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高校化学实验绿色化分析
来源查字典化学网| 2019-03-13 发表| 教学经验分类:化学论文

教学经验

从绿色化学提出的背景和绿色化学的概念引申出绿色化学的理念及指导思想。结合实际情况从教材的改革、实验方案和方式的优化及废液处理几个方面对高校化学实验的绿色化进行了初步的探索及实践,旨在减少环境污染,培养学生的绿色化学思维模式,将绿色化学的理念应用到今后的学习工作中。

关键词:环境污染;绿色化学;化学实验教学改革

二十世纪以来,化学化工研究有着突飞猛进的发展。对人类社会的进步产生了巨大的推动作用。但同时,也给人类赖以生存的自然环境造成了巨大的威胁。面临大气污染、臭氧层破坏、气候变暖、河海污染、淡水资源缺乏、物种减少等严重的环境危机[1],1991年美国化学会提出了绿色化学的概念。按照美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术,又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学[2],它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学打破传统先污染、后治理的理念,在始端就采用预防污染的科学手段,使得过程和终端都接近零排放或零污染。绿色化学以实现原子经济性为主要途径,即在获取新物质的转化过程中充分利用每个原料原子,从而实现零排放,因此可以充分利用资源,又不产生污染。文章根据笔者所在化学实验中心的实际教学情况,结合绿色化学的理念,对化学实验绿色化进行了如下几个方面的探索和改革。

1教材的绿色化

实验教材是实验教学内容的主要载体,根据绿色化学的要求和理念去改编实验教材。在符合教学大纲要求和保证学生掌握操作技能的同时,用无毒无害化学实验取代那些毒性大、污染严重、三废处理困难的实验。

2实验方案绿色化

利用化学技术和方法,研究、设计和改进实验方法和步骤,提高试剂利用率,减少实验过程中有害物、污染物的产生。例如设计串联实验。打破学科间、实验间的界限,将几个相关实验合理安排次序,使前面实验的产物成为后面实验的原料。这样提高了试剂的利用率,降低了实验成本,减少了污染。另一方面,学生在了解各实验之间相互联系的基础上,对几个相关实验也有了全局观与综合技能的训练,提高了学生的综合实验能力,培养了学生的绿色化学实验习惯。采用绿色化的原料,选取无毒无害的化学试剂,在化学反应过程中选取绿色化的催化剂和溶剂,从源头杜绝毒害和污染。例如物理化学实验中,反应速率常数的测定,选择绿色的过氧化氢作为化学试剂,进行测定过氧化氢催化分解的一级反应速率常数,进而得到与反应物浓度的关系,这样整个实验操作实现了零污染[3]。

3实验的微型化

在保证化学实验现象和结果的前提下,尽可能少的使用化学试剂。一些性质实验,总体降低各反应环节试剂的用量和浓度,实验容器也要尽可能的微小化。这样既降低了化学反应的成本,也减少了废液废固的产生,节约教学资源,降低污染。

4重视废液处理

在化学实验课中,将废液处理安排一定的课时。将实验过程中产生的废液及时处理,培养学生的绿色化学意识,养成良好的实验习惯。常用的废液处理方法有[4](1)酸碱中和法,用于处理酸含量小于3~5%,碱含量小于1~3%的酸性废液与碱性废液;(2)对于含汞、锌、铅、铜、锰等重金属离子的废液,在碱性条件(pH=8~10)下,加入硫化钠生成硫化物沉淀,静置分离后,将溶液调节pH为6~8后排放;(3)Cr(Ⅵ)对人体和环境有严重的危害,含Cr(Ⅵ)废液需在酸性条件下使用FeS04还原成Cr(Ⅲ),然后加入碱液,使其生成Cr(OH)3沉淀物,静置分离后,调节溶液pH为6~8后排放;(4)含银化合物废液的排放对鱼类等水生生物危害很大,通常采用硫化物沉淀和铝还原法处理;(5)对于含有H2S、NO2等废气的实验,应增加吸收装置,H2S可通入硫酸铜溶液中,Cl2、NO2、SO2可用碱吸收。对于上述处理过程中产生的少量废渣,可以找一个远离水源的地方掩埋于地下。

5高毒、高危化学实验的处理

对于一些易燃、易爆、危险、毒性高、污染重的实验,可以通过多媒体演示或仿真实验让学生直观地了解反应过程、看到实验结果。避免了实际操作的危险和污染,是化学实验绿色化的有效手段。

6结语

农业类高校的化学实验教学中心,担负着农、林、理工科类本科生的化学实验教学,需要依据绿色化学的指导思想不断地研究和改进实验教学各个环节,更有责任把绿色化学的理念带到课堂上,引导学生用绿色化学知识去解决问题,帮助学生建立起绿色化学思维模式,增强学生的环保意识,将绿色化学的可持续发展理念运用到今后的学习、工作中。

参考文献

[1]朱清时.绿色化学和新的产业革命[J].现代化工,1998(1):4-6.

[2]朱文祥.绿色化学和绿色化学教育[J].化学教育,2001(1):1-4.

[3]李军,许俊强,郭芳.基础化学实验的绿色化设计与实践[J].重庆理工大学学报,2013,27(8):58-61.

[4]胡世代.无机化学实验绿色化重要举措[J].实验室研究与探索,2004,23(7):50-55.

作者:梁敏 屠小菊 喻鹏 武芳芳 单位:湖南农业大学

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