浅谈绿色化学理念下的化学实验教学策略

摘 要 对绿色化学及其特点进行概述，阐述化学实验绿色化的重要性，在绿色化学的理念下就化学实验的教学策略提出几点建议：规范实验操作；合理处理“三废”；微型化学实验；降低药品浓度、合理更换实验药品，减少污染；建立虚拟化实验室。

关键词 绿色化学；实验；仿真实验

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）05-0048-02

1 绿色化学的含义及特点

绿色化学又称环境友好化学[1]，是一个多学科交叉的广泛的研究领域，它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，这些学科的知识关系绿色化学的应用与发展[2]。其核心内容主要体现在5个“R”：Reduction、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection（即减量、重复使用、回收、再生、拒用）。即绿色化学的核心是从源头减少使用有害物质，减少副产物的产生，实现整个过程达到零污染和零排放的理想状态。世界上许多国家都把绿色化学作为新世纪的主要研究方向之一。

“绿色”意味着无污染。利用一系列方法和化学原理从源头减少和避免工业生产中有毒有害物质的使用和产生，从而消除环境污染，这与治理污染的方法有本质的不同。绿色化学的特点有：1）选用无毒、无害的原料，合理使用资源和能源；2）在反应过程中尽量减少向环境排放有毒、有害的物质；3）具有“原子经济性”，反应物的原子尽可能实现100%转化，以避免产生副产物，最终实现零排放；

4）生产出对环境、社会、人类友好健康的产品；5）循环利用，降低浓度或减量使用物质。

2 化学实验绿色化的重要性

绿色化学进入化学教育领域是一个值得思考和探索的问题。为了避免化学尤其是化学实验室成为新的环境污染源[3]，在化学实验教学中实行绿色化学教育，秉承绿色化学的理念，有助于培养学生的绿色环保意识以及保护环境的责任感，具有重要的现实意义。

让学生从身边做起，在细节之处注意对环境的保护。指导学生进行绿色实验，使绿色化学扎根于学生的头脑中；引导学生用绿色化学的方法分析问题，使这种理念贯穿在他们将来的工作中，以求从源头上阻止污染，维护生态环境和人类的和谐发展。

3 化学实验绿色化的教学策略

在绿色化学和可持续性发展理念的指导下，从实验入手对学生进行绿色化学教育最为直接有效。本文从规范操作、安全使用药品、处理好“三废”、微型化实验等几方面进行阐述。

规范实验操作 化学实验需要接触和使用化学试剂，有些试剂有毒、有腐蚀性，且在实验中还会产生有毒物质，因此必须要求学生严格规范实验操作，设计合理的实验路线，遵守实验步骤，正确合理地取用药品，正确安装实验装置，科学处理实验中产生的污染物，避免浪费原料和能源、污染环境，同时防止在实验中发生危险，给师生带来伤害。实验室要安装通风橱，以防有害气体污染环境、危害健康。严格规范学生的实验操作，既是保证自己和周围人安全的需要，又具有环保意义。

合理处理“三废” 化学实验特别强调培养学生的动手能力，很少涉及“三废”对环境的污染及处理，这使学生产生错误认识，认为化学本身或工业生产一定会破坏环境，人类无法避免化学产生的污染和带来的环境污染等问题[4]。

1）废气的处理。对实验产生的有害尾气通常采用吸收法，有效消除废气污染。根据气体的性质选择合适的吸收剂，如酸性气体用碱溶液氢氧化钠吸收，碱性气体用酸性溶液吸收。

教材中的实验，通过改进实验装置，减小废气污染。进行绿色化设计和改进，要从仪器装置、药品、操作方法等方面进行分析改进，在确保实验结果的前提下，改进后的实验试剂用量少、方便操作、现象易于观察、污染小，具有科学性和实用性。

2）废液的处理。分类处理实验产生的废液，是化学实验绿色化的重要环节[5]。可从下几个方面对废液进行无污染处理。

①分开收集酸液和碱液。实验产生的废液中酸性和碱性残留较多，分类回收，无杂质的可以直接用于实验，不能直接使用的还可用于尾气吸收，这对化学实验的绿色化有着积极意义。

②学生实验废液的回收。学生分组实验时，药品用量大，会产生很多废液，更需要回收处理利用，不仅可以降低实验成本，更是減废的需要。

3）废渣的处理。化学实验大多会产生残渣，其中有的是没参加反应或没有反应完全的反应物，有的是反应产物。如过氧化氢分解中的催化剂二氧化锰，属于重金属类化合物，直接扔掉会造成污染，可以过滤、洗涤干燥后再利用。科学合理地回收和处理废渣，变废为宝，是实现绿色化学实验的重要环节[6]。

微型化学实验 开展绿色化学实验是实施绿色化学最直接、最有效的途径，因此，在实验教学中渗透绿色化学理念是非常重要的[7]。微型化学实验中试剂的用量只有常规实验的几十分之一到几千分之一，以尽可能少的试剂来获得所需的化学信息、实验原理与技术。实验微型化，在保证实验效果的基础上，减少试剂用量，节省原料和时间，减少危害和污染，使得化学实验达到绿色化。高职化学中许多实验都可以微型化，并能取得较好的效果。同时培养学生节约的习惯，深化环保的意识。

如研究并验证二氧化硫（SO2）性质的微型实验，图1中有4条长度少于试管直径的试纸和滤纸条，分别为：1-湿润的蓝色石蕊试纸，2-蘸有品红试液的滤纸条，3-蘸有KMnO4溶液的滤纸条，4-湿润的淀粉KI试纸。另外，5-Na2SO3晶体，6-吸有浓硫酸的胶头滴管，7-盛有NaOH溶液试管。实验过程中仅需滴几滴浓硫酸就可以观察到明显的变化。

现象：湿润的蓝色石蕊试纸变红；蘸有KMn04溶液的滤纸条紫红色褪去；品红试纸褪色；湿润的淀粉KI试纸无

现象。

结论：SO2具有酸性、还原性、漂白性，氧化性弱于单质I2。

优点：装置简易严密，可操作性强，最后用NaOH溶液吸收多余的SO2气体，安全绿色。

改良后的实验效果：简化了实验装置、少量药品、环保无危害。微型实验不是依照传统、简易的化学实验，而是采用新思路、新方式的创新型化学实验，它体现了绿色化学的核心理念，保護环境。

降低药品浓度，合理更换实验药品，减少污染 预防化学污染的理念是绿色化学实验的最大特点，因为污染一旦形成，就需要用物理、化学方法进行治理，否则将会破坏环境，危及人类健康，造成损失。因此，优先选择预防污染而不是治理污染。要想解决这个问题，就需要用绿色化学的方法避免或减少使用和产生有害物质[8]。

实验中从绿色化的目标出发，适当降低药品的浓度，减少试剂的用量，更换无毒无害的实验药品，改进实验装置，发展微型化实验，力求消除或减少污染源，让学生在实验的设计、操作过程中真正感受到保护环境的重要性。例如：实验室用H202分解制O2代替氯酸钾分解的方法，从原料和反应过程都达到绿色化目标；常规“碘的萃取”实验中选择苯做萃取剂，而苯是一种无色、易挥发、毒性很高的液体，更换成四氯化碳做萃取剂更安全、环保。

改进实验手段，建立虚拟化实验室 对于仪器、试剂价格昂贵，危险或反应条件苛刻，污染严重的实验，可以改进实验手段，采用多媒体系统进行仿真实验或观看实验录像等方法，建立虚拟化的实验室，不仅化学试剂和仪器装置零投入，而且废弃物也零排放。虚拟实验操作不受实验条件、药品、仪器的限制，可以紧密结合当今化学学科的最新成就和发展趋势，同时结合绿色化学有针对性地设计课件，激发学习兴趣。将视频和动画引入课堂，使课堂教学富于趣味性和启发性。利用多媒体技术对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真，改进实验手段，消除不当操作导致的不良后果，达到减少安全隐患、减少污染的目的，实现化学实验绿色化的目标。

4 结语

绿色化学是实现人与自然和谐相处、社会经济可持续发展的必要途径。要不断摸索和改进化学实验教学策略，结合现有的实验条件做到物尽其用，点滴之中体现绿色化学的理念，培养学生对绿色化学的感悟和创新精神，提升学生实验操作能力，促进学生全面发展。

参考文献

[1]杨家玲.绿色化学与技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2004.

[2]龙斌，张庆华，王虹.开展绿色化学教育 弘扬绿色化学精神[J].衡水师专学报，2004（2）：27-30.

[3]李高峰，唐艳婷.科学概念教学五要素[J].生物学教学，2010（2）：9-11.

[4]刘元根.绿色化学与中学化学教育[J].高等函授学报：自然科学版，2000（5）：12-14.

[5]章小芳.中学化学实验绿色化的尝试[J].理科考试研究：综合版，2013（7）：69-71.

[6]耿立广.浅谈如何在高中化学教学中渗透绿色化学教育[J].学知报，2010（10）：1-2.

[7]考其克.学习与教学策略[M].伍新春，等，译.北京：北京师范大学出版社，2007.

作者：叶国华，山东中医药高等专科学校副教授，主要从事中药化学分析的教学与科研工作（264199）。