本文摘要：實(shí)驗(yàn)室配備基本的防護(hù)設(shè)備，能夠預(yù)防事故的產(chǎn)生，并且在事故發(fā)生后將危害的程度降到最
實(shí)驗(yàn)室配備基本的防護(hù)設(shè)備，能夠預(yù)防事故的產(chǎn)生，并且在事故發(fā)生后將危害的程度降到最小。本篇中學(xué)化學(xué)論文長(zhǎng)多學(xué)校都沒有配備實(shí)驗(yàn)服;防護(hù)眼鏡、手套和口罩;眼睛沖洗器和全身噴淋裝置。在實(shí)驗(yàn)中常會(huì)有學(xué)生眼睛、手被液體燙傷，或者使用酒精燈不當(dāng)起火等事故的發(fā)生，所以要防患于未然，做好防護(hù)的工作�？梢园l(fā)表中學(xué)化學(xué)論文的期刊有《中學(xué)化學(xué)》(月刊)創(chuàng)刊于1983年，是由哈爾濱師范大學(xué)主辦的教育刊物。以加速普教改革步伐，推動(dòng)化學(xué)教育理論和專業(yè)基礎(chǔ)理論的研究，提高化學(xué)教育水平，為培養(yǎng)人才、出更多更好的科研成果服務(wù)。本刊出版對(duì)象為：全國各地中學(xué)(包括中專、中師、職中等)教師，中學(xué)教研員及所有教育研究科研工作者。加速普教改革步伐，推動(dòng)化學(xué)教育理論和專業(yè)基礎(chǔ)理論的研究，提高化學(xué)教育水平，為培養(yǎng)人才、出更多更好的科研成果服務(wù)。
中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的實(shí)施研究，《中學(xué)化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：課程的設(shè)計(jì)要“體現(xiàn)綠色化學(xué)思想”，要讓學(xué)生了解“在化工生產(chǎn)中遵循‘綠色化學(xué)’思想的重要性”;同時(shí)要求通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生“樹立綠色化學(xué)思想，形成環(huán)境保護(hù)的意識(shí)”;“初步形成人和自然和諧發(fā)展的觀念，初步樹立可持續(xù)發(fā)展的思想和正確的價(jià)值觀。”顯然，新課程標(biāo)準(zhǔn)極其重視綠色化學(xué)思想的形成和應(yīng)用。
綠色化學(xué)是人類和自然和諧的化學(xué)，是使人類可持續(xù)性發(fā)展的化學(xué)。“化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化”就是在滿足化學(xué)教學(xué)要求的前提下，設(shè)計(jì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)徹底消除或盡量減少使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)，從源頭上消除化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響�；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的目的是，改變只要有化學(xué)實(shí)驗(yàn)就會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的現(xiàn)狀，從可持續(xù)性發(fā)展的角度研究化學(xué)實(shí)驗(yàn)，盡量減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是研究物質(zhì)的性質(zhì)，所以必然會(huì)涉及一些有毒害性的物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)是否會(huì)產(chǎn)生污染以及污染的嚴(yán)重程度主要受到諸多因素的影響，例如：反應(yīng)物的性質(zhì)和試劑的用量、反應(yīng)原理和條件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和裝置、產(chǎn)物的特性等等。這些因素相互緊密聯(lián)系，而且在一定條件下息息相關(guān)。能否找出兩全之策，既保證實(shí)驗(yàn)研究又可減少污染?因此，筆者從以下方面對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的實(shí)施進(jìn)行研究。
一、反應(yīng)物的選擇和使用
中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用藥品往往有毒性，要實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，首先必須從源頭上制止化學(xué)污染的生成。因此，在研究有毒物質(zhì)的性質(zhì)時(shí)，對(duì)于有害反應(yīng)物的處理要特別當(dāng)心，盡可能使無毒、或毒性小的物質(zhì)過量，以使有毒物質(zhì)完全反應(yīng)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中涉及的有毒害作用的反應(yīng)，要根據(jù)毒性的大小，在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的條件下盡可能地廢除毒性大的實(shí)驗(yàn)。
對(duì)于不得不使用的、無法替代的有毒害物質(zhì)，應(yīng)該盡量控制使用，很多藥品的濃度、用量都應(yīng)采用最少量原則。例如，在研究濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響實(shí)驗(yàn)中，硫氰酸鉀、三氯化鐵溶液的濃度可由 0.01mol/L 降為 0.0005mol/L;配制銀、氨溶液，硝酸銀濃度、氨水濃度也可由 2%降為 1%，一般離子檢驗(yàn)，硝酸銀濃度只要 0.1%就足夠了。這些改動(dòng)都減少了實(shí)驗(yàn)藥品的濃度，但是一點(diǎn)沒有影響實(shí)驗(yàn)效果。
二、實(shí)驗(yàn)廢棄物的排放和處理
實(shí)驗(yàn)室排放的廢水、廢氣，盡管不多，但卻是瞬時(shí)高濃度的排放，這些污染物卻會(huì)持續(xù)地破壞我們生存的環(huán)境。因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)生成物以及中間產(chǎn)物的毒害性的大小，應(yīng)該研究、制定不同的后處理方法。對(duì)于會(huì)產(chǎn)生毒害物的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)方案中設(shè)計(jì)無害化排放，同時(shí)制訂適當(dāng)?shù)脑瓌t。對(duì)于難于處理的物質(zhì)，可以采用集中處理的方法。
例如，苯的硝化實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的硝基苯是一種劇毒物質(zhì)，應(yīng)該集中回收處理，做到零排放。硝基苯在水中具有極高的穩(wěn)定性，傾倒在水中的硝基苯，以黃綠色油狀物沉淀水底，能長(zhǎng)時(shí)間保持不變。由于其在水中有一定的溶解度，造成的水體污染會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)濃度為 5mg/L時(shí)，被污染水體呈黃色，有苦杏仁味。當(dāng)濃度達(dá) 100mg/L 時(shí)，水幾乎是黑色，并分離出黑色沉淀。當(dāng)濃度超過 33mg/L 時(shí)可造成魚類及水生生物死亡。一個(gè)這樣的演示實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的硝基苯大約就是 1 克，這樣至少約污染 200L 水。但由于學(xué)校的回收能力有限，因此教育主管部門應(yīng)有專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一回收并利用這些廢棄物，予以集中處理，或聯(lián)系廠家，作為原材料，不能隨意丟棄。
筆者認(rèn)為，化學(xué)廢物處理是個(gè)較復(fù)雜的課題，涉及到處理方法、原理及相關(guān)知識(shí)，是基礎(chǔ)化學(xué)課程無法也不可能完成解決的。
三、剩余物質(zhì)的回收和再利用
化學(xué)實(shí)驗(yàn)中有的實(shí)驗(yàn)剩余物，只要簡(jiǎn)單處理就可以作為其他實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物。
例如，在講解極性分子和非極性分子的知識(shí)時(shí)，用帶電玻璃棒接近四氯化碳液流，液流沒有偏轉(zhuǎn)，證明四氯化碳是非極性分子。這個(gè)實(shí)驗(yàn)做完之后，四氯化碳除了揮發(fā)掉一些，其他并沒有任何變化，可以作為萃取實(shí)驗(yàn)的原料。對(duì)于萃取實(shí)驗(yàn)使用過的有機(jī)溶劑四氯化碳，如果廢棄了，不僅污染了環(huán)境，而且會(huì)產(chǎn)生一些其他的隱患�？梢杂幂^濃的 NaOH 溶液進(jìn)行洗滌、分液，最后又可以重新得到四氯化碳，可以作為下次進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)的藥品。這樣，在反應(yīng)當(dāng)中四氯化碳幾乎沒有損耗，對(duì)環(huán)境的排放量幾乎為零，實(shí)現(xiàn)了四氯化碳的零污染。
回收一些實(shí)驗(yàn)剩余的藥品，既節(jié)約經(jīng)費(fèi)，又利于環(huán)保。只要我們提高了化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的意識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)物質(zhì)回收的“網(wǎng)絡(luò)”，充分利用實(shí)驗(yàn)藥品，一定能夠物盡其用，降低實(shí)驗(yàn)成本。
四、實(shí)驗(yàn)裝置和設(shè)備的改進(jìn)
筆者以具體的綠色化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行說明。
例如：改進(jìn)二氧化硫的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)操作：在大小為“55mm×10mm”的兩面膠的一面依次貼上藍(lán)色石蕊試紙條一個(gè)，濾紙條三個(gè)。這三個(gè)濾紙條在實(shí)驗(yàn)前用蒸餾水濕潤(rùn)，并依次用品紅溶液、酸性KMnO4溶液、氫硫酸溶液濕潤(rùn)。兩面膠的另一面用玻璃棒引著貼在注射器(20mL以上)的內(nèi)壁偏下位置(以活塞抽動(dòng)與液體進(jìn)入均不接觸紙條為準(zhǔn))。
向注射器筒內(nèi)放人0.5g左右的Na2SO3固體(為防止Na2SO3固體堵塞針頭出口，在放入的過程中，藥品可以放在偏離針頭出口的一側(cè)且注射器可以向該側(cè)略傾斜)。然后推人活塞(注意活塞不要接觸試紙)，吸人1 ml左右的濃H2SO4，反應(yīng)立即進(jìn)行(反應(yīng)時(shí)需注意活塞不要向下滑動(dòng)，以免液體流出，在反應(yīng)時(shí)吸液口最好不要脫離濃H2SO4的液面)，1分鐘左右可以看到藍(lán)色石蕊試紙變紅(SO2的酸性)，品紅溶液褪色(SO2的漂白性)，KMnO4溶液褪色(SO2的還原性)，附有氫硫酸溶液的濾紙上出現(xiàn)醒目的白色斑點(diǎn)(SO2的氧化性)。實(shí)驗(yàn)完畢后將NaOH溶液吸入針筒，對(duì)其中的氣體及殘余液進(jìn)行處理。
實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中SO2控制在“零污染”的水平，氫硫酸溶液紙條上出現(xiàn)的硫可以非常明顯地看出，表明SO2被還原，硫元素完全以單質(zhì)硫的形式存在。這樣，通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)研究了二氧化硫的多個(gè)性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)所用藥品少，對(duì)環(huán)境幾乎沒有污染。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)還表明，利用注射器和使實(shí)驗(yàn)試紙化，既能使反應(yīng)在密閉體系內(nèi)進(jìn)行，又能減少實(shí)驗(yàn)的藥品消耗和實(shí)驗(yàn)次數(shù)，節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。很多會(huì)產(chǎn)生毒害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)都可以參考這種設(shè)計(jì)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。
只要不拘泥于書本中現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)中不斷創(chuàng)新，大膽探索新方案，并收集使用別人的好經(jīng)驗(yàn)，使生毒害性物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)就能變成綠色化實(shí)驗(yàn)，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化作出貢獻(xiàn)。
五、防護(hù)設(shè)備的選擇和使用
另一方面，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的空間有限，在做一些會(huì)產(chǎn)生刺激性氣體的實(shí)驗(yàn)或使用揮發(fā)性溶劑的實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)充滿毒氣，雖然實(shí)驗(yàn)室一般會(huì)安裝排氣扇，這不過是將有害氣體排放到別的空間、進(jìn)行稀釋而已，沒有從根本上解決問題。因此，根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和通用教室的布局特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、配備回收式通風(fēng)裝置是很必要的。
總之，筆者認(rèn)為要減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)污染、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)綠色化，應(yīng)盡量做到選擇的實(shí)驗(yàn)，其反應(yīng)物和生成物無污染或污染小。如果是污染性較強(qiáng)的反應(yīng)物，應(yīng)考慮替換，無法替換的應(yīng)該在保證現(xiàn)象的前提下限量使用，或者在密閉的裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);如果是污染性較強(qiáng)的生成物應(yīng)該做到有效地回收和處理;能循環(huán)利用的物質(zhì)盡量回收利用;應(yīng)該努力開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器，替換有的會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的實(shí)驗(yàn)方法。同時(shí)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程、廢物處理等方面，也應(yīng)該貫穿綠色化學(xué)的思想，努力減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染，力求把學(xué)生培養(yǎng)成具有環(huán)境保護(hù)意識(shí)的人。為了更好地滿足新課程改革的需要，充分適應(yīng)新時(shí)代的要求，教師應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可持續(xù)性大發(fā)展。
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