“绿色化学”理念下开展中学化学实验教学的途径和措施

马丽薇

通过考察定西市安定区四所高中化学实验室的配备情况、实验室三废的处理情况、现场观察实验课、对师生进行绿色化学的问卷调查，总结出了欠发达地区化学实验绿色化过程中存在的问题和不足，进行反思，构建出了欠发达地区在“绿色化学”理念下开展中学化学实验教学的途径和措施。这有助于教师在今后的教学中将绿色化学的思想、知识、原则等相关内容渗透在化学实验教学中。

一、转变教师陈旧的实验教学观念

21世纪，随着经济的迅猛发展，对资源的过度开采造成环境的日益恶化，人们向往绿水青山的生活环境，“绿色化学”作为一个新名词，越来越受到人们的关注，让学生从小了解有关“绿色化学”的新观点、新思想非常必要。化学实验是化学课程内容的重要组成部分，实验的绿色化是化学绿色化的核心。[1]在调查中我们发现，许多化学教师的教学观念和模式都很陈旧。如何在化学实验教学中渗透“绿色化学”的概念、思想等知识理念，是化学教育工作者面对的一个新课题，尤其对于在化学教学活动中起主导作用的化学教师，要树立终身学习的思想理念，更新自己的知识，提升自己的知识结构，掌握先进的实验方法。在化学实验教学中，让学生懂得用减量、循环、回收、再生、拒用来考虑和解决化学实验中的污染问题，培养他们关心、保护、热爱自然环境的良好习惯。

二、实现实验教学环节的绿色化

（一）规范实验操作

规范的实验操作，是实验成功的关键，还可减少在实验中产生污染物。

要规范学生实验操作，需做到以下几个方面：

要求学生熟练掌握仪器的使用规范，避免错误操作引起的诸如试管的破裂、硫酸液滴的飞溅灼伤皮肤等事故的发生，或者在实验中，有毒气体外溢，而不知如何处理，对环境造成污染。更重要的是，化学教师要起到言传身教的示范作用，每一个化学演示实验都要在课前准备、试做，杜绝由于不规范操作或没注意实验细节造成实验失败的现象。

教师在学生实验课上要给学生讲明药品的具体用量，对教材中没有给出用量的，教师在保证实验效果的基础上，给学生限定一个具体的最少量数据，这样能方便学生操作、节约药品、减少污染。教师还要提醒学生注意事项，如银镜反应中，试管洁净，水浴加热，培养学生严谨的治学态度和科学的实验方法。实验结束后，废弃物要集中处理，废气进行尾气处理，废液收集到指定的废液缸，不能随便倒入下水道，废渣不能随手扔进垃圾箱。

做好实验的课前预习，学生在实验操作的时候，就不会看一步，做一步，手忙脚乱，漏洞百出。

（二）绿色化改进污染环境的实验

根据“绿色化学”研究的核心5R原则[2]，在化学实验设计中实现化学实验的绿色化，就要做到：（1）实验原料、产物、催化剂对环境无毒害。（2）尽可能选择原子利用率高的反应。（3）减量、循环、重复使用。

在实际应用中，设计或改进的化学实验满足上面其中一条，就认为达到了绿色化学的设计要求。

1.实验装置绿色化的改进

“绿色化学”理念是实现污染物的零排放。根据这一理念，中学化学教材中许多有关物质的制取、性质检验的化学实验，都可重新设计。比如，仪器的改进，用碘锤做碘升华的实验，也可用来做氯化铵的受热分解。再如高一化学第四章，有关浓H2SO4性质的实验，用浓H2SO4与蔗糖反应，证明浓H2SO4的强氧化性与脱水性，课本中浓H2SO4与蔗糖的用量分别是25mL，6药匙，反应物用量很大，导致生成大量有毒的SO2气体，且直接排放到空气中，污染环境。那么，如何在保证实验现象的前提下，从“化学实验绿色化”的角度设计此实验呢？经过师生讨论，改进方法如下：将用于反应的烧杯放在装有少量氢氧化钠溶液的玻璃水槽内，烧杯下要垫一个稍高于液面的大理石小垫块，再在小烧杯上面倒扣一个大号烧杯。

2.实验内容绿色化的改进

中学化学课本中的大量实验都体现了“绿色化学”的思想内涵，但还有少部分实验，我们需进一步讨论，重新设计。作为中学化学教师，我们要有改革和创新的精神，大胆实践，不能墨守成规，固步自封，在保证完成实验教学目的的前提下，改进污染环境的化学实验。比如，在探究铁盐与亚铁盐的氧化性与还原性实验时，把氯水氧化Fe2+换成用双氧水氧化Fe2+，既达到了氧化Fe2+的目的，又避免了在制备氯水的过程中对环境造成污染。

三、妥善处理化学实验的废弃物

（一）妥善处理实验废弃物

保护环境，要从小事做起，从身边做起。化学实验所产生的“废气、废液、废渣”已成为环境污染的主要元凶之一。比如，醛类、苯的同系物等有毒物质会致癌;银镜反应的废液，富集放久后会转变成氮化银而发生爆炸;重金属盐直接排放到水中，污染水质，人与牲畜长期饮用后，会在体内富集，造成中毒。因此，要妥善处理化学实验室产生的三废，不乱排乱放，重新回收使用，变废为宝，对不能再重新使用的、对环境有害的废弃物，一定要无害化处理。

（二）合理、循环利用化学实验废弃物

中学化学实验的根本目的，就是通过化学实验，来验证或探讨物質的化学性质，或推导证明一些化学定律或基本原理，如质量守恒定律、勒夏特列原理等，培养学生的观察能力、分析解决问题的能力、动手操作能力等，实验目的完成，实验产物不像化工生产中的产品一样可以利用，而是成了废弃物，一般被直接排放或倾倒，没有发挥重新利用的价值，消耗原料的同时还会污染环境。充分利用资源，实现经济效益的最大化，就要改变这种线性非循环的实验模式，重构“原料—产品—再生原料”的环状模式，实现产物的循环利用。所谓循环利用，就是把化学实验中的产物再生利用，使它们在循环的链条中重新发挥自己的作用，延长它们的使用周期，实现实验废弃物的零排放，节约自然资源。比如，把探讨铝片与稀HCl反应放热的实验，在实验完毕后，将生成的氯化铝溶液全转入试剂瓶，贴上标签，用于以后制备氢氧化铝的实验，而在探讨铝两性的实验中，也可继续使用。

四、改进中学化学实验的教学模式

（一）播放多媒体教学视频或开展计算机仿真实验，来代替有毒害的化学实验

在化学实验教学中，因为演示实验主要验证物质的性质或化学定律，用于培养学生的观察能力。所以，对于有毒害药品、用量大或易燃易爆的演示实验，可利用播放多媒体视频来代替。这样就实现了化学试剂的“零投入”或废弃物“零排放”，如SO2、NO2等有毒气体的制取与性质实验等。这样做的好处是，既让学生获得了需要的化学信息，又节约了药品，安全可靠，避免了对环境造成污染。

计算机仿真实验就是利用计算机软件来模拟现实实验，它对耗费大量人力物力、实验效果又不明显的化学反应具有重要的意义，如氯水在光照下的分解实验，实验受气候条件的限制，即使在强光照射下，实验现象也不明显，从氯气的制备到将氯气溶于水制成氯水，整个实验过程烦琐，而且氯气有毒，危害教师和学生的健康，对环境造成污染。用多媒体模拟软件做成仿真实验，可轻松解决上述问题，且做成的动画，有图有声音，形象生动，让学生在轻松愉快的氛围中掌握了所学化学知识。这样，在完成教学任务的同时，既节约了实验药品，又避免了污染，使教学效果在各个环节最大化。

计算机仿真实验虽然在化学实验绿色化方面具有不可替代的作用，优势明显，但却不真实，在实际操作中，以现实实验为主，仿真实验为辅。

（二）重新整合教学实验模式

所谓整合，就是依据“绿色化学”的基本理念以及自然科学的统一性和教育总体目标，将课本上相关教学实验重新安排整合，形成一个前后相互关联的知识体系，如把物质的制取与性质实验统一起来，重新整合。在整合的过程中，综合开发学生的思维能力和创新能力。

化学实验教学都是根据教学内容制定的，各个实验相互独立，各成体系，没有关联。为了节约药品，充分高效地利用化学试剂，在实际的实验教学中，可调整实验顺序，把实验重新组合，相互衔接，使上一个实验的产物成为下一个实验的原料，这样，在节省原料、减少成本的同时，更减少了有毒废弃物对环境的污染。在这个流程中，上一个实验是下一个实验的基础，是下一个实验成功的关键，这就迫使学生在做实验时要做好每一个环节步骤，从而锻炼了学生的动手能力和操作技能，实现实验产品得到有效利用的链式良性循环。尤其是有毒气体的制备与性质实验，在教学中，如果多次重复使用，就会对环境造成严重的污染，在教学过程中，合理的实验顺序就显得非常重要。比如，高一化学实验氯气的制备与性质（教材必修一，富集在海水中的元素——氯）一节中，安排了氯气相关的性质实验，若按课本的安排进行实验，会重复制取氯气，浪费试剂的同时，产生的氯气对环境造成污染。因此，我们可以根据氯气的制备与性质检验这一主题，重新整合实验顺序，就会产生事半功倍的效果，节省时间，提高教学的效率。

课本安排的氯气的性质实验有：（1）Cl2与Fe、Cu、Na等活泼金属的反应。（2）Cl2与H2等非金属的反应。（3）氯水在光照下的分解。（4）氯水的漂白性。（5）干燥Cl2是否有漂白性的實验验证。上面实验顺序零乱而不连贯，我们可对实验顺序重新整合，先制备氯气再验证其性质，检验性质时，先干后湿。具体顺序如下：

（1）制取氯气。

（2）收集四瓶干燥的氯气备用，分别用于做氯气与钠、氢气、鲜花瓣、干花瓣的实验。

（3）再把氯气通入水中制备氯水，做氯水在光照下的分解实验，氯水的漂白实验。

（三）开设微型或半微型化学实验教学模式

微型或半微型化实验主要是通过使用微型化学仪器减少废弃物的排放量，是一种值得提倡的好方法，是将来化学实验改革的主要趋势。在微型化学实验中，用很少的化学试剂，就可观察到明显的实验现象，获得想要的实验效果和化学信息，在化学实验的绿色化设计中具有举足轻重的作用。其宗旨是用少量的化学试剂获得需要的化学信息，被誉为“绿色化学实验的革命”。[3]

微型化学实验的特点有：

（1）跟常规实验相比，试剂用量大幅度减少，实验成本降低，辅助材料水电的消耗也相应减少。

（2）实验的安全系数提高，有效避免爆炸、中毒等安全事故的发生，同时，产生的实验废弃物的量也很少，减少了对环境的污染。[4]

微型化学实验是对一个化学实验的创造性改造，有其独立的理念和思想。它的低成本和安全性、高效性，也容易在化学实验中普及和推广，更符合现代科学研究的实际需求。对培养学生的动手能力，激发学习化学的兴趣，养成良好的思维习惯，树立学生“绿色化学”理念方面，具有不可替代的作用。

我国微型化学实验这几年有了很大发展，并取得了一些成就。1992年，第一本《微型化学实验》问世，此后有很多相关的著作问世。但相对国外而言，我国在这方面的研究相对滞后，在国外，各大院校都设有专门处理三废的部门，资金充足，我国的各实验室，设备简陋，资金不足，实验中的有毒物质严重危害师生健康，微型实验通过大量减少实验试剂，减轻了污染，受到广大师生的青睐。

综上所述，作为一名一线化学教师，要在化学实验教学中积极传播“绿色化学”的知识、原理、思想内涵，让学生认识到“绿色化学”的核心理念是“防”而不是“治”，从源头上切断污染，从根本上保护环境，让绿色化学教育成为素质教育的重要内容之一。

参考文献：

[1]白慧杰.化学实验教学中对学生安全意识的培养[J].化学教育，2005（1）.

[2]闵恩泽，吴巍.绿色化学与化工[M].北京：化学工业出版社，2000：7

[3]周宁怀.微型无机化学实验[M].北京：科学出版社，2000：2.

[4]钱诗靖.绿色化学及化学实验绿色化的研究[J].齐齐哈尔医学报，2005（11）.

（作者单位：甘肃省定西市安定区凤翔学校）

编辑：曾彦慧