中学化学实验内容的绿色化设计

摘 要：目前环境的日益恶化，化学实验的绿色化占据越来越重要的地位。本文以新时期中学化学教学为背景，探讨在化学教学中实施绿色化学教育的重要性以及实施绿色化学教育的方法，对中学化学实验进行改革的必要性。

关键词：绿色化学;环境保护;化学教学;绿色化设计

1 减少试剂用量、推行微型实验

教学过程涉及的化学实验常常要求显现明显并且便于观察，传统的实验方法往往是加大实验试剂用量，但是这样也不可避免的会对环境造成更大的污染，不符合绿色化学的教学原则。但微型化学实验具有现象明显、污染少、安全环保、便于携带等优点[1]。

例如：非水滴定法测定醋酸钠的含量，教材上提出在分析方法中，称取无水醋酸钠试样0.2g，加入20-25ml冰醋酸，温热溶解。由于冰醋酸的挥发性强造成一部分挥发，污染环境，同时难以保证教学质量。而作为标准溶液的高氯酸-冰醋酸溶液，在操作中亦会有损失，会影响测定结果的准确度。现将常量分析操作改为半微量式操作，试样量减至0.05-0.09g，冰醋酸的加入量改为5ml，常量滴定管改为半微量的全自动滴定管使标准溶液的消耗量由原来的20-25ml减少到5-9ml，这样在满足分析对测定结果要求的逻辑下，减少了冰醋酸对环境的污染。然后对该实验回收的废液进行蒸馏、提纯后得到的冰醋酸可重复使用[2]。

2 替换有毒试剂、实现实验绿色化

真正实现中学化学实验的绿色化是拒绝使用一些无法替代又无法回收的物质，这是杜绝污染的根本方法。但在化学实验中又常常有必须完成的实验中涉及一些有毒的药品，此时就需要在实验教学计划制定时，对实验内容进行修订，尽量采用无毒、低毒或天然产物代替高毒化学试剂，既达到了实验目的，又防止了污染[3]。

例如在中学阶段我们做萃取實验时一般会采用四氯化碳作溶剂，但是由于四氯化碳的沸点低而且容易挥发，因此，在实验开展中就容易产生难闻的刺激性气味，不仅会污染环境，还会对人的身体健康带来严重影响，并且如果接触四氯化碳150-200g/m3超过半个小时，就可能危及生命安全，还会对臭氧层带来破坏。这种中学实验要求的萃取实验但又人体有害我们就可以其他的溶剂代替四氯化碳。由于中学阶段的萃取是一种定性实验，只需要掌握其原理与一系列的萃取操作方法即可。因此，在有机溶剂的选择上，应该以达到萃取的效果为标准，不需要追求高萃取率。就现目前而言，二氯甲烷可以达到这样的目的。再或者中学教材中要求的制取乙烯的实验，实验原理是乙醇在催化剂的条件下脱水生成乙烯，在教材中使用的是浓硫酸，但浓硫酸具有强腐蚀性，会污染环境，而且该实验对温度的要求高，否则会有很多副产品产生。这样的实验就不符合绿色化学实验的思想，因此我们可以用氧化铝做催化剂来替代浓硫酸。该实验进行这样的改进同样可以达到反应速度快，实验现象明显的目的，并且在实验过程中没有二氧化硫气体产生，不会干扰乙烯的检验，也不会有浓硫酸剩余，不污染环境[4]。

3 串联实验及化学试剂的再利用

串联实验的实质就是上一个化学实验的产物可以用于下一个实验，是按照一定的实验顺序进行的，上一个实验的产物用做下一个实验的反应物节约成本，同时节约时间，提高了试剂的使用效率，减少了环境污染[5]。

例如利用串联实验可以将蒸馏实验和萃取实验结合在一起，为了得到碘的四氯化碳试剂，可以使用四氯化碳对碘的水溶液进行萃取，得到碘的四氯化碳试剂后，就可以进行接下来的反萃取实验。实验过程是将碘的四氯化碳试剂中逐渐加入氢氧化钠直到颜色完全消失，对四氯化碳进行萃取。在此基础上还可以进行蒸馏实验，通过蒸馏实验继续提取出四氯化碳，在这一系列的串联实验中，试剂一直只有四氯化碳和碘，但却完成了三个实验，节约了成本并大大的提高了实验效率。这就充分达到绿色化实验的要求，为了让学生进一步了解串联实验及化学试剂的再利用，还可以对乙醇系列实验做个简单的介绍。“工业乙醇的蒸馏”得到乙醇产品可留待“萘的重结晶”作为溶剂，重结晶的母液又可在下一个实验“简单分馏”中得以分离，回收的乙醇产品还可用于“从茶叶中提取咖啡因”，提取咖啡因后回收的乙醇由实验室统一保管，留待下一级学生新一轮实验还可以再做“工业乙醇的蒸馏”实验，这样也提高了溶剂的使用率并达到来了化学试剂回收的效果。

4 废液的处理

实现中学绿色化学实验教学的目标还有另外一个很重要的方式就是对实验反应后对废液的处理。我们通常所说的实验室产生的“三废”主要是废液，因此对废液的处理势在必行。废液的处理主要包括废液的再生和回收，回收可以减少资源的浪费，成本的消耗，对环境也起到极大的保护作用[6]。

例如为了避免银废液对环境的污染，采取措施对银废液进行回收和再生。在中学化学实验中对银的使用最常见的是沉淀法，沉淀法测定水中氯含量的废液，其主要成分是氯化银。首先废液中的Ag2CrO4可用氯化钠溶液将其转化为氯化银沉淀，过滤后使氯化银沉淀与溶液分离，加入过量的氨水使氯化银沉淀溶解生成Ag（NH3）2+与其他不溶物分离，在Ag（NH3）2+溶液中加入过量的氢氧化钠，使其转化为氧化银沉淀，加硝酸得到硝酸银溶液。得到的硝酸银溶液经标定后即可用做标准溶液，这样产生的银废液既不会污染环境还可以节约资源达到废物利用的效果。再比如对于萃取碘的四氯化碳、煤油可以用稍浓的氢氧化钠溶液洗液、分液又可重新得到四氯化碳、煤油进行重新使用，将化学沉淀剂[H3PO4+MgO或Mg（OH）2]与氨反应，生成沉淀物以除去废水中的氨氧。生成的MgNH4PO4是一种农作物所需的复合肥料，已达到废物回收利用的目的。

参考文献

[1]谢良木.绿色微型化学实验在中学化学实验教学中的研究应用[J].全文版（教育科学），2016，2：70.

[2] 张潇逸.绿色化学在中学化学实验中应用[J].化工管理，2017，3：25.

[3]卜晓莉.基础化学实验的绿色化改革初探[J].广东化工，2013，40（7）：149.

[4]李和平，龙辉.改革有机化学实验与提高学生创新能力[J].实验科学与技术，2007，5（4）：81-82.

[5]陈莹.基于新课程理念下高中化学实验绿色化设计与实施[J].科技新导报，2014，5（10）：104-110.

[6]汪朝阳.绿色化学通用教程[M].北京：中国纺织出版社，2007：179-180.

作者简介

王慧（1993-），女，汉族，四川资阳，西华师范大学在职研究生，四川省苍溪县石门乡小学校，研究方向：学科化学。