刍议基础化学实验的绿色化

[摘 要]化学作为一门以实验为基础的学科，在为人类带来丰富物质的同时，也带来了严重的环境危机。基础化学实验作为高校化学专业的第一门实验基础课，由于其实验过程中所使用的化学试剂种类多，有些试剂毒性大，对实验室周边环境造成严重污染而越来越受到人们的广泛关注。基础化学实验中，实验操作要规范化，推进实验设计绿色化；发展循环实验，实施实验产物的回收利用，加强实验“三废”的处理，引进现代实验新技术等，最终实现基础化学实验绿色化。

[关键词]基础化学实验 绿色化学 环境保护 循环发展 回收利用

[中图分类号] G642.432 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）09-0050-02

化学作为一门基础性科学，与人类的生活息息相关。人们的生活离不开化学，而化学的基础是实验，因此，实验在化学教学中占有相当重要的地位。基础化学实验是大学化学实验课的基础，实验内容丰富，项目多，开设实验的学生也多，从而导致实验中使用的化学试剂种类多、耗费量大，部分试剂毒性大，使每个化学实验室几乎都成为一个小型污染源。这种“聚沙成塔”式的污染不容忽视。因此，减少基础化学实验中有毒试剂的用量及实验中“三废”的处理已成为一个亟需解决的问题。加快推进基础化学实验教学绿色化改革是解决此问题的根本途径[1]。

一、基础化学实验绿色化措施

（一）实验操作规范化

基本操作的正确和规范，是进行基础化学实验的前提和基础，也是从源头减少污染物产生的根本保证。实验中，应避免操作错误而造成的重复实验，正确把握试剂的用量、取用方法，避免违规操作而造成的试剂损失；纠正学生对于试剂取用“多多益善”的错误认识，减少试剂的浪费和对环境的污染。因此，规范化的实验操作，良好实验习惯的养成是非常重要的。总之，实验中应使学生做到基本操作正确规范，避免操作错误，减少不必要的浪费，从操作上实现基础化学实验的绿色化。

（二）推进实验设计绿色化

Anastas和Warner曾提出绿色化学12条原则[2]，可作为设计绿色化学实验的指导和方针。其中优化实验的内容、方式，以及实验装置的改进为基础化学实验的绿色化设计指明了方向。如SO2和H2S气体反应的实验，改进实验后取饱和Na2SO3溶液与饱和Na2S溶液各3mL于同一试管中，滴加入0.1mol / L的盐酸，有黄色烟雾产生，并在试管壁上有黄色粉末附着，观察到的现象比直接混合气体的现象还明显，同时还减少了SO2和H2S气体的污染[3]。现有的许多基础化学实验装置在实验过程中不但不易控制试剂用量而且不利于观察实验现象。因此，改进实验装置，消除环境污染，真正做到实验绿色化是当今基础化学实验亟待解决的问题。

（三）发展循环实验

所谓循环实验，就是通过重新调整实验顺序，串联合并原来在教材中彼此独立的几个实验，构成一个连续有机的整体，即下一个实验反应所需的反应物使用的是上一个实验的生成产物，它可以是一个大实验中若干个相关实验的组合，也可以是几个不同主题实验的串联。这样，实现了实验有毒物质或废弃物的有效循环利用，既节省了药品，又减少了污染。例如，教材中的铜与浓硝酸的反应，产生有毒气体NO和NO2，对环境污染严重，产生的Cu（NO3）2如不合理利用也会造成浪费。为此，可将其设计成循环反应，将生成的Cu（NO3）2通过强碱溶液溶解、过滤、加热后重新得到铜，将生成的气体通入强碱溶液处理后经酸化得到硝酸溶液。这样，不但解决了污染问题和试剂浪费的问题，而且还对单质及相应化合物的性质进行了巩固和验证[4]。

（四）实施实验产物回收利用

当前的基础化学实验中，往往存在学生观察到有关的数据和现象后，就直接弃置或排放实验产物，造成环境污染的问题。因此，应严格要求学生统一回收反应后的生成物，然后根据回收物的化学特性，统一处理，或再次使用。例如，在做物质的制备实验时，可以将学生制得的产品收集起来经处理后，再度利用于其他实验中。如硫酸亚铁铵的制备，实验产物是硫酸亚铁铵。如果将其废弃，不仅会污染环境，而且还会浪费试剂。实际教学中，应先开设硫酸亚铁铵的制备实验，并将其实验产物回收保存，然后用于其他实验。如在物质氧化还原性质验证的相关实验中，可做Fe2+的来源。银镜反应后用硝酸洗涤试管得到的硝酸银可再用于卤素离子的鉴定及卤化银溶解性的探究实验；用于碘萃取的四氯化碳得到的大量碘—四氯化碳溶液，可以加入硫代硫酸钠使大量的四氯化碳被回收。通过以上方法，尽量做到化学试剂利用的最大化，减少环境污染和试剂浪费。

（五）加强“三废”的处理

多年来， 基础化学实验室的“三废”处理没有一个系统的指导方法。一般的基础化学实验教材只有关于“实验室安全知识”“实验规则”等方面的要求， 仅少量教材中有关于“实验室三废处理”和“实验室废液处理的一般指导原则”。而其他基础化学实验参考文献，对产生的含有毒性的废液，都只是指导性地采取集中收集、碱液处理、定点深埋的原则。而在实际操作中， 由于各种因素的制约，以及基础化学实验室产生的废液的量也不大， 每一次产生的时间短， 因此对废液都是采取用大量自来水冲稀或直接排放的处理方法。而对产生的少量实验室废渣， 都作为普通垃圾来处理[5]。再加上少数师生的环保意识和责任意识不强，对化学废液的识别、分类以及处理方法等相关知识缺乏全面而系统的了解，对实验室废液采取放任自流态度。有部分学生甚至将实验室的废液直接倒入下水道，而这些实验废液大多沿下水道进入城市污水管网或直接排入到江河湖海或渗入地下；另外，对于 固体废弃物则不加以处理随便弃置在垃圾堆里，直接污染着环境，严重损害人体健康。长此以往，污染物的累积必将对环境造成严重污染。因此，实验室废物的处理应优先考虑废物的资源化。

（六）发展多媒体模拟实验

绿色化学作为一门从源头上阻止污染的化学，其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。对于一些高风险、高成本、高毒性、会造成环境严重污染和难控制的实验，可以在计算机上运用仿真模拟技术模拟整个反应过程，实现实验“零排放”“零污染”。 如对基础化学实验中一些元素化合物的性质实验实施模拟，由于这类实验存在实验时间较长，试剂使用种类较多且较大毒性的污染物多，污染物组成比较复杂、对环境污染比较严重，试剂回收后处理困难等问题，不仅对人体健康危害严重，而且对生态环境具有极大的破坏力。如p区、ds区、过渡系元素及化合物的性质检验就用到近100种试剂和药品[6]，其中含有重金属离子镉离子、银离子，铅汞盐、砷化合物等剧毒试剂。对于这一系列实验，可有选择性地保留一部分有典型代表性且对环境污染程度较小的进行实际操作。其他毒性较大、污染较严重的，可将实验过程设计成模拟实验，在计算机上实施操作、完成实验。模拟实验大大增强了实验的可见度，使学生很好地掌握了性质实验的基本操作方法，熟悉了元素及化合物的化学性质。同时，模拟实验良好的界面及趣味性的动画、声音，极大地提高了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性和主动性。

（七）引进现代实验技术

微波作为一种新型的能量形式，属于电磁波的一种，频率范围0.3～30GHz，波长为1m～1mm，具有较强的穿透性和优异的选择性，其在促进化学反应速率方面较常规方法反应速率提高2～3个数量级[7]，且具有操作方便、节能、反应条件温和、对环境友好等优点。超声波，由于其空化作用，具有提高物质在载体上的分散性，改善物质的表面形态，提高许多反应的速率等优点。将微波、超声波技术引入基础化学实验中，不仅能节约能源，减少污染，而且还有助于先进科学技术的普及，激发学生的求知欲。同时，这些技术的引入对增强化学实验内容的绿色化有十分重要的作用，也是实现基础化学实验绿色化的一个重要方法。

二、结语

综上所述，利用基础化学实验的专业基础课地位实施基础化学实验的绿色化是非常必要的。绿色化设计不仅有利于解决目前基础化学实验对环境的污染问题，同时还有利于调动学生学习的积极性，提高学生实验技能和培养学生严谨治学的态度。更为重要的是，通过基础化学实验的绿色化的大力实施，可进一步培养学生的绿色化学和环境保护的意识，为全民环保意识的形成奠定基础。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 刘艳，江虹.浅议化学实验教学与绿色化学意识的培养[J].科技资讯，2008，（3）：146.

[2] 朱清时.绿色化学与可持续发展[J].中国科学院院刊，1997，（6）：415-416.

[3] 李军，王小风，杨淑琼.绿色化学实验教学的研究[J].实验技术与管理，2002，（1）：40-42.

[4] 刘艳，卢亮.化学实验的绿色化设计初探[J].中国西部科技，2008，（4）：65-66.

[5] 朱万强，陈文兴，勾华等.无机化学实验室“污水、污物”处理方法探讨[J].遵义师范学院学报，2005，7（5）：73-76.

[6] 北京师范大学无机教研室.无机化学实验（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2001.112-115.

[7] 汪朝阳主编.绿色化学通用教程[M].北京：中国纺织出版社，2007.150-153.

[责任编辑：黄春香]