本文摘要:實驗室配備基本的防護設備,能夠預防事故的產(chǎn)生,并且在事故發(fā)生后將危害的程度降到最
實驗室配備基本的防護設備,能夠預防事故的產(chǎn)生,并且在事故發(fā)生后將危害的程度降到最小。本篇中學化學論文長多學校都沒有配備實驗服;防護眼鏡、手套和口罩;眼睛沖洗器和全身噴淋裝置。在實驗中常會有學生眼睛、手被液體燙傷,或者使用酒精燈不當起火等事故的發(fā)生,所以要防患于未然,做好防護的工作?梢园l(fā)表中學化學論文的期刊有《中學化學》(月刊)創(chuàng)刊于1983年,是由哈爾濱師范大學主辦的教育刊物。以加速普教改革步伐,推動化學教育理論和專業(yè)基礎理論的研究,提高化學教育水平,為培養(yǎng)人才、出更多更好的科研成果服務。本刊出版對象為:全國各地中學(包括中專、中師、職中等)教師,中學教研員及所有教育研究科研工作者。加速普教改革步伐,推動化學教育理論和專業(yè)基礎理論的研究,提高化學教育水平,為培養(yǎng)人才、出更多更好的科研成果服務。
中學化學實驗綠色化的實施研究,《中學化學新課程標準》規(guī)定:課程的設計要“體現(xiàn)綠色化學思想”,要讓學生了解“在化工生產(chǎn)中遵循‘綠色化學’思想的重要性”;同時要求通過化學實驗使學生“樹立綠色化學思想,形成環(huán)境保護的意識”;“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值觀。”顯然,新課程標準極其重視綠色化學思想的形成和應用。
綠色化學是人類和自然和諧的化學,是使人類可持續(xù)性發(fā)展的化學。“化學實驗綠色化”就是在滿足化學教學要求的前提下,設計的化學實驗徹底消除或盡量減少使用和產(chǎn)生有害物質(zhì),從源頭上消除化學實驗對環(huán)境和人類健康的負面影響;瘜W實驗綠色化的目的是,改變只要有化學實驗就會產(chǎn)生環(huán)境污染的現(xiàn)狀,從可持續(xù)性發(fā)展的角度研究化學實驗,盡量減少化學實驗對環(huán)境的污染。
化學實驗的目的是研究物質(zhì)的性質(zhì),所以必然會涉及一些有毒害性的物質(zhì),實驗是否會產(chǎn)生污染以及污染的嚴重程度主要受到諸多因素的影響,例如:反應物的性質(zhì)和試劑的用量、反應原理和條件、實驗設備和裝置、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。能否找出兩全之策,既保證實驗研究又可減少污染?因此,筆者從以下方面對化學實驗綠色化的實施進行研究。
一、反應物的選擇和使用
中學化學實驗中所用藥品往往有毒性,要實現(xiàn)化學實驗的綠色化,首先必須從源頭上制止化學污染的生成。因此,在研究有毒物質(zhì)的性質(zhì)時,對于有害反應物的處理要特別當心,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。對于實驗中涉及的有毒害作用的反應,要根據(jù)毒性的大小,在保證實驗現(xiàn)象的條件下盡可能地廢除毒性大的實驗。
對于不得不使用的、無法替代的有毒害物質(zhì),應該盡量控制使用,很多藥品的濃度、用量都應采用最少量原則。例如,在研究濃度對化學平衡的影響實驗中,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,硝酸銀濃度只要 0.1%就足夠了。這些改動都減少了實驗藥品的濃度,但是一點沒有影響實驗效果。
二、實驗廢棄物的排放和處理
實驗室排放的廢水、廢氣,盡管不多,但卻是瞬時高濃度的排放,這些污染物卻會持續(xù)地破壞我們生存的環(huán)境。因此,對于實驗生成物以及中間產(chǎn)物的毒害性的大小,應該研究、制定不同的后處理方法。對于會產(chǎn)生毒害物的實驗,應該在實驗方案中設計無害化排放,同時制訂適當?shù)脑瓌t。對于難于處理的物質(zhì),可以采用集中處理的方法。
例如,苯的硝化實驗產(chǎn)生的硝基苯是一種劇毒物質(zhì),應該集中回收處理,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,能長時間保持不變。由于其在水中有一定的溶解度,造成的水體污染會持續(xù)相當長的時間。當濃度為 5mg/L時,被污染水體呈黃色,有苦杏仁味。當濃度達 100mg/L 時,水幾乎是黑色,并分離出黑色沉淀。當濃度超過 33mg/L 時可造成魚類及水生生物死亡。一個這樣的演示實驗,產(chǎn)生的硝基苯大約就是 1 克,這樣至少約污染 200L 水。但由于學校的回收能力有限,因此教育主管部門應有專人負責統(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。
筆者認為,化學廢物處理是個較復雜的課題,涉及到處理方法、原理及相關知識,是基礎化學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
化學實驗中有的實驗剩余物,只要簡單處理就可以作為其他實驗的反應物。
例如,在講解極性分子和非極性分子的知識時,用帶電玻璃棒接近四氯化碳液流,液流沒有偏轉,證明四氯化碳是非極性分子。這個實驗做完之后,四氯化碳除了揮發(fā)掉一些,其他并沒有任何變化,可以作為萃取實驗的原料。對于萃取實驗使用過的有機溶劑四氯化碳,如果廢棄了,不僅污染了環(huán)境,而且會產(chǎn)生一些其他的隱患?梢杂幂^濃的 NaOH 溶液進行洗滌、分液,最后又可以重新得到四氯化碳,可以作為下次進行萃取實驗的藥品。這樣,在反應當中四氯化碳幾乎沒有損耗,對環(huán)境的排放量幾乎為零,實現(xiàn)了四氯化碳的零污染。
回收一些實驗剩余的藥品,既節(jié)約經(jīng)費,又利于環(huán)保。只要我們提高了化學實驗綠色化的意識,設計實驗物質(zhì)回收的“網(wǎng)絡”,充分利用實驗藥品,一定能夠物盡其用,降低實驗成本。
四、實驗裝置和設備的改進
筆者以具體的綠色化的實驗設計實例進行說明。
例如:改進二氧化硫的制取和性質(zhì)實驗
實驗操作:在大小為“55mm×10mm”的兩面膠的一面依次貼上藍色石蕊試紙條一個,濾紙條三個。這三個濾紙條在實驗前用蒸餾水濕潤,并依次用品紅溶液、酸性KMnO4溶液、氫硫酸溶液濕潤。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(以活塞抽動與液體進入均不接觸紙條為準)。
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且注射器可以向該側略傾斜)。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,反應立即進行(反應時需注意活塞不要向下滑動,以免液體流出,在反應時吸液口最好不要脫離濃H2SO4的液面),1分鐘左右可以看到藍色石蕊試紙變紅(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(SO2的氧化性)。實驗完畢后將NaOH溶液吸入針筒,對其中的氣體及殘余液進行處理。
實驗優(yōu)點:整個實驗過程中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,通過一個實驗研究了二氧化硫的多個性質(zhì),實驗所用藥品少,對環(huán)境幾乎沒有污染。
這個實驗還表明,利用注射器和使實驗試紙化,既能使反應在密閉體系內(nèi)進行,又能減少實驗的藥品消耗和實驗次數(shù),節(jié)約實驗時間。很多會產(chǎn)生毒害物質(zhì)的實驗都可以參考這種設計思路進行設計。
只要不拘泥于書本中現(xiàn)成的實驗方案,在實驗中不斷創(chuàng)新,大膽探索新方案,并收集使用別人的好經(jīng)驗,使生毒害性物質(zhì)的實驗就能變成綠色化實驗,為化學實驗的綠色化作出貢獻。
五、防護設備的選擇和使用
另一方面,化學實驗室的空間有限,在做一些會產(chǎn)生刺激性氣體的實驗或使用揮發(fā)性溶劑的實驗時,會充滿毒氣,雖然實驗室一般會安裝排氣扇,這不過是將有害氣體排放到別的空間、進行稀釋而已,沒有從根本上解決問題。因此,根據(jù)化學實驗的特點和通用教室的布局特點,設計、配備回收式通風裝置是很必要的。
總之,筆者認為要減少化學實驗污染、實現(xiàn)可持續(xù)性的化學實驗設計綠色化,應盡量做到選擇的實驗,其反應物和生成物無污染或污染小。如果是污染性較強的反應物,應考慮替換,無法替換的應該在保證現(xiàn)象的前提下限量使用,或者在密閉的裝置內(nèi)進行實驗;如果是污染性較強的生成物應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;應該努力開發(fā)新的實驗方法和實驗儀器,替換有的會產(chǎn)生環(huán)境污染的實驗方法。同時,化學實驗在設計、準備、實驗過程、廢物處理等方面,也應該貫穿綠色化學的思想,努力減少化學實驗對環(huán)境的污染,力求把學生培養(yǎng)成具有環(huán)境保護意識的人。為了更好地滿足新課程改革的需要,充分適應新時代的要求,教師應該努力實現(xiàn)綠色化學實驗的可持續(xù)性大發(fā)展。
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