探讨绿色理念在高中化学实验教学中的应用

摘 要：实验是化学学科重要学科，在于直观形象地呈现化学知识和规律。高中化学对学生的要求之一即锻炼学生动手实践操作能力，因而实验教学成为培养学生学习能力主要途径。和物理实验相比，化学实验中极有可能会产生损害人体与污染大气环境的有害物质，所以凸显在实验教学中引入绿色理念的重要性和必要性。所谓绿色理念即在设计和研究化学实验时尽可能减少污染环境或产生负面影响的化学材料，并促使学生养成良好的化学学习习惯，深化对所学化学知识理解，提高实验教学效率。对此，文章从多方面分析在化学实验教学中应用绿色理念策略，望给予教师教学提供参考。

关键词：高中化学;实验教学;绿色理念;应用策略

一、 引言

随着经济水平快速提升，各个领域都实现蓬勃发展，在此过程中也对环境造成较为严重的污染。尤其化学化工行业在某种程度影响国家大气环境，严重危害大自然。即使科学技术快速发展，也无法可观地补偿化学化工对自然所造成的损害，因而当前各个化工行业广泛应用绿色理念，并将行业发展与绿色理念相结合，进一步推动化工行业发展。如果要更好地建设化工行业，必然需要在此过程中投入大量具有绿色理念的人才，高中化学教师在此背景下就可在实验教学中应用绿色理念，促使学生深入理解所学知识的同时形成良好的环保意识。

二、 实验方案绿色改进

高中化学教师在应用绿色理念时可积极优化实验方案，如提升原子利用率，原子利用率=（预期产物的总质量/生成物的总质量）×100%，目的在于对化学过程中原子经济性实施评估，同时也可评价化学实验废弃物排放情况，实现真正意义层面化学实验绿色化。在实验串联/并联化中也可运用绿色理念，所谓化学实验串联化即按照一定先后顺序将多个实验组合为一个实验，缩短化学实验所需时间，一定程度也能避免多步骤实验中形成的物质造成的污染，该实验方式适用分步次或有毒有害实验，达到化学实验绿色化目的。以“氯气实验室制备”与“氯气性质检验”等实验为例，如果分开进行实验操作，除了要多次制备氯气，最重要的是在收集和使用制备的氯气过程中大量溢出，浪费原料的同时严重污染环境，对师生身心健康造成威胁。如果将分步骤实验设计为串联实验则能解决上述问题。即装置A为气体发生装置与装置B为气体净化装置中分别添加药品MnO2与浓盐酸以及饱和食盐水，装置C为气体干燥装置并加入浓硫酸试剂，装置D与E为Cl2漂白性对比实验装置，物质分别为湿润与干燥的有色布条，证明Cl2毫无漂白性，但氯气与水反应产物则有大量的漂白性，装置F则为添加试剂NaOH溶液的尾气处理装置，该装置可证明氢氧化钠与氯气可发生反应，但也可以将尾气去除，更有显著的实验效果。

除此之外，化学教师不单单改进实验方案，还可使实验药品绿色化。其中原料绿色化，例如，在《碘元素提取和检验》实验中，若从海带中提取碘，那么就需先灼烧干海带，但在此过程中会产生大量呛鼻的烟雾，影响身体健康。化学教师可将上述实验改为家庭版小实验，选取淀粉碘化钾试纸、食醋、加碘食盐为药品，此类物质毫无污染且环保便利。在化学溶剂方面还可实施绿色化;化学教材中涉及多次碘水与溴水萃取实验，其中四氯化碳有着较强的致癌性，室内浓度要控制在25mg/m3，即使学校实验室内安装通风橱也会造成四氯化碳蒸汽浓度超标。对此，化学教师可运用二氯甲烷为萃取剂，毒性小且无刺激性气味，减少环境污染。

三、 实验模式绿色开发

高中化学实验绿色化程度相对有限，针对部分高污染和高危险的实验可转化为实验视频录制或仿真实验等现代化教学方式。首先，实验视频录播;例如《碱金属与水反应的对比实验》中针对金属锂与、钠、水反应实验可借助课堂演示完成，然而铯、铷、钾与水的反应实验有着较大的危险系数。国有化学爱好者在安全保护的情况下在室外完成实验并录制相关视频。在《自制水果电池实验》中，需运用上千只水果才能达到为手机充电效果，但整个实验工程量较大，会极大地浪费水果。高中化学教师就可运用现代多媒体为学生播放实验视频，同样，可让学生了解实验原理。其次，化学仿真实验;所谓化学仿真实验即通过计算机软件仿真实验操作，属于一种人机对话的多媒体实验教学模式。该方式可模拟大量化学实验，从实验原理、实验仪器选择、实验过程、实验现象、实验问题讨论以及结果分析等，不仅能加深学生对化学实验理解，还能达到训练学生化学实验技能目的。最重要的是，化学仿真实验能代替部分高污染和危险性极强的实验，实现绿色化学实验教学目的。例如在进行《实验室制氧气》实验时，教师运用化学仿真实验软件完成仿真操作，直观形象地为学生演示仪器组装——气密性检查——实验过程——反应原理等一系列实验操作过程，简化学生理解，提高化学实验教学效率。再以《粗铜的精炼实验》教学为例，教师运用电脑模拟方式为学生直观呈现粗铜溶解、电子转移过程、精铜析出以及阳极泥产生等过程，实验效果极其逼真，最重要能让学生清晰明确看到实验反应原理，这种方式和动手操作相比同样能达到预期效果。

四、 实验废物绿色处理

高中化学实验室具有显著的废物成分复杂、废液比重大且难以集中处理、排放量少等特征。化学教师应针对上述特征联合实验人员做好统筹规划，最大限度从本质层面杜绝污染。如果在实验过程中必须运用已生产的污染物或有毒有害化学品，需及时采取绿色化处理措施，尽可能将对环境污染降低至最低。具体可从以下方面着手。

首先，废气处理;一般高中化学实验会产生Cl2、H2、CO2、C2H4、C2H2、SO2等废气，上述气体均含有较强的毒害性与刺激性气味，如果未妥善处理必然会对环境造成严重影响，威胁人类健康。因而在实验操作时应尽可能运用封闭式环境，通过减少反应物降低废气产生量，随即再处理废气。无毒气体可直接进入空气当中，但有毒气体需运用气囊收集或特殊处理。常见处理方式有以下三点：其一，在相应的溶液中融入有毒气体，使二者发生反应后再消除有毒气体，或运用氢氧化钠溶液或硫酸铜溶液除去C2H2过程中产生的AsH3与PH3气体，运用酸液去除NH3等碱性气体或运用碱液去除NO2、Cl2等气体。其二，运用气囊收集有毒气体后再集中对其处理。其三，将有毒的可燃性气体燃烧后再转化为无毒气体，或运用点燃方式去除C2H4。由于化学反应有一定复杂性，实验室空气污染并非只有上述内容，因而学校需在化学实验室中配备空气净化装置，如颗粒物捕捉、通风、吸附等技术，改善实验室空气质量。其次，废液处理;化学实验室常见废物有无机废液与有机废液，其中无机废液为硝酸、硫酸、盐酸等酸液与氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠、氨水等碱液，虽然上述化学液体毫无毒性，如果长期排放则会严重腐蚀和堵塞管道，对水质造成影响。有机废液包括四氯化碳、乙酸、乙醇，苯酚、溴、甲烷的氯代物、乙醛、溴乙烷、甲苯、乙酸乙酯等。通常治理废水运用生物、物理、化学等方式，每种方式都有专属于自身的特征和相关适用条件，需结合自身实际情况选取科学合理的处理废液方式。常见废液处理方面有以下几种：其一，含酸碱废液;针对含稀碱和稀酸的废液可相互中和，当溶液pH值处于6.5～8.5范围内就可进行排放。其二，针对含镉、锌、汞、锰等重金属离子废液;对于上述废液可运用硫化物共沉淀法、碳酸沉淀法、氢氧化物共沉淀法等使金属离子沉淀化，随即再将其分离，或运用氧化分解法、还原法、中和法、吸附法等均能将重金属离子去除。其三，针对含有机溶剂废液;如果化学实验操作中运用少量的有机溶剂，只要达到相应处理要求后就可直接排放。如果分量较大可先对其回收后再利用。为简化处理，可将有机溶剂分为难溶性物质、可燃性物质、固本物质、含水废液等多种类别，实施分类收集后再实施分类处理，常见处理方式有溶剂萃取法、焚烧法、水解法、氧化分解法等。其四，含氰化物废液;处理含氰化物的废液会采取加入次氯酸钠或硫酸亚铁等沉淀剂，前一种方式使含氰化物转化为氰化亚铁沉淀后再将其去除，后一种方式即将氰化物分解为氮气和二氧化碳后再将其去除。最后，废渣处理;高中化学实验过程中产生的废渣多由滤纸、金属片、废旧电池、重金属盐沉淀、失效/残留化学试剂、已破损的玻璃仪器等构成。废渣的出现会极大占用公共空间，影响人们活动的同时带来视觉污染。再加上废渣在水分与温度作用下会形成相关有机物，在此过程中持续释放有害粉尘与气体，危害大气环境。因而在实验后不能随便丢弃废旧玻璃仪器、火柴梗、废纸等杂物，正确处理方式为归纳整理后放置在制定的地方后进行统一处理。尤其对于废旧玻璃仪器可先对其修补后尝试二次利用。如果固定原料未失去效果，那么就可回收利用后下次在此實验操作中使用。针对无法综合利用的固体生成物再回收后对其实施无毒化处理，若在取用部分有毒害的物质后不慎洒落在实验室可需立即运用化学方式处理。如不慎洒落打碎的水银温度计中的汞，需立即在地上洒上硫粉将泵转化为黑色无毒硫化汞后实施处理。针对实验中浸湿的包药纸、有害物质滤纸以及部分大用量的有机溶剂残渣等废物时需实施焚烧后再对其深埋处理。

五、 结语

综上所述，随着经济社会快速发展，学生也转变对高中化学实验思想观念和认知，不单单希望自身能参与化学实验操作，还要克服内心对有害、有毒气体威胁的恐惧，因而在化学实验教学中应用绿色理念符合当前社会倡导的绿色环保的目标。通过科学合理利用化学实验中生成的有害物质和有毒物质能在某种程度上达到节约资源效果，贯彻落实可持续发展原则，为学生直观呈现化学知识，保证实验顺利开展的同时减少污染物与有害物质排放，强化高中生环保意识，实现真正意义层面绿色化学教学。

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作者简介：李雨桐，福建省泉州市，福建省泉州第五中学。