.
[19]邹少兰.色化学与绿色化学实验. 萍乡高等专科学报，2004
倡导绿色化学中的微型化学实验【2】
摘要：环境保护是目前全世界人民最关心的问题，也是国际社会面临的严重问题。
在新课标化学教材中实验所占的比重很大，实验过程中往往会产生、排放大量的有毒有害物质，这些物质的排放给环境造成了危害。
我们可以用绿色化学观点改进中学化学实验，
即对中学化学某些实验进行微型实验，使其向无污染方向发展。
关键词：环境保护;微型实验;绿色化学
环境保护是目前全世界人民最关心的问题，也是国际社会面临的严重问题。
在新课标化学教材中实验所占的比重很大，实验过程中往往会产生、排放大量的有毒有害物质，这些物质的排放给环境造成了危害。
我们可以用绿色化学观点改进中学化学实验，即对中学化学某些实验进行微型实验，使其向无污染方向发展。
微型化学实验具有减少污染、现象明显、快速、节约、安全等优点，非常符合“绿色化学”的思想，既真正地保护了环境，又不失时机地把环保教育渗透于化学教学之中。
笔者在教学实践过程中充分体现“绿色化学”的思想，将化学实验“微型”化，初见成效。
一、解决方案的内容与实施
1、在保证获取最有效实验信息的前提下，采用尽可能少剂量实验，对试剂“减量”或“降低浓度”或“微型”实验仪器
如实验室制取氯气及氯气性质实验中，因为氯气是有毒气体，泄漏到空气中会严重污染大气，影响身体健康。
而且验证氯气性质实验较多，按照教材操作比较繁琐，且不可避免造成氯气泄漏。
我们可以改进实验措施，实验用品及试剂有五条滤纸条，纸条上分别滴有(1)品红试液;(2)石蕊试液;(3)淀粉一KI试液;(4)Na2S溶液;(5)KBr溶液;(6)高锰酸钾晶体;(7)吸有浓盐酸的胶头滴管。
实验步骤：实验时只须挤几滴浓盐酸即可发生变化。
(1)褪色;(2)先变红后褪色;(3)变蓝;(4)出现淡黄色固体;(5)变为橙红色。
这样设计实验后，实验装置简单、现象明显、所需药品少、无污染。
2、改“演示实验”为“演示实验和学生实验”的结合体
如电解饱和食盐水实验中，反应在U型管里进行，使得离子在两极之间迁移距离过长，造成整个电路的电阻较大，电源功率损耗大，使阴、阳两极产生的气泡较少，很难收集到足够的氢气;用铁棒作电极，电阻大，表面积太小，不利于氢气的产生，也难收集到足够的氢气进行验证实验;尾气不及时处理，会对环境造成污染，不符合绿色环保的新理念。
我们也可以改进一下：将一块滤纸裁成两半，取一半平放在玻璃板上，用NaC1酚酞试液充分浸润，分别用旧电池芯、铁钉作阳、阴极按轻轻将电极卷在其中，并接通电源。
通电2分钟后，立即打开裹有碳棒的一端滤纸，滴人一滴碘化钾淀粉溶液，滤纸变蓝，证明阳板有氯气生成，再打开另一端，发现滤纸变红，证明NaOH在阴极生成。
这样，实验中药品用量少，电极产物检验简单，现象直观，节省时间;实验操作简单，效果明显，可用作教师演示实验和学生实验，以提高学生学习的参与度。
3、尽可能密闭可控、处理尾气
例如，在铜和浓硝酸的反应中，利用注射器代替试管进行试验：取一支10mL的注射器，抽出活塞，在针筒内装入0.04g铜屑，推上活塞并吸入0.1mL的浓硝酸，观察现象，等反应完毕后将注射器中的液体小心排入废液瓶中，装有无色气体的针筒内再吸入空气，可看到无色气体变成红棕色。
改进后的装置是封闭体系，易于对比观察，效果明显，药品用量比改进前少得多，同时能防止有毒气体二氧化氮的泄漏并污染空气。
结合汽车、飞机等运输工具排放废气污染空气而形成光化学烟雾的实例，对学生进行环境意识的教育，以提高学生的环保意识。
实验完毕，启发学生利用已学知识对废弃物进行处理，以防止重金属铜和有气体二氧化氮的污染，使学生养成从我做起，保护环境。
4、回收和重复使用试剂，提高药品的利用率
回收未反应的原料、副产物(含“三废”)，如用KMnO4制取O2所得到的剩余物质中主要含有MnO2、K2MnO4和未反应掉的KMnO4，这三种物质的混合物均可用来加入浓盐酸制取氯气。
再如像在《乙酸乙酯的制取》实验中，由于最后的混和液中尚有相当的浓硫酸，就要求学生集中倒在指定的废物桶中，处理后再排放。
还可以回收催化剂等非反应试剂，如《化学反应速率化学平衡》的催化剂对化学反应速率的影响实验中，MnO2是H2O2分解生成O2的催化剂。
在实验结束时，要求学生将小试管中的H2O和MnO2一起倒入指定的回收容器(烧杯等)中，以便集中回收MnO2。
重复使用主要是将上一个实验步骤中剩余的药品以及回收来的化学药品用到下一个实验步骤中或用到其他的实验中去。
如前面提到的浓硫酸稀释后，不是直接倒掉，而是用到后面的浓、稀硫酸的性质比较实验中去。
再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于浓盐酸制取氯气的实验中。
这样，大大减少了药品用量，提高了药品使用效率。
5、计算机仿真化学实验
常规的、传统的化学实验不可避免地消耗许多药品和大量的水资源，尤其是对一些试剂昂贵、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，且对环境造成较大破坏的实验，我们可以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、图像、动画的效果让学生在计算机屏幕上做实验，达到身临其境的感觉。
如有毒溶剂的燃烧，有毒物质的性质及相互转化等实验，这样既让学生学会了实验方法，而且使那些毒性大、危险性大、试剂昂贵的实验变成了绿色化的实验，自始至终，不会对人体和环境造成污染。
但需要注意的是微型化学实验不是常规化学实验的简单缩微或机械减量，也不是对常规实验的补充，更不是与常规实验的对立，而是在整个实验过程中贯穿了绿色化学的思想，有效实现“尽可能小剂量实验、省资源、少污染、减成本”，还增强学生的环境保护意识，是对中学化学常规实验进行的改革和发展。
因此，微型实验虽然具有许多优越性，但也并不是所有实验都可用之代替的。
在教学中，应根据实验的内容、目的、现象和定量要求等进行选择，使常规实验和微型实验相结合，两者取长补短，这样可以发挥更好的教学效果。
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