化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與綠色化學(xué)教育探討

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［摘要］化學(xué)是一門重要學(xué)科，與人們的日常生活有著密切的聯(lián)系。素質(zhì)教育與新課程改革要求學(xué)生除了需要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還應(yīng)具備相應(yīng)的動(dòng)手實(shí)踐能力，以確保自己所學(xué)的知識(shí)能夠被應(yīng)用于日常生活中，解決各種各樣的問(wèn)題。然而，由于缺乏正確思想的引導(dǎo)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直以來(lái)都處于一種“非綠色”的狀態(tài)，雖然提高了教學(xué)質(zhì)量，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常會(huì)產(chǎn)生污染，給周邊環(huán)境帶來(lái)不良影響。在素質(zhì)教育的要求下，學(xué)生需要在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中掌握綠色化學(xué)能力。文章對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和綠色化學(xué)教育進(jìn)行分析和研究。

［關(guān)鍵詞］化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué);污染;綠色化學(xué)教育;化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

綠色化學(xué)又名環(huán)境友好化學(xué)(EFC)、環(huán)境無(wú)害化學(xué)(EBC)或清潔化學(xué)(CC)，其本質(zhì)上是一種先進(jìn)的教學(xué)理念，其要求研究者應(yīng)用化學(xué)技術(shù)與化學(xué)方法來(lái)消除對(duì)環(huán)境存在污染和不良影響的原料、試劑、溶液、催化劑及各種各樣的相關(guān)產(chǎn)物與副產(chǎn)物。這種理念非常適用于當(dāng)前的化學(xué)素質(zhì)教育，學(xué)生正處于身體和智力迅速發(fā)育的時(shí)期，其不成熟的身體對(duì)有毒有害物質(zhì)或廢物缺乏足夠的抵抗力，若是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中不堅(jiān)持這種理念，其未來(lái)發(fā)展必將受到影響。因此，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)必須堅(jiān)持“綠色化學(xué)”教育。

1綠色化學(xué)概述

1.1綠色化學(xué)的定義

從廣義來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)是一種先進(jìn)的科學(xué)理念，其可以借助化學(xué)技術(shù)或化學(xué)方法來(lái)消除化學(xué)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)，以減輕化學(xué)產(chǎn)品對(duì)人們健康產(chǎn)生的危害，避免化學(xué)污染給環(huán)境帶來(lái)破壞，其從源頭上阻止了化學(xué)污染的擴(kuò)散，是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域亟須實(shí)行的一種綠色生產(chǎn)理念。從狹義來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)可以為學(xué)生提供保護(hù)，隔絕各類有毒物質(zhì)、產(chǎn)物或副產(chǎn)物給學(xué)生身體帶來(lái)的傷害，是當(dāng)前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須堅(jiān)持的“教學(xué)理念”。以原子反應(yīng)為例，在綠色化學(xué)理念的要求下，所使用的催化劑與溶劑應(yīng)該是無(wú)毒無(wú)害的，反應(yīng)物原料除了需要滿足無(wú)毒無(wú)害的要求，還應(yīng)該是一種具有可再生性的能源，而反應(yīng)產(chǎn)物需要兼具可降解性、安全性以及可重復(fù)利用性，即使是化學(xué)反應(yīng)的整個(gè)過(guò)程，也需要采用安全度較高的生產(chǎn)工藝，確保能源的高利用率，只有這樣才能確?；瘜W(xué)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性或化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性。

1.2綠色化學(xué)的原則

(1)從源頭上阻斷有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，而不是在有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生后再行處理。(2)盡可能地使參與反應(yīng)的物質(zhì)以及最終生成的物質(zhì)不對(duì)環(huán)境和人類健康造成危害。(3)在設(shè)計(jì)方案中，最好能使所有最初的反應(yīng)物被嵌入到最終產(chǎn)物之中;反應(yīng)后的遺留物應(yīng)沒(méi)有或盡可能地少，或是沒(méi)有滯留在環(huán)境之中，或是降解為不具有毒性的產(chǎn)物。(4)盡量少用甚至不用分離試劑或溶劑等輔助性物質(zhì)，若必須用，則應(yīng)確保其無(wú)毒或毒性盡可能低。(5)出于經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)的需求，應(yīng)盡量降低化學(xué)反應(yīng)的能量消耗，或是將反應(yīng)過(guò)程中的臨時(shí)性修改、基團(tuán)保護(hù)與去保護(hù)等非必要衍生過(guò)程裁剪掉。(6)若是滿足經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)且技術(shù)上具有可行性，則應(yīng)選用具有再生性的原料。(7)催化劑應(yīng)優(yōu)選具有高選擇性的，不建議采取“通過(guò)提高反應(yīng)物配料比”的選擇。(8)化學(xué)物品應(yīng)在保持原有功效這一前提下盡可能地?zé)o毒或低毒;分析方法應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)，確保做到現(xiàn)場(chǎng)全面監(jiān)控，以預(yù)防有害物質(zhì)的生成，降低物質(zhì)因形態(tài)變化而產(chǎn)生事故的風(fēng)險(xiǎn)性。

2在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推行綠色化學(xué)教育的重要意義

化學(xué)作為一門自然學(xué)科，以實(shí)驗(yàn)為科研教育的基礎(chǔ)，我國(guó)受科技發(fā)展水平和教育理念影響，化學(xué)教學(xué)依然以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式為主，教師和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中消耗大量的藥品，使用具有揮發(fā)性、易燃性的有毒試劑，進(jìn)行危險(xiǎn)性較大的實(shí)驗(yàn)操作，給環(huán)境帶來(lái)污染的同時(shí)也給自身健康帶來(lái)威脅和安全隱患。而為了改變這種“損人損己”的現(xiàn)狀，教學(xué)工作者必須使化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)走上“綠色化學(xué)教育”這一必由之路，通過(guò)綠色化學(xué)內(nèi)容來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的綠色意識(shí)，使其具備綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰??？梢哉f(shuō)，推行綠色化學(xué)的教育理念，對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著非常重要的意義，首先素質(zhì)教育對(duì)“綠色化學(xué)教育”有著迫切的要求，其次化學(xué)教學(xué)需要傳播綠色化學(xué)的觀點(diǎn)，最后學(xué)校需要通過(guò)綠色化學(xué)教育來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感與創(chuàng)新能力，使其能夠更好地面對(duì)社會(huì)與未來(lái)?？梢哉f(shuō)，綠色化學(xué)既提高了教學(xué)質(zhì)量，也保護(hù)了環(huán)境，預(yù)防和治理了污染，非常符合當(dāng)今社會(huì)“節(jié)能減排”的發(fā)展要求。

3在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推行綠色化學(xué)教育的具體方法

3.1精選“綠色”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師優(yōu)先考慮的是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的鮮明性，重點(diǎn)在于使學(xué)生掌握基本操作技能，諸如最終產(chǎn)物、反應(yīng)物的污染輕重與試劑、催化劑、產(chǎn)物的毒性則被教師無(wú)意識(shí)地忽視了，學(xué)生或是沒(méi)有得到保護(hù)，或是得到被動(dòng)的保護(hù)，這無(wú)疑是不符合素質(zhì)教育的基本要求的。而在綠色化學(xué)教育理念的指導(dǎo)下，教師除了需要保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的現(xiàn)象具有鮮明性、學(xué)生可以掌握基本的操作技能，其還需要兼顧到實(shí)驗(yàn)的“綠色”要求。首先，教師應(yīng)該以“保護(hù)環(huán)境、從源頭上杜絕污染產(chǎn)生”為出發(fā)點(diǎn)來(lái)篩選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將對(duì)環(huán)境有較大污染的項(xiàng)目予以排除，優(yōu)選一些污染小的環(huán)保型實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)物與產(chǎn)物毒性小、污染輕、廢物盡量少。以溴苯類實(shí)驗(yàn)為例，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通常使用液溴與苯進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，原材料液溴具有較大的腐蝕性，苯則對(duì)人體造血系統(tǒng)有著鮮明的損害作用，基于“綠色化學(xué)教育”理念，教師應(yīng)使用正丁醇與溴化鈉兩種安全物質(zhì)替換掉苯與液溴。

3.2為無(wú)法替換的化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“綠化改進(jìn)”

化學(xué)教學(xué)需要依照教學(xué)大綱進(jìn)行，其中許多有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是無(wú)法替代的，其與綠色化學(xué)理念并不是完全符合的，教學(xué)工作者可以基于當(dāng)前既有的科研成果對(duì)項(xiàng)目中的某些設(shè)計(jì)方案作出改進(jìn)。3.2.1使用綠色溶劑在原有的教材中，柱色譜分離實(shí)驗(yàn)所使用的原料為無(wú)水苯與乙醚，在化學(xué)反應(yīng)中將鄰硝基苯胺與對(duì)硝基苯胺進(jìn)行分離。但是苯的毒性是眾所周知的，所以可以按照1∶3的比例使用乙酸乙酯、石油醚制備洗脫劑，同樣可以取得理想的分離效果。而在分離亞甲基藍(lán)與熒光黃的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，若是換用乙醇與水作為洗脫劑，同樣可以取得理想的結(jié)果。并且，由于所涉及的反應(yīng)物具有安全性和可重復(fù)利用性，所以可以反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證不同混合物濃度、氧化鋁高度、探索柱直徑給分離結(jié)果帶來(lái)的影響。而結(jié)果證明，在1mg熒光黃加1mg亞甲基藍(lán)的樣品中滴入4滴1mL劑量、95%濃度的乙醇中，將會(huì)在最短的分離時(shí)間內(nèi)獲得最明顯的分離效果，且所耗費(fèi)的溶劑量也是非常少的。3.2.2使用綠色催化劑在必開的實(shí)驗(yàn)中有一種需要制備酯類化合物，教材中記載的催化劑為濃硫酸，這種物質(zhì)多有酸性廢液與反應(yīng)副產(chǎn)物，其本身則具有強(qiáng)氧化性，污染性大、危險(xiǎn)性大。基于綠色化學(xué)教學(xué)理念，可以使用［SiO2/SO2－4］作為濃硫酸的替代物，既能減少污染，還能提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)率，且這種物質(zhì)還具有可再生利用性。3.2.3使用綠色氧化劑有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)———己二酸制備可以將其中的氧化劑進(jìn)行替換，以達(dá)到綠色實(shí)驗(yàn)與綠色教學(xué)的目的。乙二酸可以用于尼龍－6，6的生產(chǎn)，這種單體的制備通常以硝酸作為實(shí)驗(yàn)氧化劑，但是這種物質(zhì)可以產(chǎn)生氮氧化物等有毒氣體，若是使用過(guò)氧化氫作為氧化劑，那么所產(chǎn)生的副產(chǎn)物只是水，不具有污染性，也非常安全。

4結(jié)論

綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)與綠色化學(xué)教育是素質(zhì)教育的根本性要求，符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)校應(yīng)將二者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以確?；瘜W(xué)教學(xué)的安全與無(wú)害。

參考文獻(xiàn):

［1］陸泉芳，俞潔.化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化研究［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2004(12)．

［2］宋桂苓.綠色有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索和實(shí)踐［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2006(8).

作者：尹永奎 侯雨彤 李瑩 師冬菊 張海峰 單位：牡丹江醫(yī)學(xué)院 牡丹江市紅旗醫(yī)院