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化学实验课绿色化探索与实践
来源查字典化学网| 2017-09-09 发表| 230 人浏览| 教学经验分类:化学论文

教学经验

分析化学实验是一门是以实验操作为主的基础课程,重点在培养学生的实验操作技能与创新意识。本文主要论述了通过优化实验教材内容,减少化学试剂用量,推行多媒体技术模拟实验以及妥善处理实验室废液等方法,探讨了实现分析化学实验绿色化的途径。

关键词:分析化学实验;绿色化学;环境保护

分析化学实验是一门是以实验操作为主的技能课程,是化工、环境、生物、农林、医药、食品科学等专业的基础课程之一,其实验内容覆盖面广泛,涉及到的试剂药品种类繁多,且多数为常量实验,有毒实验约占50%以上。近十年来,随着我国高等教育的迅速发展和科学研究规模的不断扩大,地方高校中与化学及化工相关的专业不断增多,分析化学实验的数量明显增加,实验室教学、毕业论文设计及高校教师的科研项目越来越多,学生及教师有更多的机会接触到有毒有害的污染物,地方高校分析化学实验的安全与环境保护已经成为地方高校不能忽视的问题[1,2]。绿色化学是又被称为友好化学,是一门利用化学技术与方法来降低或消除有害物质产生,从源头阻止污染的化学,是可持续发展战略在化学领域里的体现[3]。绿色化学实验是在绿色化学思想指导下,在保留常规实验的基础上,开展对分析实验绿色化的研究,内容从改进实验内容、减少化学试剂用量、采用多媒体技术模拟实验、妥善处理实验废液等方面进行考虑。

1在绿色化学的原则下,优化实验教材,合理安排实验排序

现在高校广泛使用的传统分析化学实验教材,由于编著的时间较早,教材内容没有体现绿色化学的原则,不能表现出时代性与创新性,学生长期使用这类教材不利于学生在课堂的学习中树立绿色化学的意识,不利于为国家培养出新型的高端技术型人才。在熟悉绿色化学原则的基础上,将绿色化学的理念融合进教学内容和教材改革之中,在教学大纲的规定下,以绿色化学为主线,结合分析化学实验的学科特点,将符合绿色化学原则的实验内容编入教材,在教材中添加绿色化学领域中的研究成果及实际应用,以及绿色化学相应的理论知识,介绍绿色化学的基本思想和技术,在分析化学实验课的课堂上,逐渐引导和培养学生的绿色化学的意识,实现分析化学实验的绿色化[4]。选择实验项目时,删减对环境污染较大的实验项目,用绿色分析化学实验代替非绿色化学的实验,选择毒性小、危害小、污染少的实验内容。如基础实验中铵盐中氮含量的测定,此实验是以甲醛法测定氮含量的方法,甲醛对人体有害,易挥发,教师及学生长时间吸入甲醛,对身体造成危害,损害了身体健康,根据绿色化学的原则,删除此实验;传统的实验教材中将苯酚的含量作为学习碘量法原理的实验,长时间在暴露在含苯酚的环境中,苯酚对人体的危害较大,选择碘量法测定葡萄糖的实验代替。可以灵活采用串联实验的方法合理安排实验顺序,达到化学药品的循环利用。通过调整实验教学计划,合理安排分析实验的项目和次序,充分利用相关反应,尽可能使得上个实验的产物能在下个实验中被利用上,且最好可以循环使用。它在一定程度上减轻了化学试剂对环境的污染,有利于环境保护[5]。例如,分析化学实验的教学安排有EDTA标准溶液的配制和标定,及铅、铋混合液中Pb2+、Bi3+的连续滴定。两个实验都要用到EDTA,前一个实验学生学习配制一定浓度的EDTA溶液后进行标定,而后一个实验需要用EDTA溶液对铅、铋混合液进行滴定,在实验安排上,就将EDTA标准溶液的配制和标定排在前面,这样第一次实验多配制的EDTA溶液正好可以用在第二个实验上,这样就避免倒掉和污染的问题了。通过对分析实验内容的改革和实验顺序的优化安排,可以减少有毒害的化学物质使用及药品循环重复利用,可以减少对环境的污染及危害,实现分析化学的绿色化[5]。

2减少化学试剂用量,将半微量分析实验代替常量实验

分析化学实验以常量滴定分析为主,常量的分析滴定所用的玻璃仪器的规格一般都是50mL滴定管,25mL移液管,250mL锥形瓶等,因为玻璃仪器的规格较大,所用化学试剂的用量大,费用高,对环境的污染更大,为了从源头上改变这种现象,在不能更换滴定仪器的条件下,为了做到绿色化就要在保证实验效果的提前下降低化学试剂的浓度。例如氯化物中氯含量的测定(莫尔法)是一个必做的实验,教材中要求硝酸银的浓度是0.1mol/L,由于硝酸银的价格高,银本身又属于重金属元素,不仅资源稀少而且大量的污水排放会造成环境污染。如果根据教材要求,硝酸银的浓度高,消耗量较大,不仅造成环境污染,而且实验的成本也不低。为了降低实验成本和保护环境,将实验中用到的硝酸银浓度从0.1mol/L降低到0.05mol/L;碘量法测定葡萄糖含量的实验中,教材中碘标准溶液的浓度要求是0.05mol/L,经过实验教师的研究比较,将碘标准溶液的浓度降低到0.02mol/L,其他药品用量相应的减少了,实验同样能达到精密度和准确度的要求。虽然半微量实验测定结果的准确度低于常量分析实验的准确度,但其测定结果的重现性较好,精密度高,终点变色敏锐,化学药品试剂用量减少,不仅减少有毒试剂对环境的污染,又降低了实验成本,符合绿色化学的基本原则,值得提倡[6,7]。

3利用计算机多媒体技术模拟实验,实现绿色化

传统的常规分析化学实验需要耗费大量的化学试剂及纯净的水资源,其中一些实验所涉及到的药品价格昂贵或药品的毒害性较大,还有某些实验在实验过程中会有产生一些有毒有害的气体,这样的实验对学生及教师的身体造成较大的危害。根据绿色化学的原则,我们将这类在过程中易产生危害人体健康及污染环境的实验或者需要加入大量有毒有害化学试剂且不易控制的传统实验,实验教师通过计算机多媒体技术对实验仪器及实验过程进行仿真,从而有效地控制和减少对环境的污染,最后达到绿色化学的目的。随着电子信息技术的迅速发展,开发虚拟实验,对传统的验证性实验进行改进,利用3D化学实验仿真实验室及Flash等软件,将虚拟实验教学更广泛的应用到实际教学中,对常规实验的装置、过程、现象及结果进行模拟,再辅助于动画和视频等多媒体技术,让学生在实验的课堂上更加直观和全方位的感受到到实验的动态过程,同样可以达到教学的目的。计算机多媒体模拟实验既可以让学生学会实验方法,又让危害人体健康、污染环境、试剂价格高昂的实验从根本上实现了绿色化[8]。

4重视实验室废液的处理及回收利用

分析化学实验中产生的废液较多,主要是分析实验过程中剩余试剂、溶剂、润洗玻璃仪器的试剂溶液及试剂瓶的洗涤水等。实验室废液按照污染程度可分为无污染、低浓度和高浓度。无污染性主要包括类似氯化钠的盐溶液和葡萄等非危险性质的试剂;低浓度地污染性的废液主要包括实验过程中所使用的低浓度低污染性的试剂、实验用水和各种玻璃仪器或者其他器具的润洗液和洗涤废水等;高浓度高污染废液主要是实验中使用的浓度过于高、有毒或者危害性较大的试剂等。分析实验中涉及到的废液多数为无机性废液,废液中主要含有重金属(铅、铋、铜、铬等)及金属的络合物。长期以来,实验室的废液排放并没有引起许多高校的重视,随着环境污染的不断加剧,学生随意将实验过程中产生的废液和实验完成后剩余的试剂直接倒入下水道中,这样的现象应该杜绝。每次实验结束后,应该要求学生将废液进行处理后排放或者二次利用。根据废液性质的不同,采用不同的处理方法:如酸、碱废液可以集中收回并定期进行相互中和处理;含氯化银的废液可以先加入适量的稀硫酸,搅拌后加入过量的铁屑,将氯化银转化为银以后再回收;《铅、铋混合液中Pb2+、Bi3+的连续滴定》实验中,废液中含有大量的铅、铋离子,选择硫化钠作为沉淀剂将铅、铋离子回收后,达到废液回收再利用的目的,既节约实验成本,又降低了含的铅、铋的废液直接排放后污染环境的影响,达到了实验的绿色化目标[9]。实践证明,通过以上四个方面的改革,有助于学生在分析化学实验课的课堂中树立绿色化学的理念,有利于学生创新能力的培养、有利于学生实验技能及综合素质的提高,同时分析化学实验的绿色化不仅可以节约实验成本,而且减少分析化学实验室对环境的污染与破坏,对环境保护具有重要的现实意义。

参考文献

[1]吴晓琼.分析化学实验的绿色化[J]科技信息,2008,7,393.

[2]殷馨,王海文.探索绿色化学之路改革化学实验教学[J],化工高等教育,2014(1):64~66.

[3]周淑晶.绿色化学[M].北京:化学工业出版社;2014:1~60.

[4]李杰.高级技工建筑专业化学教学中渗透绿色化学理念的分析[J]中国校外教育(下旬刊),2014,9:134.

[5]高喜平,赫玉欣,姚大虎等.如何实现无机实验的绿色化[J]化工时刊,2012,26(9):59~61.

[6]王芬.半微量分析化学实验研究与应用[J]沈阳农业大学学报,2003,34(3):217~218.

[7]谷春秀,王晓蕾,李颖等.微型实验的开发与研究分析专业常规实验微型化[J]生命科学仪器2012,10(6):1~8.

[8]凌育赵,计算机在化学实验绿色化的作用.[J]中山大学学报,2005,25(5):105~107.

[9]张学东,张宜欣,刘永红.化学分析实验室绿色环保化建设探讨[J]实验技术与管理,2013,29(3):357~359.

作者:张京京 何萍 单位:营口理工学院

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