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[关键词]化学实验教学;绿色化学教育;环境保护教育
“绿色化学”是伴随着绿色食品、绿色消费的生活概念而提出的。绿色化学换言之又称无害化学,是利用化学来防止环境污染的一种可取性措施。生活各方面不再使用有毒的有害物质以及妥善处理产生的废弃物,做到从根源上阻止污染的产生是绿色化学的使用理念。从根本上通过化学改善保护环境,推动工业生产发展是绿色化学的目标。以此我们应该在化学实验教学中加入绿色化学教育,使学生能够从化学的角度使用相关知识对环境污染作出分析以及对一些化学现象做出合理解释。绿色化学代表的不仅仅是一种理念,更是在生活实际操作中所带来的社会环境和经济方面的效益。我们要在化学实验和化学产品生产过程中最大可能地减少废弃物的排放问题,尽可能做到“零排放”,从根源上解决环境污染问题。
一绿色化学的核心涵义
绿色化学又为环境友好化学,通过利用化学的技术来对环境污染问题进行处理,来降低或者消除化学产品设计或者制造的过程中有害物质的产生,使设计的化学过程和环境更加环保友好,从而在源头上缓解化学污染的问题。绿色化学从原料的安全性、节能型以及友好型等方面评价化学反应的优势。原子利用率及环境因子则是绿色化学的核心内容。充分利用化学反应物中的每一个反应分子,从而在充分利用资源的同时又能防止环境污染。原子的利用率越高,那么相应的所产生的污染物就越少,环境因子越小,相应的对环境做成的污染也就越小。环境因子是在化学反应过程中,所生成的废物质量占目标产物质量的比重。把绿色化学融入化学实验教学中去,有效地减少化学实验中所产生的废弃物对环境造成的污染,培养了学生的环境绿化意识;化学这门自然学科与社会环境的联系十分密切,在化学实验中引入绿色化学教学模式,从而培养绿色化学人才。
二化学实验中引入绿色化学
1加强环境保护意识
化学实验实则是一个产生废弃物的过程,同时也是制造污染导致环境破坏的课程。当化学实验产生的废弃物顺着实验室的下水道排出时,污染物便会流入河中或者渗透进地下,那么一些有机物和重金属就会对土质、河流造成严重污染,从而损害人类健康,影响人们的正常生活,因此在化学实验教学中要不断渗透绿色化学的思想,对学生重视环境、爱护环境的习惯进行培养,养成好习惯。对待所产生的废弃物要进行及时回收处理,坚决不能随便倒泻,导致环境的污染。在化学实验室中需要分别设立“废酸回收瓶”和“废碱回收瓶”,对在化学实验中产生的废酸废碱进行回收。比如化学实验中,所产生的硫酸链霉素与硫酸铁产生反应后生成的结合物在进行倾倒之前,应该将其中规定的PH后排放,那么对实验室不能立即处理掉的有害物质比如破损温度计中的水银,就要妥善处理将其回收入瓶中用水封好,通过有机化合物等回收到指定容器内送进药品库进行统一处理。在这一过程中要特别注意,电池不能进行倒置,否则其中有害液体将渗出污染环境。
2加强绿色化学实验教学改革
绿色化学实验本就是化学实验教学课程中的教育创新内容,其指导方针是以绿色化学为主要内容,用预防化学污染的新思想、新方法以及新技术来对化学实验内容及教育方法进行相应的一定改进,极大减少实验室所产生的三废物质,也在一定程度上消除有害物质,来实现绿色化学的要求。比如在“二元溶液沸点组成图的绘制”实验进行了相应的改进,由原来的二元溶液一环乙烷改为乙醇一环乙烷。因为苯对人体有危害,同时也会造成环境污染,改为乙醇之后有效地对其所含毒性进行降低,并且对回收液进行重调沸点,再次利用。这样做不仅减少了化学试验成本还相应的降低了化学环境污染,使得乙醇一环乙烷被回收反复利用,不倒泻在环境中。
3开展化学的微型试验
绿色化学实验是在绿色化学的思想指导下,对常规的化学实验进行一定的教学改革从而形成的新的化学实验办法。通过大力开展微型的化学实验,主要通过改用常规的小容量仪器,在对实验方法实验操作不变的前提之下进行微型实验,从而减少了药品用量,以及反应物和造成的污染。而另一方面所进行微型实验会使整个实验过程更加安全、便捷,有效地减少了化学实验的成本经费。比如在进行硫酸链霉素水解速度常数以及乙酸乙酯皂化反应常数的化学测验时,从原定化学实验容器20ml改为10ml的取样,试剂的用量特别少,操作起来就相比之前更加迅速简练,重要的是采用微型容器不会对环境造成污染。
4重视实验产生的废弃液体回收处理
化学实验室所产生的废弃液体种类比较多但是量不是很大,我们通过结合实验内容,对废弃液体进行规整分类,将其分类储存在统一规定的容器之中,由专门的工作人员处理废弃液体。那么在对废弃液体进行处理的过程中就需要实验指导老师对其认真负责,注重培养学生的操作技能训练,引导学生对化学环境的保护意识。因此要求学生对于实验之后产生的废弃液体以及渣滓必须倒入制定的容器之中。实验室的工作人员及指导老师也必须具有高度的责任心,对各种废弃液体进行及时认真地收集。经过处理之后,达到国家允许排放标准即可排放。
三绿色化实验教学相应措施
1教学内容绿色化
在原有的教材实验基础之上,对实验的系列进行改造,对绿色化学实验的内容加以改造。在保证实验方法科学合理的同时,以保护环境为实验目的,进行化学实验。在实验中,化学实验产生的废弃物较多,回收利用的较少,对资源造成了浪费,形成化学实验的环境污染。在一些有毒气体制备的试验中,应对产生的尾气进行处理或者烧掉,最大程度地把有毒气体转为无毒或者毒性降解物。针对化学实验的大纲内容进行相应的调整安排,针对基础的化学操作进行重组并且相应地减少,将基础实践融入进化学实验中去,选取绿色无害的化学内容,对基础操作以及性质验证的化学实验所需的物质进行节省,从而减少对化学环境的污染。在安排实验项目内容时,按照大纲要求的基本实验操作步骤尽量分解在每次的滴定实验之中。在实验过程中本着绿色化学的思想原则直接训练学生使用吸量管、滴定管等容器的基本操作技能,而不必去分开单独练习。这样既节省了化学实验所需的实验时间又减少了开展化学相关实验所需要的药品开销,同样针对性地减少了环境污染。
2串联实验,充分利用
在大多数化学实验中,重络酸钾法测定铁是一个与生活紧密相关的经典实验,学生在此实验中可以掌握实验所证实还原的基本定法理论。那么在此同时,实验过程所需要的重络酸钾是一种非常稳定、氧化性适宜的滴定剂。通过串联实验做成一个系列实验,使得前部实验的产物应用于下个实验当中,在检查学生实验效果的同时还有效的增强了学生环境保护意识,达到物尽其用的效果。针对串联实验可见不仅减少了对药品方面的浪费,还相应地降低了对环境的污染。
3建立网上实验室,进行仿真实验
随着我国计算机技术的飞速发展,通过计算机对化学实验进行模仿已经是当下化学教学中摆脱传统物质实验的改革,它的发展不仅仅是教育方法技巧的更新,更是对保护自然资源缓解化学所造成的环境污染的一种方式。我们通过在网上建立化学实验室,将模拟实验有效地利用到化学实验课程中去,来达到化学教育的辅助教学目的。在模拟实验开始之前,要对学生进行组织观看各种仪器的操作及简要分析,通过计算机模拟实验对仪器进行仿真讲解以及实验过程的仿真操作,帮助学生完成化学实验的机理及仪器操作基本原理;进行传统化学实验中不应出现的违规化学操作,将后果展现给学生,让学生看到所产生后果的严重性,避免后果的产生。采用多媒体实验仿真手段,方便地解决了减少环境污染,深化绿色化学的理念。让学生在学习的基础之上理解掌握化学理论。不仅能够很好地解决传统化学实验中的不足,更是化学实验实现绿色化学事项的重要研究内容,也是减少化学实验室废弃物对环境造成污染的最佳途径。
参考文献
[1]王胜军.绿色化学教育[J].试题与研究(教学论坛),2014(20).
关键词:绿色化学 环境保护原始污染
当今时代,化学真正成为了一门最有用的科学。化学科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步起到了决定性的作用。目前,化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域。但另一方面,化学化工的发展为人类的生活改善提供了源源不断的能源和物质基础的同时,又造成了很多的能源和环境问题。随着化学品的大量生产和广泛应用,人类对全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和资源的减少日益关注。“绿色化学”的出现,为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新的希望。
绿色化学称环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。 它的核心内容是原子经济性,也是绿色化学的核心内容。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料;二是最大限度地减少了废物的排放。
渗透“绿色化学”思想:我国古代就有“不涸泽而渔,不焚林而猎”的保护自然环境的思想。今天,我们保护环境不仅要保护环境不受污染,而且要继承古代环境保护的思想,合理利用资源,以保证资源的永久利用。我们应该懂得保护环境就是保护我们自己。为了更好地保护环境,许多国家正在广泛地宣传环境保护思想,制定相应的法律法规。
还有就是白色污染是当今社会的一大公害,而且越来越受到公众和政府的关注。塑料作为人工合成的高分子材料,由于它有良好的成膜性、绝缘性、成型性、耐酸碱、耐腐蚀,外观鲜艳,而且它具有极其低廉的价格,随着石油化工的发展迅速成为人类不可缺少的一种材料。然而随着塑料的大量使用,废弃塑料难于降解,严重污染了人们所居住的环境,还有的塑料会引起人类新的疾病的产生。这种绿色意识,是人类重新审视自然的表现。传统观念中把人类和自然放在对立的位置上,人类总是妄图征服自然,操纵自然,为己所用,却完全不顾及自己赖以生存的环境破坏。而绿色意识把人看成是自然界中的一员,追求的是人与自然的统一以及人对自然的尊重。只有培养人类真正意义上的“绿色意识”,才能实现对环境,对人类更友善的化学――绿色化学。
因此,人类在生产、生活中都应贯穿绿色化学的思想,在生活中对其废弃物要妥善处理,决不能随意倾倒,造成环境污染,有的还可以变废为宝。如使用环保节能电池;使用太阳能热水器;使用节能灯;不食保护的野生动、植物等。如不使用难降解的一次性饭盒,少使用与废弃塑料袋,不乱扔废旧电池等。关注重大的绿色化学研究成果。如环境友好的海洋生物防垢剂,新配方汽油,环境友好柴油等。使用具有绿色环保标志的产品如绿色电冰箱,无磷洗衣粉,太阳能热水器等。当然我们要鼓励大家多骑自行车,少用机动车。
设计“绿色新工艺”:我国在环境资源、容量方面,总量虽大但人均拥有量很小。经济生产的特点是工业技术水平整体不高,能源和资源消耗及污染排放量高,乡镇企业比重还是很大,“三废”基本没有经过任何处理就四处排放,污染十分严重。人们既不能走先污染破坏,后治理恢复”的道路,也不能走“边污染,边治理”的道路,而应该采取我国政府制定的“全面规划,合理布局,综合利用,化害为利,依靠群众,大家动手,保护环境,造福人民”的环境保护方针,还要在化工工艺上采取更为绿色的、环保的工艺过程。绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
设计环保工艺:开展环境分析方法和标准化的研究,建立高灵敏度、高选择性、快速、自动化程度高的监测方法;开发新材料、新能源、用绿色化学工艺代替经典工艺;在制定污染物向环境排放量标准的同时与其他手段相结合,积极开展处理和利用废物的技术研究,变废为宝。三废的处理过程不应产生新的污染,这样才能实现减少或消除污染。更有实际意义的是绿色工艺的设计。开发和生产绿色产品。绿色产品是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康,产品具有合格的使用功能及使用寿命,产品易于回收、利用和再生,报废后易于处理,在环境条件下容易降解。如日常生活中适用的包装材料,用后可以进行再利用,如用再生纸作购物袋,用再生塑料制造各种容积,不但可节约宝贵的资源, 还可以减少固体废弃物的排放。
目前,随着绿色化学作为学科前沿方向的逐步形成, 在很短的时间内,通向绿色化学的各种途径已隐约可见。这说明绿色化学是有效的,也是有益的。从科学观点认识,绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展;从环境观点认识,它是从源头上消除污染;从经济观点认识,它合理利用资源和能源,降低生产成本,符合经济可持续发展的要求。其目的就是要把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”。
关键词:绿色化学,消除污染,环境治理
当今时代,化学成为了一门非常有用的科学。。化学科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步起到了决定性的作用。目前,化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域。但另一方面,化学化工的发展为人类的生活改善提供了源源不断的能源和物质基础,但同时又造成了很多的能源和环境问题。随着化学品的大量生产和广泛应用,人类对全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和资源的减少日益关注。人们逐渐发现, 仅依靠开发更有效的污染控制技术对改善环境是很有限的,而应该把注意力集中到原始污染的预防上则对消除污染更有效。“绿色化学”的出现,为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新的希望。
1.概念及核心内容
1.1概念
绿色化学又称环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。。
1.2核心内容
原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料;二是最大限度地减少了废物的排放。
2.渗透“绿色化学”思想
我国古代就有“不涸泽而渔,不焚林而猎”的保护自然环境的思想。今天,我们保护环境不仅要保护环境不受污染,而且要继承古代环境保护的思想,合理利用资源,以保证资源的永久利用。我们应该懂得保护环境就是保护我们自己。为了更好地保护环境,许多国家正在广泛地宣传环境保护思想,制定相应的法律法规。我国于1979年9月颁布了《中华人民共和国环境保护法(试行)》,并在1983年底召开的全国第二次环境保护大会上将保护环境确立为我国一项基本国策。
白色污染是当今社会的一大公害,而且越来越受到公众和政府的关注。塑料作为人工合成的高分子材料,由于它有良好的成膜性、绝缘性、成型性、耐酸碱、耐腐蚀,外观鲜艳,而且它具有极其低廉的价格,随着石油化工的发展迅速成为人类不可缺少的一种材料。
因此,人类在生产、生活中都应贯穿绿色化学的思想,在生活中对其废弃物要妥善处理,决不能随意倾倒,造成环境污染,有的还可以变废为宝。如使用环保节能电池;使用太阳能热水器;使用节能灯;不食保护的野生动、植物等。如不使用难降解的一次性饭盒,少使用与废弃塑料袋,不乱扔废旧电池等。关注重大的绿色化学研究成果。。如环境友好的海洋生物防垢剂,新配方汽油,环境友好柴油等。使用具有绿色环保标志的产品如绿色电冰箱,无磷洗衣粉,太阳能热水器等。当然我们要鼓励大家多骑自行车,少用机动车。
3.设计“绿色新工艺”
我国在环境资源、容量方面,总量虽大但人均拥有量很小。经济生产的特点是工业技术水平整体不高,能源和资源消耗及污染排放量高,乡镇企业比重还是很大,“三废”污染十分严重。以2006年甘肃徽县铅锭冶炼厂铅中毒事件为例,涉及村民2000多人,其中373人为儿童。这些儿童中,90%以上血铅超标,最高者血铅含量超标数倍,被诊断为重度铅中毒,被诊断为重度铅中毒年龄最小的孩子,只有1岁2个月。而成人中血铅超标也很普遍。依次来看,人们不仅不能走“先污染破坏,后治理恢复”的道路,也不能走“边污染,边治理”的道路,而应该采取我国政府制定的“全面规划,合理布局,综合利用,化害为利,依靠群众,大家动手,保护环境,造福人民的环境保护方针,还要在化工工艺上采取更为绿色的、环保的工艺过程。绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
3.1设计环保工艺
开展环境分析方法和标准化的研究,建立高灵敏度、高选择性、快速、自动化程度高的监测方法;开发新材料、新能源、用绿色化学工艺代替经典工艺;在制定污染物向环境排放量标准的同时与其他手段相结合,积极开展处理和利用废物的技术研究,变废为宝。三废的处理过程不应产生新的污染,这样才能实现减少或消除污染。更有实际意义的是绿色工艺的设计。如粉煤加压气化技术:该气化技术在高温高压下以粉煤为原料,纯氧作氧化剂生产合成气,气化炉采用拥有自主知识产权的多喷嘴对置式炉型。其工艺过程的特点是消耗低、煤种适应性广,碳转化率高,热效率高,适宜大规模放大等,是一项绿色的洁净煤利用技术。探索污染物的防治、转化、处理及综合利用的途径,积极改革旧工艺,探寻无污染或低排放的“绿色”新工艺。
3.2开发和生产绿色产品
绿色产品是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康,产品具有合格的使用功能及使用寿命,产品易于回收、利用和再生,报废后易于处理,在环境条件下容易降解。如日常生活中适用的包装材料,用后可以进行再利用,如用再生纸作购物袋,用再生塑料制造各种容积,不但可节约宝贵的资源,还可以减少固体废弃物的排放。再如目前大量使用的聚苯乙烯发泡塑料快餐盒,使用后成为白色垃圾,在自然条件下,需数百年方能降解,对环境带来严重的影响。为了加速它的自然降解,生产时可在其中加入光敏剂、化学助剂等,使其在使用后几个月内即分解成无害物质。逐步推广使用新配方汽油,减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学烟雾等对空气的污染。新配方汽油要求限制汽油的蒸汽压、苯含量,还将逐步限制芳烃和烯烃含量,还要求在汽油中加入含氧化合物,比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。这种新配方汽油的质量要求已推动了汽油的有关炼油技术的发展。
4.绿色化学与环境治理
目前,随着绿色化学作为学科前沿方向的逐步形成, 在很短的时间内,通向绿色化学的各种途径已隐约可见。这说明绿色化学是有效的,也是有益的。从科学观点认识,绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展;从环境观点认识,它是从源头上消除污染;从经济观点认识,它合理利用资源和能源,降低生产成本,符合经济可持续发展的要求。其目的就是要把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”。然而,必须指出的是, 绿色化学与环境治理是完全不同的概念。环境治理是对已被污染的环境进行治理,使之恢复到被污染前的面目;而绿色化学则是从源头上阻止污染物的生成,即所谓污染预防。因此,只有通过绿色化学的途径,从科学研究出发,发展环境友好化学、化工技术,才能解决环境污染与经济可持续发展的矛盾。另一关键问题是培养具有环境保护意识的人,树立可持续发展的观念。通过宣传,强化公众的环境意识。作为高等学校培养的各种层次的高素质人才,应努力学习有关知识,加强对保护环境,改善环境的责任感。创造一个清洁美好的生活环境是人类的共同愿望,给后代留下一个良好的环境,也是我们这一代人所必须履行的责任和义务!
相信随着科学技术的进步和人们绿色意识的提高,只要我们用好绿色化学技术,搞好经济,我们赖以生存的地球环境会变得更加美好。
【关键词】 化学实验 绿色化 污染 措施
化学是一门实验性学科,其化学实验是高校化工、生物、材料、师范类化学等专业的必修课程。化学实验室在履行其实验和试验功能的同时也向环境排放着大量的污染物质,这就带来了额外的化学环境问题,环境污染的加剧其因素之一是化学品引起的危害。因此,改善环境的迫切任务就使得“化学实验绿色化”应运而生。化学实验绿色化是以绿色化学的理念和方法为核心和基本原则对化学实验进行改进,使得化学实验过程达到绿色化的方法。
1. 绿色化学的概念
1984 年美国环保局( EPA ) 提出废物最小化, 基本思想是通过减少生产废物和回收利用废物达到废物最少, 这是绿色化学的最初思想。1989年美国环保局又提出了污染预防的概念, 它是指最大限度地减少生产场地产生的废物, 包括减少使用有害物质和更有效地利用资源, 并以此来保护自然资源。至此, 绿色化学的思想初步形成。1990年美联邦政府通过防止污染行动的法令, 第一次使用绿色化学一词。1992 年美国环保局又了污染预防战略。1995 年美国政府设立了总统绿色化学挑战奖。1999 年英国皇家化学会创办第一份国际性绿色化学杂志, 日本也制定了以环境无害制造技术等绿色化学为内容的新阳光计划, 绿色化学很快成为国际化学科学的前沿。
绿色化学( Green Chemistry) 又称环境无害化学( Environmental Benign Chemistry), 是指从污染预防的基本思想出发, 在化学品生产的始端就采用预防的科学手段, 整个过程和终端均为零排放或零污染, 它研究的中心问题是使化学反应及其产物具有以下特点: (1) 采用无毒、无害的原料;(2) 在无毒、无害的反应条件( 催化剂、溶剂) 下进行; (3) 具有原子经济性, 即反应具有高选择性, 极少副产品, 甚至实现零排放; (4) 产品应是对环境友好的; (5) 满足物美价廉的传统标准。
2. 大学化学实验绿色化的主要内容
化学实验绿色化主要内容包括: (1) 化学试剂绿色化。应选择无毒或毒性较小的试剂及利用可再生资源( 如生物质作试剂) 。(2) 溶剂绿色化。应尽量选择水作溶剂, 避免有毒有害和挥发性有机溶剂的使用, 特别是卤代烃类溶剂的使用。(3) 催化剂绿色化。应采用无毒无害无腐蚀性的物质作催化剂。(4) 反应条件绿色化。应选择无有毒副产物生成或有毒副产物生成最小化的反应条件。(5) 化学反应绿色化。应选择不产生“三废”的原子经济反应。(6) 反应产物绿色化。反应的生成物( 产物和副产物) 应无毒无害, 是环境友好产品。(7) 剂量绿色化。化学反应所需试剂、溶剂、催化剂的用量在保证实验效果的前提下, 要达到实验剂量最小化。( 8) 末端处理绿色化。对实验产生的“三废”进行无毒无害化处理,确保污染最小化。即化学反应全过程绿色化。
3. 大学化学实验绿色化的途径
3.1实验项目的选择
本着从源头制止污染, 而不是在末端治理污染的原则, 尽量选择低毒、污染较小且后处理容易的具有环保型的实验项目。在高校化学实验中, 性质实验是别人已设计好的验证性实验, 综合操作技能的要求不如制备实验要求高, 化学实验过程中消耗化学试剂种类繁多, 成本较高, 每看完一个实验现象, 就要弃去这批用过的试剂, 其中不乏一些有毒、有害物质, 这样不仅造成大量的浪费, 而且对环境造成一定的污染, 这与绿色办学理念相悖。因此提倡将性质实验进行压缩, 选取具有代表性的、低毒的性质实验来锻炼学生的基本操作技能。选择与环境保护密切相关的实验, 如硫酸铜提纯中产品的回收、水的总硬度的测定以及废旧电池的回收和利用等, 让学生了解有害物质对人体和环境的危害, 学习有害物质的鉴定、分离、提纯和回收利用等方法, 这是培养学生环境保护意识和能力的重要手段。
3.2分析方法的选择
测定同一物质含量的方法常常有多种, 可以选择使用无毒或低毒、污染小的试剂方法来进行同一目的的实验。
3.3替代性试剂的寻找
绿色化目标是将化学过程危害性降至最小。实验中要尽可能不用或少用危险化学品, 如易燃、易爆、有毒、刺激或有腐蚀性的, 特别是剧毒物质。要研究取代危险化学品特别是剧毒化学品的方法,尽可能地选择对人体和环境危害小的药品, 做到低毒化。即使无危害物质也应尽可能减少使用, 因为任何化学物质过多时都会污染环境。通过化学实验中用到的有毒、有害、易腐蚀药品, 使人们明白这些药品对环境、对人类健康的影响, 感觉到有毒有害物质在人们身旁, 体会到保护环境就是保护人类自己。
3.4密封仪器的使用
用密封的成套仪器来完成有毒的化学实验, 使仪器和药品循环使用, 不存在污染毒害。
3.5推广微型化学实验
被誉为化学实验的革命的微型化学实验是近20年来发展很快的一种化学实验方法、新技术。它是在微型化的仪器装置中进行的化学实验, 其试剂用量比相应的常规化学实验节省90% 以上, 是公认的以尽可能少的试剂来获取所需化学信息的实验原理与技术。微型化学实验室是绿色化学的组成部分, 它既能从源头上节约原材料和时间, 减少污染, 又具有安全、便捷、高效等优点, 是化学实验教学改革中的一个重要方面。
3.6引进微波、超声波技术
微波作为一种新型能量形式, 其促进化学反应速度可比传统的加热技术快数倍及至数千倍,具有反应条件温和、操作方便、时间短( 节能) 、产率高、产品易纯化、减少用量或不用溶剂、加热时微波设备本身几乎不辐射能量, 可避免环境高温, 改进工作环境, 对环境友好等优点。在化学实验中引入微波、超声波技术, 如微波辅助提取、微波消化、微波灼烧、超声催化, 不但能减少环境污染, 节约能源,是实现化学实验绿色化的一个重要方法。
3.7研究对基础化学实验废液的处理
化学实验要产生大量的废弃物, 如做完实验,把废液往水池中一倒, 自来水一冲, 不及时处理随意排放, 久而久之不仅对环境造成污染, 而且会淡化人们的环保意识, 养成不良的习惯。废液绝不可以倒入下水道, 应该设有废液缸, 作统一回收处理。
放弃有污染的传统化学实验, 探索传统化学实验的绿色化改造, 是化学实验工作的必然趋势。实现大学化学实验绿色化的途径还很多。总之,全面实现化学实验绿色化的道路还很漫长, 这期间, 不但需要对化学实验教学进行绿色化改革, 更需要高校化学教育工作者对化学实验绿色化的方法进行深入的研究与探索, 推动整个高等化学教育质量的提高。
参考文献:
[1] 朱清时. 绿色化学与可持续发展[J] . 中国科学院院刊, 1997( 6) : 415-420.
关键词:微型化学实验;教学模式
一、微型化学实验概念及特点
微型化学实验,即在尽可能少的使用化学试剂开展实验,其药品用量通常是常规实验的几十分之一甚至千分之一,却能够保证安全、经济的化学实验完成,达到绿色化学意义,微型化学实验的两个基本特征就是操作仪器的微型化和操作试剂的微量化,通过技术手段,将常规实验转变为微型实验。微型化学实验的普及,可以让化学试剂用量更少,节省了资源,并且在进行实验的过程中,符合了环保理念;此外,微型化学实验将实验仪器简化,帮助在课堂上能有更多的学生参与进化学试验中,提高其动手操作能力,体现了绿色化学发展理念,在日常化学课堂中值得推广。
微型化学实验还具有常规化学实验所不具备的相关特点,例如,更加节省操作成本,更加节省时间成本,安全性能良好,反应速率快、实验现象明显、污染减少等等,学生们能够在其中通过自己的操作感受到化学实验的各种操作过程和结果,使其能够在化学学习过程中实现自我思考、自作、自我解决问题、自我反思等一系列学习过程,也能够帮助学生在实验过程中树立绿色化学的意识。
二、微型化学实验开展的意义
微型化学实验实验在高中教学课堂上的广泛开展对于高中化学教学改革具有重要意义。
(一)重构了化学改革教育目标
随着素质教育的不断推进,素质教育对于化学改革目标又提出了新的要求。我们要在这个过程中以对于科学的不断探索为核心,不仅要让学生掌握化学实验的操作技术,更重要的是培养学生对高中于化学实验的宏观认识,使其在独立构思实验、独立创新实验方面有所建树,并且在这过程中树立绿色化学意识,培养正确的化学观。通过推进微型化学实验,其优良特性恰好符合素质教育对于学生化学能力培养的目标,切实保证了学生人人都能参与实验,并且在独立思考与创新时节省时间反复操作,微型化学实验的小剂量也能够充分保证学生实践操作的安全性。
(二)推动了学生创新能力的培养
微型化学实验的各项操作均是在原有的实验操作上的创新,在这个基础上,学生通过对仪器的认识和操作,引起了他们对于化学操作的好奇心,调动了学生的学习兴趣,让他们在能够自主操作的环境中发散思维,对化学知识产生更多的想法,帮助其串联起所学化学知识,让他们在现有知识储备的基础上产生更多新的想法。微型化学实验不仅是对学生动手能力创新精神的培养,同样也是对其知识运用上创新意识的体现。
三、微型化学实验教学模式的实施
(一)化学实验课题的优化
我们将传统的常规实验转化为微型化学实验过程中,就要注重对化学实验课题的选择和优化,不是所有化学实验都能够实现与完成微型化操作,我们在选择操作课题上,应当充分考虑其可行性,在对不适合微型化操作的课题选择中应予以摒弃,或者选择操作设计上的优化,让实验过程能够适应微型化操作,这个优化过程,可以让学生主动参与进来,运用现有的化学知识来将实验过程改进。
(二)微型化学实验设施的选择
微型化学实验的操作并不像传统思维中想象的那么复杂,对于实验过程所需要的各种设施也很简单。我们不仅要在课堂中普及微型化学实验的各项操作,教师还应通过对日常生活中各种废弃物的利用,搭建起简易的微型化学实验模型,这不仅能够帮助学生在生活中自己利用简易装备完成实验,让学生在生活中感受到化学的实用性,还能让学生在操作中不断发现新的可用设施,完善自己的设计方案,增强自身的创造性。在简易设施的选择中,我们可以利用对平时废弃物的收集所选择出可利用的道具,例如矿泉水瓶、注射器、习惯、铝线等生活中常用物质来进行实验,通过这样的方式,还能够将绿色化学的理念充分融入进学生的化学学习中。
(三)教师指导与学生自主创新相结合
在实际操作过程中,要通过教师指导与学成创新的结合来实现微型化学实验的步骤进行。教师要在实验进行之初对所要研究的问题进行交代,通过充分了解不同学生的特性进行分组。而同学所要做的就是在各自的组别当中自主发掘资料,自主完成实验设备的搭建,完成实验后成员间要进行反思。
(四)交流微型化学实验完成效果
在微型化学实验时间结束后,教师要根据各组完成情况,进行总结与展望,重点是要在反思过程中找出实验漏洞,集思广益完成解决方案。各个实验小组可以通过不同组别的设计方式不同、得到结果不同找出其创新之处,同时也要反思该微型化学实验是否符合科学原理,是否符合绿色化学发展理念。该步骤不仅能拓宽实验内容,又让学生在整个过程中培养起合作意识。
实验室化学的内核以及灵魂孙在,是激发学生具有浓厚化学兴趣的重要方法。我们一直在对高中化学教学进行改革,而高中微型化学实验就是其中一种最为生动有效的良好方法,在课堂中,不仅能够帮助学生自主完成实验,还能让当前绿色化学理念充分贯彻,同时还能有效的缓解学校在化学资金投入上的压力,因此,我们应当在当前大力倡导微型化学实验的广泛应用,而如何将微型化学实验更好地与化学课堂教学进行良好融合也是当前化学教育工作者所要思考的重要问题。不能否认的是,我们在微型化学实验的推广与实践中仍存在许多不足,例如教师未能树立起新型的教学观念,学生在接受这种教学模式时也常常感到不适应,我们在未来的发展之路中要采取更加积极有效的方式,帮助微型化学实验更好地普及于化学教学中,我们有理由相信,今后,微型化学实验将成为绿色化学发展理念贯彻的有利条件,成为高中化学课堂最优质的教学模式。
参考文献:
[关键词]绿色化学;无机合成化学;应用
中图分类号:O611.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)41-0205-01
引 言:自20世纪90年代初,绿色化学受到越来越多的关注。当今国际化学科学争相将绿色化学视为化学研究的前沿和热点,绿色化学已成为实现我国经济可持续发展急待解决的重大科技问题。
1 绿色化学概述
绿色化学(Green Chemistry)是指在制造和应用化学品时,实现原料的充分有效利用,消除或避免废物的产生,避免使用有毒、危险的试剂,建立环境友好的生产工艺,使化学工业实现可持续发展。
绿色化学的核心内容是原子经济性,理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部(100%)转变成所需要的产物,不产生废物或副产物。绿色化学具有以下显著优点:(1)从经济观点看,绿色化学合理利用资源和能源,符合可持续发展的要求;(2)从环境观点看,绿色化学以废物零排放为目标,力争从根本上消除环境污染;(3)从科学观点看,绿色化学与社会发展相适应,在传统化学的基础上进行了创新。
2 绿色化学在无机合成化学中的具体应用
2.1 热化学循环分解水制氢
氢能源是21世纪的清洁能源,制备方法多样,目前工业上应用的制氢方法主要是甲烷蒸气重整和水电解:前者制氢过程和产物都产生大量的二氧化碳;后者需要大量的电能,成本较高。热化学循环分解水制氢是指利用核能或太阳能进行大规模、无污染制氢的方法。该方法的优势在于:①利用了无污染且是地球上含氢最丰富的物质―水;② 利用了用之不竭的清洁能源―太阳能和核能,根据能量衡算,它可能成为能耗最低和最合理的制氢工艺;③ 不产生温室气体。
虽然早在1964年.Funk和 Reinstrom就提出利用热化学过程分解水制氢的方法,但对该方法的实用研究却始于20世纪70年代。美国于20世纪70~80年代间发表了大量的研究成果,提出了许多循环模式,其过程包含的反应至少为两个,最多可达8个,大部分为3~6个;欧洲于1973―1983年间在意大利Ispra的联合研究中心开展了热化学循环制氢的研究项目;美国在20世纪90年代末又启动了名为“Nuclear Hydrogen Initiative”的核能制氢计划。目前,成熟的制氢热化荨循环系统有下面几种:硫酸二氧化二镧为循环试剂的热化学循环,太阳能分解金属氧化物的热化学循环,硫―碘―镁热化学循环和溴一钙一铁热化学循环。大量研究文献、具体化学循环、循环图解及评价等可参考文献,这里不再赘述。
2.2 溶胶.凝胶技术在无机合成中的应用
溶胶―凝胶合成法与传统的高温固相合成方法相比有许多优点和特点:① 高度的均匀性:因溶胶由溶液制得,很容易获得所需的均相多组分,且很容易均匀定量地掺入一些微量元素,实现分子水平上的均匀掺杂;② 反应的温和性:合成中所需温度较低,能在较温和的条件下进行;③ 合成材料的高纯或超纯性:由于溶胶前驱体的提纯效果较好,且溶胶一凝胶过程能在低温下可控进行,因而可制备高纯或超纯物质;④ 反应容器材料对温度要求较低,且可避免由于高温对反应容器的污染等问题;⑤合成材料粒子的超微性:这是由于胶体粒子一般都小于100nm所致;⑥ 溶胶或凝胶的流变性及可控的黏度有利于通过浸渍、提拉、旋涂、喷射、沉积等技术制备块状、棒状、管状、膜、纤维等各种形状的材料。
2.3 离子液体在无机化学中的应用
在一般化学反应中,副产品往往是污染物的主要来源。完成反应后,需要纯 化分离步骤;分离时所使用的化学品(如溶剂 )也可能是一种污染源。若以离子液体作为溶剂,可以避免大量易挥发溶剂所带来的环境污染问题,且易于回收,可循环利用。离子液体已成为一种传统溶剂的理想替代品,越来越引起人们的重视;从理论上讲,有超过万亿种可能的离子液体¨驯。
离子液体在无机化学中的应用主要是作为反应媒介(或溶剂 )、反应媒介兼催化剂或反应媒介兼反应物。例如,Reddy等在无水A1CL3 和[C4mim]C1(mira为 1-丁基-3-甲基咪唑氯)混合制得的离子液体中电解A1CL3,得到了纯度 99.89%的铝。Mukhopadhyay等在组成为[C4mimll[(CF3S02:)2 N]的离子液体中,从高导热解石墨电极上成功得到了纳米级的钛金属丝,这是首次用这种方法得到过渡金属的纳米级金属丝。络离子在碱性常温熔体中相当稳定,用碱性常温熔盐能测得可靠的光谱。在氯化物、溴化物体系中,Ti、v、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、W、Re、Ru、Os、Ir络合物的光谱与已有标准水溶液光谱相比.分辨率明显增加。离子液体已作为离子导电材料、有机反应媒介、功能性纳米材料得到应用。一些手性离子液体在核磁共振 (NMR)中可以作为位移试剂,Gaumont等合成手性噻唑盐类离子液体后,对手性噻唑盐与消旋 Mosher银盐之间的非对映异构作用进行了研究,发现裂分的峰距取决于手性离子液体的浓度。将离子液体应用于电化学研究时,可以减轻放电,而且作为电池电解质的使用温度远远低于融熔盐,如加入金属 Li的 A1C13-EMIC(饱和 LiC1)可用作锂二次电池 的电解质。
Kamal等用 1-丁基-3-甲基咪唑作为阳离子,溴作为阴离子,合成出[Bmim]Br离子液体,可充当羰基化合物选择性缩硫醛/酮化反应的催化剂,并可回收再利用。
Ohno等以天然氨基酸为原料,用中和反应法制备了20种以氨基酸作为阴离子的室温离子液体,有望在多肽合成、手性溶剂和生物可降解材料方面得以应用。
Richard等用Co2(CO)8和NaOH 反应生成 Na[Co(CO)4 ],然后与[Bmim]Cl反应,得到1-丁基-3-甲基咪唑四羰基钴盐离子液体 [Bmim][Co(CO) 4],在 NaOH存在下具有很好的催化脱卤素和偶联作用。
3 结语
综上所述,如今,人类正面对着可持续发展要求的严重挑战,重视环境保护是当今化学工作者面临的重要课题。绿色化学由于具有转化率高、成本低、操作简单、环保等特点已在无机合成化学中得到广泛应用,并将深入发展。
参考文献
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[2] 冯林永.有色金属[J].2008,60(4).
[3] 俞琛捷.化学世界[J].2007,(2).
1基础化学原理绪论课的重要性
一门课程的绪论课讲授得如何,直接影响到学生对教师及教材的推测评价。如果绪论课没讲好,学生一开始对这门学科的性质、重要性不清楚,自然就会影响以后的听课效果和学习积极性。基础化学原理是一门重要的基础课,并且面对大一新生开设,所以在使学生树立正确的学习态度、培养独立学习能力以及促使其尽快适应大学阶段的学习规律等方面都起着重要的不可替代的作用。在教学过程中我们发现,多数大一新生在入学初期不能积极主动应对角色的转换,对自己所属专业知之甚少,特别是对于基础化学原理课程的重要性及其与专业课的关系几乎一无所知,因而往往忽视对该课程的学习。为了解决上述问题,我们认为教师必须重视基础化学原理绪论课的教学,精心设计教学内容,使学生在学习该课程的第一时间,就能清楚地认识到学习本课程的重要性和必要性,激发学生学习本课程的兴趣和责任感[1],初步了解大学的学习规律和学习方法。
2教学内容设计
(1)关注化学学科发展,讲授内容与时俱进。化学学科随着时代的发展而不断发展,所以基础化学原理绪论课的讲授内容必须能够体现化学学科的发展。比如在向学生介绍化学的定义时,需要使学生认识到化学的定义有一个逐渐演变的过程。在19世纪,化学被认为是原子的科学,发现新元素是19世纪到20世纪上半叶化学科学的前沿;随着20世纪下半叶科学的迅速发展,化学的主要任务不再是发现新元素,而是合成新分子,所以化学被认为是分子的科学;进入21世纪,由于化学的研究对象和研究内容大大扩充,研究方法大大深化和延伸,化学被认为是研究泛分子的科学[2]。泛分子可以分为原子、分子片、结构单元、分子、超分子、高分子等10个层次。鉴于课时及学生的知识水平有限,笔者没有对这10个层次一一讲解,而是以艾滋病毒(HIV)与C60能够形成超分子,从而利用C60可以抑制HIV为例,简单介绍超分子的概念,使学生对当今化学学科的研究对象认识更加深刻,且对化学这门学科有了一个崭新的认识。
(2)根据不同专业因材施教,树立专业思想和信心。对于不同专业的学生,绪论课讲授的内容应与其专业有一定联系。本文以授课对象是化学工程专业的学生为例,说明绪论课在内容设计上要有针对性。在向学生讲解化学学科在科学领域及国民经济发展中的地位时,为说明化学技术能创造出巨大的经济效益,笔者着重向学生介绍2007年度国家最高科学技术奖获得者闵恩泽教授。他接连攻克重重难关,最早研制出了我国炼油工业急需的催化剂,奠定了我国炼油催化剂发展的基础。之后我国炼油催化剂品种不断丰富和齐全,并形成系列,不但大大满足了国内炼油生产的需要,也使我国逐渐成为世界少有的裂化催化剂出口国之一。丰富生动的实例使学生认识到从事化学化工行业大有用武之地,而当务之急是学好基础课程———基础化学原理。在向学生介绍化学学科的发展趋势时,我们引用了徐光宪院士的观点“21世纪的化学研究有六大趋势”[2],针对化学工程专业的学生,笔者重点向学生介绍这六大发展趋势中的第四和第五大趋势。首先向学生介绍第四大趋势即合成新分子和新材料仍是化学学科的主要任务,以满足人类生活和高新技术发展的需要。之所以向学生重点介绍第五大趋势即造成污染的传统化学向绿色化学的转变是必然的趋势,是因为传统的化工企业在满足社会发展需要的过程中,也同时带来很多严重的负面问题。此时应向学生明确指出,化学化工行业不是环境污染的罪魁祸首,化学是能够治理环境、保护环境的。作为一名化工专业的学生,更加有责任学好化学、用好化学,以保护我们的生存环境。由此引出“走绿色化的道路是化学工业发展的唯一出路,也是必然趋势”。此外,根据学生的反馈信息,大一新生已对今后的就业密切关注,所以我们在绪论课教学中对学生今后的就业前景进行了简单介绍。通过以上有针对性的介绍,能够使学生对本专业具有更加深刻的认识,同时使学生坚定了献身化学化工事业的信念和决心。
(3)密切联系实际,旁征博引,使教学内容具有时代性和趣味性。如果教学内容枯燥无味,仅仅是一些定义和原理的简单堆积,就不可能吸引学生的注意力,收不到应有的教学效果。为了讲好绪论课,我们充分利用期刊及网上资源,搜集了许多新资料,并利用多媒体向学生提供了大量与教学内容相关的自然、人文图片以及动画等资料,力求使教学内容具有时代性和趣味性。比如无机化学与分析化学的研究内涵就是通过具体实例(如某著名进口品牌化妆品检测出禁用成分铬和钕)引出的:通过介绍铬与钕的特征与性质引出“无机化学是研究所有元素的单质和化合物的组成、结构、性质和反应的学科”;通过引用检测机构对铬和钕含量的测试结果指出“分析化学是研究物质组成成分及其含量的测定原理、测定方法和操作技术的学科”。资料的搜集和整理以及图文并茂、生动有趣的多媒体课件的制作需要花费大量时间和精力,但为了提高绪论课教学质量,这个过程是必不可少的。
(4)推荐一些重要的化学学科参考资料,营造一定的学术氛围。为满足大一新生的求知欲,初步培养和锻炼学生的科研兴趣与能力,在绪论课中介绍一些国内重要的专业性期刊及查阅专业文献的途径和方法是必要的[3]。我们结合基础化学原理课程内容,向学生介绍了中国化学会主办的《分析化学》和《无机化学学报》、中国科学院上海有机化学研究所主办的《化学学报》、吉林大学和南开大学主办的《高等学校化学学报》等,这些期刊登载的无机化学、分析化学等领域研究论文,反映了这些学科的最新研究成果和国内外发展的最新动态。由于学生刚进入大学,对以上教学内容的接受与领会需要一个过程,但通过以上做法,在绪论课教学中营造了一定的学术氛围,开拓了学生的视野,并启发了学生的科研意识。
关键词:绿色化学 高中 化学实验
化学作为一门以实验为基础的学科,其教学核心部分就是化学实验,学生通过实验获取知识。新《高中化学课程》强调:高中的化学课程有利于培养学生对科学研究的兴趣,形成严谨的科学态度,更加深刻的认识到科学技术与社会间的相互联系,树立良好的科学观念。如今,我国大力推广“绿色化学”,其对于自然环境与人类发展有着重要意义。据有关部门统计,每年全世界产生的有害物质达到4.2亿吨,大量的垃圾污染威胁着人类的健康发展,化学作为产生有害物质的最大源头,怎样将“绿色化学”应用到实验中是现在人们最关心的问题。
一、实施绿色化学的意义
绿色化学又被称为“清洁化学”,是近十年内产生和发展起来的,其特点是充分利用资源与能源,采用无毒、无害的原料;在无毒无害的条件下进行反应,以此减少向环境中排放的废物;生产出有利于环境保护、人体健康、不含危险的产品。
在高中化学实验的教学中,各个方面都要体现绿色化学理念,教师在备课时,要将绿色化学设计在教学中,在化学实验课堂上,教师应引导学生怎样使用绿色化学进行化学实验。高中的化学课不仅包含实验,还有书本知识。教师在向学生讲述书本上的知识时,也应注意,怎样将绿色化学与书本内容相结合。总而言之,教师无论是带领学生进行化学实验,还是传授书本知识,都要将绿色化学理念渗透到其教学过程中。
二、高中绿色化学教育概述
在新的高中化学教科书中,实验内容及原理都体现了绿色化学原理,在试剂的用量上也有了明确规定,同时删除了有危险性及危害性的化学实验,例如:H2S(硫化氢)、C6H6O3S(苯硫酸);在怎样闻气体上也做出了相关规定;同时对实验过程中经常会发生的事故进行了详细介绍,真正意义上做到了“绿色化学教科书”
1.实验与书本相结合
一位教师曾说过:“听再多的书本知识不及亲身做的实验收获更大”。教师将书本知识讲的如何透彻,都不及学生亲自动手进行实验。将实验与书本相结合是学生了解绿色化学最好的方式。在学生进行实验过程中,教师可以为学生讲解现实中存在的案例,例如:酸雨对农作物、动植物的伤害;全球气候变暖对各种生物的伤害;在讲解案例的同时,引导学生分析形成酸雨的原因、其所含的成分等,使学生将实验与实践相结合,在获得知识的同时,还增强了学生的环境保护意识,并对绿色化学产生极大的兴趣。
在高中化学的课本中,应将绿色化学理念延续下去,教学内容上不应仅介绍化学元素的性质与作用,应将其拓展讲解,使学生了解生活中哪些物品含有这些元素及其所造成的危害。例如:冰箱的氟利昂中含有二氧化硫,其能破坏大气臭氧层,这样学生在获取单项知识的同时还能了解其它领域知识。
2.绿色化学教学方法
在绿色化学教学实验中,应注意研发绿色实验室。实验过程中,注意操作的正确性、规范性。正确称量药品及试剂的使用,在使用装置过程中,要注意废液、废渣,严格把握每一个操作环节。这样既节省了药品与试剂量,还能减少事故的发生,从而减少环境污染。
新版教材关于如何闻气体有专门讲解,例如:闻气体过程中,不能讲鼻子仅靠瓶口,不能有力吸气体,也不能将容器口敞开,以免气体泄漏;在进行实验之前,必须认真检查装置的密封性,以免在实验过程中气体泄漏。
在实验过程中,经常出现药品或使用液体的剩余,学生在完成实验后应将剩余的废液、废渣倒入指定回收器内,再离开教室。学生离开后,教师与管理人员应立即检查,将收拾好的容器按要求处理。例如:可以采取分解、燃烧等回收利用的方法。最后将实验后的铝片、铁片、锌片等放置到指定地点,下次继续使用。
现在大多数学校在教学过程中使用多媒体教学,多媒体教师使书本知识更加立体化,可以将绿色化学也应用到多媒体教学中。因学校的化学实验室条件有限,有限化学实验存在极大的危险,虽然倡导绿色化学,但仍有许多实验不可避免要使用到危险品;其次,部分实验污染较为严重,在废液、废物的回收上存在问题,所以在进行这类实验时,可将做实验更换为多媒体教学。利用多媒体进行虚拟演示,既能够使学生学习知识,同时还不会危及到学生的健康。
三、绿色化学未来的发展
化学与人们的生活有紧密联系,化学学科的重要在于,学生能够在课堂上所学习到的知识应用在生活中。传统的化学实验,在实验过程中产生的有毒气体既污染环境,同时也影响了学生的身体健康。实施绿色化学能够使学生在实验课上,放心操作,同时增强了学生的环保意识。
结语:
近几年,我国环境污染日益严重,保护环境是现代人们所面临的重要问题。绿色化学其特点是无污染,能有效利用资源,回收利用。在高中化学实验中,学生不仅学习书本知识,同样还需进行实际操作,那么,传统化学实验中,部分实验存在的安全隐患不能不使教师所担忧。所以实施绿色化学,不仅使学生充分了解到化学知识带给他们的乐趣,以及化学与科学技术之间的相互联系。还能帮助学生树立正确的科学发展观,增加学生的环保意识。
20世纪90年代初,美国国会通过通过《污染预防法案》,明确提出了污染预防这一概念,要求杜绝污染源,指出最好的防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物,这个法案推动了化学界为预防污染,保护环境作进一步的努力。美国化学会(ACS)提出了绿色化学(GreenChemistry)新理念。绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用,并且在技术上和经济上可行的化学过程。很明显,绿色化学要求负作用尽可能小,基于这一概念被誉为“化学实验的革命”的半微量实验应运而生[3]。我校在2011年药物化学实验中,开展了小量-半微量实验,使学生既能掌握分离,提纯,鉴定的操作,又能直接观察到实验过程中的物理化学变化,达到节约试剂用量,提高实验效率的目的。本文结合在药物化学实验教学中,开展半量药物化学合成实验,谈谈在小量-半微量实验中,传播绿色化学理念,促进新课程改革,转变化学学习方式,培养创新能力的一些做法。
1将药化实验由常规实验改为小量-半微量实验
在药物化学小量-半微量实验改革中,我们选用了半微量有机合成制备仪,选择了药物化学实验中具有代表性的实验:扑炎痛的合成和磺胺醋酰钠合成进行探索,以推动药物化学实验向绿色环保转化。从表1可见,采用反应装置为标准的小量-半微量配套装置,实验中固,液反应起始原料减少了二分之一,如磺胺醋酰钠合成,常规实验磺胺用量为17.2g,醋酸酐的用量为13.6mL,采用半微量实验后,磺胺用量为8.6g,醋酸酐的用量为6.8mL。可以看到常量法操作药品用量大,而微量法中药品的用量大大减少,所得目标产物在4~5g之间,既满足实验要求,又能将产品用于熔点测定,从而达到减少实验污染目的。
2结果与讨论
2.1半微量化学实验课程资源开发和利用的价值
2.1.1开展半微量化学实验,有利于减少污染我校药物化学实验课,每次开放两间实验室,每间实验室有26组学生同时进行实验,周实验课循环次数至少4次,由于学生人数多,实验室重复利用的次数也多,所使用易燃,易爆,有毒和腐蚀性强的化学试剂量也多,实验过程中所散发出来的二氧化硫等有毒废气对实验室环境造成严重污染,对学生的健康产生严重损害,存在多种潜在的危险因素,极易发生各类事故,给国家财产和师生员工健康造成严重损失。国外一些发达国家的学校实验室,在进行化学实验时特别提倡“绿色化学实验”并执行“绿色化学实验”的“4R”原则。即reject,拒用危险品;reduce,减量使用;recycle,循环使用;reuse,重新使用。为此,我们在药物化学实验中,采用小量—半微量实验,尽量减少或彻底清除产生有毒物质,将预防化学污染的理念融会于药物化学实验课的全过程中,促进学生绿色化学意识的形成,培养学生“4R”原则的思维方式,将体现绿色化学的“4R”原则,落实在实验的各个环节确保实验的绿色化。
2.1.2开展半微量化学实验,能减少化学试剂的用量,降低实验成本在药物化学实验过程,由于采用标准的配套半微量反应装置,磨口的圆底烧瓶容积由常量的250mL;125mL;改为60mL;25mL。实验中,取用的化学试剂的量,是常规实验实验用量的二分之一,如磺胺醋酰钠的合成,常规实验磺胺用量为17.2g,乙酸酐用量13.6mL,采用半微量实验后,确定磺胺用量为8.6g,乙酸酐用量为6.8mL。从表1可以看出常量法操作操作药品用量大,而微量法实验中用品减少。
2.2半微量化学实验课程的开设,有利于培养学生绿色化学理念原有的一些常规有机实验,不太从环境“友好”角度进行考虑。例如在磺胺醋酰钠合成中,使用的试剂是磺胺;醋酐;浓盐酸,在烧瓶内加热蒸馏,产物为磺胺醋酰,副产物为二氧化硫,氯气等。安全隐患大,反应时间长,反应时间,产生大量酸性废液而污染环境。由于采用半微量实验,试剂用量仅为常量的二分之一。因而减少了废气,废液,废渣等“三废”的排放,大大降低了对环境的污染。同时,还能有效防止诸如爆炸,剧烈燃烧,中毒等异常情况的产生,创造一个良好的实验环境。
3结语
开展半微量药物化学实验,对于传播绿色化学理念,促进化学新课程改革,培养创新能力有重要意义。半微量药物化学实验,也体现了一种”简洁、方便、省钱“的实验特点,对培养学生的环境保护意识,提高学生的操作技能和综合素质大有益处。我校从2011年开始在药物化学实验中开展半微量实验,从实验的设计,实验过程中所有的操作都充分尊重绿色化学理念,在环境保护上给学生起着良好的示范作用。在半微量实验教学过程中,我们也发现了一些不足之处,比如由于实验试剂用量减少,实验过程中,对所出现的实验现象难以观察。在进行多步骤综合型实验时,由于多步合成中间体的产率与纯度都关系到下一步反应能否进行,因此对学习基础知识相对薄弱,操作不认真不仔细的学生,在完成此类综合型多步合成反应就较困难。为此,也提示我们在今后的教学过程中,要强调学生在实验前预习,查阅有关参考书,文献,物理常数,带教老师要多给予提示和指导,及时解决实验中可能出现的问题,提高学生的操作技能。