让化学实验常开绿色之花

摘要：实验是学习化学的基础，保护环境是我们永恒的主题。绿色化学是可持续发展的需要，化学实验绿色化是社会发展的需要，是学生身心健康发展的需要，是进行环境教育的需要。本文在论述“高中化学实验绿色化”意义的基础上，讨论了如何在化学实验中做到化学实验的绿色化，从而达到在源头上消除污染，保护环境的目的。

关键词：化学实验；绿色化；环境；设计

    化学是一门以实验为基础的自然科学。《普通高中化学课程标准》的基本理念中明确提出要通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究意识，促进学习方式的转变，在实践中培养学生的创新精神和实践能力。

绿色化学（Green Chemistry）于1991年由美国化学会首次提出。它是指设计研究没有或尽可能少的环境负面作用，并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程，包括原料和试剂在反应中的充分利用（原子经济性），是实现化学污染防治的基本方法和科学手段，是一门从源头上阻止污染的化学。

《普通高中化学课程标准(实验)》中规定必修课程的设计要“体现绿色化学思想”，要让学生了解“在化工生产中遵循‘绿色化学’思想的重要性”，还将“树立绿色化学思想”作为《实验化学》选修模块“化学实验基础”主题的第三条“内容标准”，并将“形成绿色化学的观念”作为《实验化学》选修模块的课程目标之一。这在以往的化学教学大纲中是从未有过的，表明新课程标准的制定非常重视绿色实验化学思想的形式和应用。

“化学实验绿色化”就是在满足教学要求的前提下，设计的化学实验彻底消除或尽量减少使用和产生有害物质，从源头上消除化学实验对环境和人类健康的负面影响。化学实验绿色化的目的是，改变只要有化学实验就会产生环境污染的现状，从绿色化学的角度研究化学实验，尽量减少化学实验对环境的污染。绿色化学实验是化学教学中实施创新教育的重要内容和必要保证。我们可以通过以下四个步骤来实现化学实验的绿色化。

一、在思想上树立化学实验绿色化的观念。

“绿色化学”它不同于“环境化学”， 它是一门从源头上阻止污染的化学。从环境的治理到绿色化学思想的提出，是人类对如何解决环境问题在认识上的一次飞跃。绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下，用预防化学污染的新思想、新方法和新技术，对常规实验进行改革而形成的化学实验的新方法。新课程教科书的编写非常重视化学实验的绿色化，增加了很多环境保护的知识，也删除了一些毒害性较大的实验。因此我们在平时的教学活动中，要注意在教学的各个步骤对学生进行化学实验绿色化思想的渗透，通过各种不同途径，如研究性学习、地方课程、课外兴趣小组等让学生体验化学实验绿色化，让每一位学生都能树立绿色化学观念和环境保护意识。

二、在实验设计时考虑绿色化

在化学实验中体现绿色化学思想，应首先重视化学实验设计的绿色化，即选取绿色化的原料、采用“原子经济性”的化学反应，使所获得的产物绿色化。所以要想在实验中做到绿色化，最重要的是能够做

图1化学实验的绿色化设计示意图

到实验方案设计上的绿色化。在实验设计过程中，我们老师要积极查阅相关资料，充分考虑试剂的用量、有毒物质的使用和三废的排放等问题，根据化学教学需要，发现、设计或选择没有污染和安全的实验取代那些污染严重或危险性大的实验。对于一个最佳的绿色实验方案，在设计时要充分体现“微(微型化)”、“密(密封性)”、“组(组合实验)”、“代(新型替代品)”、“改(改进实验)”等思想。对于一个具体的化学实验，我们可以按照以下示意图进行设计。

在铜和浓硝酸反应的实验中，我们可将铜片改为可调节高度的铜丝，待观察到比较明显的实验现象以后，我们就可以通过向上拉铜丝的方法让铜丝和浓硝酸分离，使反应停止，从而减少NO2有毒气体的产生。

在二氧化硫和硫化氢气体反应产物的实验探究中，反应原理如下：

实验室制取H2S的原理： FeS+2HCl==FeCl2+H2S↑

实验室制取SO2原理： Na2SO3+2HCl==2NaCl+SO2↑+H2O

SO2和H2S的反应（主反应）：SO2+2H2S==3S+2H2O

传统实验方法均利用上述反应先各自制取SO2和H2S，并进行收集，然后将两集气瓶口与口对接，再观察实验现象。这样的操作一则实验操作过程中会产生有HCl、SO2、H2S气体挥发、污染环境，二则实验过程中由于要各收集一集气瓶的气体，所以试剂的用量较大，造成不必要的浪费，

我们可以对实验方案重新进行设计，重设计后的实验方案如下：

取一分叉管，在两分叉处分别装入 Na2SO3和 FeS，然后迅速滴入盐酸，稍后塞好橡皮塞(让里边的空气排净)。可以非常清楚地观察到两种气体之间发生的反应而产生明显的实验现象。最后还可向分叉管中加入氢氧化钠溶液，吸收过量气体或者中和未反应的盐酸。用这种方法不仅可以减少试剂的用量，还可以防止因SO2、H2S、HCl的泄漏而造成的环境污染。

该方案不仅可以用于此实验，还可以用于氢氯混合爆炸实验，效果也非常的明显。

通过这样的实验方案设计，可以从源头上消除了化学污染物的产生，真正体现了化学实验绿色化的理念而且也能加强学生的环保意识

三、在实验过程中体现绿色化

在实验设计中已经考虑了绿色化，更重要的是要在实验过程中体现绿色化。在实验过程中的绿色化可以体现在以下几个方面：

1、 推广使用微型化学实验，节约药品，减少污染。

微型化学实验(microscale laboratory简写为M.L.)是一种在微型化的条件下对化学实验创新性变革的新技术和新方法，就是尽可能用少的药品来获取最有效的实验信息。微型化学实验具有减少污染、现象明显、快速、节约、安全等优点。虽然化学教材中的实验基本上规定的试剂用量都已经是克量级，但考虑到一个班级、一个学校有这么多的学生要做实验，如果每个学生在能够保证实验效果的基础上减少用量，不仅可以减少药品的浪费外，还可以减少对环境的污染。我们在实验过程中严格督促学生按量取用试剂，纠正学生取用药品“多多益善”的错误思想。在化学实验中试管是我们用到最多的实验仪器，我们可以用12×70 mm的小试管来代替常规试管，以减少试剂在器皿上的附着量。在用固体和液体不加热制取气体的实验装置中，可以将启普发生器微型化，改为分液漏斗和具支试管组装而成的简易装置，以减少试剂的用量。在《同周期、同主族元素性质的递变》这一探究实验中，高浓度的氯、溴对学生的人身会产生一定的毒害。因此，我们可以把氯水、溴水的浓度尽可能的降低以后，也可以取得比较明显的实验现象。

2、寻找新试剂来替代有污染、有毒的试剂。

绿色化学旨在从源头上消除污染，而不是对污染物的处理，所以我们尽量寻找替代品，来替代化学实验中的一些有污染、有毒的试剂。比如在做H2O2的分解实验时，我们往往采用MnO2固体做为催化剂，可这种强氧化剂处理不当会产生环境污染，结合生物上所学酶的知识，我尝试用生物活性酶——过氧化氢酶(猪肝磨碎即可)来代替，也取得了明显的实验效果，使用这种催化剂不但可以提高催化效率，更重要的是对环境不会产生任何的污染。在萃取操作的演示实验中，考虑到溴单质的剧毒性，我将CCl4萃取溴水的实验改为CCl4萃取碘水，这样既可以防止因溴蒸气的挥发而造成对学生的危害，也可以减少环境污染。

3、 妥善处理好化学实验中的废弃物。

化学实验产生的废水、废气、废渣等都会对周围环境造成不同程度的污染。如果我们对这些废弃物进行合理利用，不仅可以减少对环境的污染，还可以变废为宝。

对于废液的处理，实验室应建有专门的废酸槽和废碱槽。在实验操作中，要要求学生，每次实验完毕后的废液，一定要按指定处倾倒。一段时间后，将其进行中和达到规定的PH值后再进行排放。对于含贵重金属的废液，要经化学处理回收后再排放。严禁废液随意胡乱倾倒。比如做了银镜反应后，试管中的银镜用稀硝酸清洗后的废液可集中收集起来，可以回收其中的贵重金属银。

对于废气的处理要做好尾气的吸收或回收再利用。对于CO还原氧化铜实验中剩余的CO可以通过点燃使生成CO2的方法除去，对于Cl2等有毒气体的制取，要用相应的试剂进行除尾。

四、在实验报告中研讨绿色化

化学实验报告的书写是实验教学的重要环节，实验报告的书写是对整个实验的思考和总结。实验报告的书写不仅帮助学生能够理解和掌握实验的目的、意义、方法和技能，还能通过对实验现象和结果的分析得出自己的体会和结论，使学生的知识与能力得到升华,同时激发学生的学习兴趣，培养学生多观察、勤思考、善总结的科学素养。化学实验报告内容，除了要求学生记录实验中观察到实验现象并进行解释原因外，最重要的是对实验过程中出现的问题做进一步的探讨，并可因此对实验提出改进的设想和措施，能够做到下次实验的绿色化。在实验报告中探讨处理“三废”方面可做哪些具体的工作，可用什么样的设备来转化“三废”。还可让学生开动脑筋，设想对尾气的处理意见和废液的转化利用，如何变废为宝。

 绿色化学思想是一种化学科学、技术与社会、环境协调发展的思想，是社会对化学科学发展的新要求，它对于保护人类赖以生存的环境、实现人类社会的可持续发展具有重要意义。

要使中学化学实验绿色化，化学教育工作者一定要树立可持续发展的观念。教师在课堂教学、实验等方面，要始终贯彻绿色化学的思想，让学生了解绿色化学，树立起绿色化学实验意识。通过我们广大化学教育工作者的不断努力，一个绿色化的中学化学实验及实验教学新体系必将形成。

 新课程教学理念强调要实现三维目标，其中“过程与方法”、“情感态度与价值观”的实现，需要通过“知识与技能”为载体。另外，对学生的评价也离不开“知识与技能”。落实“知识与技能”，一定要上好习题课；习题课上的好，也有利于“过程与方法”、“情感态度与价值观”的实现；优秀的习题教学的课堂目标除了“知识与技能”目标，也应该有“过程与方法”、“情感态度与价值观”目标的实现。普通高中课程标准对习题有很具体的要求，特别提到“鼓励学生综合运用所学知识，从不同角度、不同层次进行思考，创造性的解决问题。”

现通过一道无机推断题的两个课堂教学案例对比，感受新课程教学理念在习题课中的落实策略。

一、案例展示

教材：人民教育出版社 高中化学必修一

课题：富集海水中的元素——氯

课型：习题课（已要求学生课下完成习题）

案例形式：课题教学片断——一个无机推断题的讲评

习题：

① A、B、C、D四种物质均含有元素X，有的还可能含有元素Y或者Z。元素Y、X、Z的原子序数依次递增。

      ② X在A、B、C、D中的化合价分别为0、－1、＋1、＋5。

      ③ 室温下单质A与某种常见一元强碱溶液反应，可得到B和C。

      ④ 化合物D受热催化分解，可制得元素Y的单质。

   请回答下列问题：

（1）写出元素X、Y、Z的元素符号：X：      ，Y：      ，Z       。

（2）写出A、B、C、D的化学式：A      ，B      ，C       ，D        。

（3）写出③中反应的化学方程式                                     。

（4）写出④中反应的化学方程式                                       。

课堂实录3-1

【教师】这道题的突破口在哪儿？

【学生】有的学生茫然状，部分学生快速读题，

部分学生回答：X的化合价有0、-1、+1、+5，可能是氯。

个别学生回答：根据②给的化合价，结合③说的变化。

还有学生回答：根据④。

【教师】我们先看化合价，主要根据哪个化合价判断是氯元素的？

【学生】部分学生回答：-1价。

【教师】对。接下来怎么做？

【学生】部分学生回答：根据③，氯气可以和氢氧化钠反应，刚好得到氯化钠和次氯酸钠反应。所以A是氯气，B是氯化钠，C是次氯酸钠。

【教师】很好。D是什么？

【学生】部分学生回答：氯酸钾。

【教师】好。

【教师】展示正确的答案。

课堂实录3-2

【教师】我们先阅读题，注意找解题的突破口。

【教师】读题，在关键的地方加重语气、放缓语速。

【学生】跟随教师读题，有的学生频频点头，有的学生恍然大悟状，有的学生眉头紧锁。

【教师】找到解题突破口的同学，请举手回答。

【学生】甲：②给的化合价，常见为-1价的元素是氯，可以判断X是氯元素。

        乙：③说A单质可以和常见一元强碱溶液（肯定是氢氧化钠）反应，A就是氯气。再根据②给的化合价，判断B是氯化钠、C是次氯酸钠。

        丙：是④，D受热催化分解，得到元素Y的单质，D就是氯酸钾、Y是氧气。

【板书】（在学生说的过程教师板书。）

【教师】同学们说的都有道理。现在自己检查原来做的答案对不对，如果不对请改正。

【学生】检查答案，订正。

【教师】请同学们分析一下，这道题考查了哪些知识？题目是否给了无用信息，即去掉某些信息能否得到答案？

【学生】重新分析题目所给信息和问题。

【师生】归纳习题考查的知识和分析信息是否有多余。

二、案例分析

课堂实录3-1，教师虽然注重学生的参与，但是太急于得出结果，不注重学生审题、解题习惯和能力的培养。同时，也反映出该教师对“学生参与到教学活动中”认识还不太到位。教师按照自己的解题思路，引导学生分析问题，对学生控制太多，不利于学生形成自己独有的解题思路。

课堂实录设计，首先，教师带领学生审题，强调找解题的突破口。审题是解题过程中，最重要的环节。读完题目，一个学生说出所找的“突破口”后，教师没有急于推导答案，而是继续让其他学生说出所找的“突破口”。这个过程教师很轻松，给学生时间，听学生说。传统教学中，教师说的太多，学生说的太少；教师听的太少，学生听的太多。教学活动应该是师生相互交流的过程，实施新课程，教师一定要创设学生说的实践、给学生说的时间，教师也要学会听学生说话，并对学生的话给予积极地回应。其次，学生把题中关键的信息点都挖掘出来后，教师又一次“舍得”给学生时间，让学生利用所列信息，再次审题、检查答案（找到症结），这样有利于不同水平的学生独立发展。最后，教师让学生归纳该推断题所考查的知识，以及评价题目（题目所给信息是否多余），为学生从多角度（不同层次）审视习题搭设了台阶。

前苏联心理学家维果茨基（1896-1934）提出最近发展区理论明确地指出：教学不能只适应发展的现有水平，走在发展的后面，而应适应最近发展区，从而走在发展的前面，并最终跨越最近发展区而达到新的发展水平。习题课除了让学生巩固所学知识，还要注意让学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观上有新的发展、提高。

参考文献：

[1]林美凤.高中化学实验绿色化的探索.中学生数理化(教研版)[J],2009(9):12-13.

[2]新课程标准制定组.高中化学新课程标准.普通高中化学课程标准,2003(12):8,17.

[3] 李琴  方光荣.中学化学实验绿色化的研究.中学学科网,2010(3):1.