浅谈高中化学实验的绿色化改进

周爱云

化学实验是高中化学教学的重要组成部分，是培养学生化学科学探究能力的主要途径。化学教师在进行化学实验教学时，务必要树立实验绿色化的理念。化学实验绿色化理念课堂教学为了提高学生的科学探究能力，高中化学教学加大了化学实验教学的比重。但是，因为化学实验的反应物和生成物大多属于有毒、有害的污染物。几乎是只要有化学实验，就会产生污染或存在一定的危险性。这种现状不仅严重破坏生态环境，而且对学生的生命安全也造成一定的威胁，还严重影响学生学习化学的兴趣和热情。因此，必须改进现有教材中的一些化学实验，使之成为绿色化的化学实验。所谓“化学实验绿色化”，就是指在满足教学要求的前提下，设计的化学实验彻底消除或尽量减少使用和产生有害物质，从源头上消除化学实验对环境和人类健康的负面影响。

综合分析高中化学实验产生污染的主要原因，一是实验设计不合理，实验器材和药品的使用都没有优选优化；二是实验操作不规范，对化学实验反应生成的污染物随意处理。在教学过程中，教师如果始终坚守环保意识，积极主动地对一些实验加以改进，可以有效地减少实验的污染和危害。

一、优化实验设计

新课标教材尽管体现出了化学实验绿色化的思想，但仍然有很多实验因为设计不够严谨而产生“三废”污染物，一些实验反应物和反应助剂的选择及其用量比没有做到最优化。比如，《有机化学基础》[实验2-1]（人教版选修五）乙烯的实验室制取实验，教材设计为：用体积比为3∶1的浓硫酸和无水乙醇作为原料制作乙烯。这一设计会使反应物在反应过程中变成黑色，产生碳渣，极难清洁，还需耗费大量的乙醇，严重降低了乙醇的产率。再如一些实验的药品用量和试剂浓度，教材中并没有给出明确的规定，学生在实验操作中很容易造成对药品的浪费和污染的严重。

教师在实验教学过程中，就要针对教材对于实验的设计进行绿色化改进。对上述“乙烯的实验室制取”的实验，可以让学生以浓磷酸浓硫酸的混合物和代替浓硫酸，笔者在教学中，综合考虑实验现象、反应时间、碳化程度以及乙烯产率等因素的情况下，通过实验探究，获得了更为理想的原料用量比为：浓硫酸、浓磷酸、乙醇的体积比取2.3∶0.7∶1，学生采用探究所得的反应物以及原料配比进行实验，效果更好。而对那些没有明确药品用量的实验，笔者也是根据往届实验记录，给予学生一个明确的药品合适用量，既节约了药品，还能减少污染物的产生。同时，也能培养学生科学的试验方法和严谨的实验态度。

二、改进实验装置

化学实验装置的绿色化改进方法，主要包含有组合实验和实验密闭化两种。组合实验是指在实验教学过程中，尽量寻找各实验间的联系，通过调整实验次序、把分散实验综合、充分利用反应产物等途径，使一个实验的产物或废物成为下一个实验的原料，努力延长产物的使用周期，减少废弃物的排放，提高试剂利用率。组合实验的优点在于，可以节省实验时间和药品，提高实验资源利用率，与绿色化学理念相一致。教学中，可以将物质的制备实验和性质实验组合起来，比如一氧化氮、二氧化氮以及氯气的制取和性质实验组合在一起，用制取实验获得气体用于性质检验的实验原料。还可以将几个实验有机地串联起来组合成一个连贯的实验装置。如人教版《化学》（必修1）氯气的性质实验，教材分散为四个小实验，需要多次反复地通氯气。采用如下图的组合实验装置，就可以只需通一次氯气就能完成所有实验。既能节约实验时间，又能减少氯气散溢到空气中的含量，实现绿色实验的目标。

化学实验密闭化是利用密闭的化学实验装置，使实验产生的污染物在密闭装置内消除，不能进入环境。将注射器在化学实验密中的反应容器，就是基于实验密闭化的典型运用。比如铜与稀硝酸反应生成一氧化氮的实验，就可以利用注射器在封闭的环境中完成。步骤如下：第一步将细铜丝放入注射器中，再将注射器活塞推到底部；第二步将注射器底部插入稀硝酸中，抽动活塞吸入20mL稀硝酸，再将其悬挂在铁架台上，底部插入到盛有4mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中。反应开始之后，稀硝酸溶液由无色变成蓝色，同时在注射器中产生无色气体，无色气体达到一定的量之后，在注射器中形成压力，使溶液从注射器中溢出，滴落与烧杯中的氢氧化钠发生反应，出现蓝色沉淀。第三步等铜与稀硝酸的反应停止之后，将注射器中的所有溶液排入烧杯中（注射器底部小口没入氢氧化钠溶液中，避免气体逸出），然后拉动活塞，吸入空气，注射器中的无色气体与空气发生反应，变为红棕色。实验结束时，将注射器下吸入烧杯中碱液进行尾气处理。

三、规范实验操作

绿色化学实验拒绝浪费实验药品和造成环境污染，拒绝教学事故。但是，在日常的演示实验和学生分组实验中，经常会因为实验操作不规范而导致实验的重复进行，这不但影响实验的质量和时间，也造成了实验药品的浪费，更是带来了安全隐患和加重了对环境的污染。对学生良好化学实验态度和习惯的培养也会产生负面影响。因此，教师在化学实验的准备、实施、和结束阶段，尤其是实验实施阶段，必须强调并指导学生规范操作。

在实验准备阶段，教师要指导并强调对相关化学知识的复习，以明确试验的目的、要求，对实验作出合理的设计，提高实验的质量，避免因失误而重复实验。在实施阶段，不论是演示实验还是学生实验，教师都要强化规范操作的意识。对学生实验，教师要随堂观察学生对实验仪器的洗涤、安装是否规范，对化学药品或助剂的取用和称量、反应过程中的溶液配制、加热、过滤以及蒸发、结晶等实验操作是否正确，及时指出和纠正学生操作上的错误。使学生掌握基本的化学实验操作要领，如用酒精灯加热不能用内焰，以免引起玻璃仪器受热不均导致破裂，过滤则要“一贴、二低、三靠”。懂得“从左到右”“自下而上”“固体先放、液体后加”先“塞”后“定”“先验气密性、后点酒精灯”等实验原则。比如对气密性的检验操作，不论何种气体，都要认真操作，不可跳过，尤其是有毒气体的实验，更是要严格按照操作规程，规范操作，在通风柜内进行实验；对于实验药品和助剂的使用，必须要有量化意识，严禁随意添加。在实验结束时，所有仪器都要清洗干净，实验产生的废液、废渣要统一归置到指定地方，由实验教师进行无害化处理之后再排放，避免造成对环境的污染。

化学实验的绿色化改进，需要教材编写者和一线教学工作者共同努力。高中化学实验的绿色化改进，还有很多具体的细节需要在教学实践中进一步探讨和研究。作为一线化学教师，在进行化学实验教学时，务必要树立实验绿色化的理念，才能在实验的各个环节尽可能地实现绿色化。endprint