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绿色化学(Green Chemistry)是通过化学方法合成对环境无害或友好物质的一门新兴学科。绿色化学是人类和自然和谐的化学,其最大的特点在于它是在始端就实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子,具有“原子经济性”,因此,它既能充分利用资源,又能实现预防污染。本文旨在从绿色化学角度对化学实验教学进行研讨,以期达到抛砖引玉之目的。
一、降低试剂的浓度
在现行中学化学教材中,有些实验指明了药品浓度,有些实验没有指明药品浓度。对涉及药品浓度的实验探索和改进,既能节约药品、保證实验效果,又能减少环境污染。
1.指示剂浓度的减少。指示剂酚酞、石蕊、甲基橙、品红等,特别是酚酞和石蕊,指示剂变色很灵敏,即使用微量药品也会有明显现象和效果。原浓度为0.5%~1.0%,经改进可减少到0.1%~0.25%,也可以相应减少酒精的用量。
2.苯酚性质实验。苯酚溶液浓度由2%降至0.5%~1.0%,溴水浓度也可降低为橙红(稍浓)。
3.对定性检验剂硝酸银浓度改进。在银镜反应配制银氨溶液时,硝酸银浓度、氨水浓度均可由2%降为1%,实验效果依旧。而在高中化学一般离子检验中,硝酸银浓度微量0.1%足矣。
4.硫氰酸钾、三氯化铁的浓度改进。浓度对化学平衡的影响的演示实验中硫氰酸钾、三氯化铁溶液的浓度可由0.01mol/L降为0.0005mol/L,1mol/L降为0.5mol/L。
中学化学实验中降低实验药品浓度的例子还很多,作为化学实验工作者,应具有绿色化学的思想,并指导日常工作,尽可能地降低实验药品浓度,减少药品的损耗,预防环境污染。
二、推行微型实验
微型化学实验作为绿色化学的一项方法和技术,在国内外日益得到重视和推广。微型化学实验能真正体现绿色化学预防污染,而不是治理污染。其优点是:现象明显,效果良好;减少试剂用量,降低实验费用;降低排废量,减少污染;缩短实验时间且安全可靠。在微小型的仪器中,用尽可能少的试剂来进行实验(一般为常规量的1/10至1/1000)。因为只有仪器微型化了,才能减少试剂在器皿上的附着量,同时还应尽可能减少中间产物的转移过程,以减少试剂在器皿上的附着。在学习元素化合物性质、实验习题和一些有刺激性气味、有毒物质的制备时,可选用微型化学实验,充分利用其突出优点。实验中除了可使用已研制成功的井穴板等微型仪器,还可以把集气瓶、烧瓶、启普发生器等微型化。在微型化带来实验现象不明显时,可借助现代化辅助教学手段把实验结果放大。
三、改进有毒气体的制取装置
如实验室制氯气,最后的尾气通入氢氧化钠溶液,防止氯气排入空气造成污染。为防止在收集多瓶氯气时逸出过多的氯气,可对实验进行如下改进,具体做法是:a.按下图组装好仪器,烧杯中装好NaOH溶液;b.检查装置的气密性;c.装药品;d.制取并收集Cl2;e.先关闭止水夹K2,打开止水夹K1,用a1收集好一瓶Cl2,更换集气瓶再收集Cl2,关闭止水夹K1,打开止水夹K2,再用b1收集C12。可见在此收集过程中,Cl2几乎被全部收集,有效地减少了向空气中逸散,从而减少了对人体的危害和对环境的污染。
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再如钠在氯气中的燃烧,取一支大试管,塞入带干燥管的胶塞,用铁夹把试管固定在铁架台上。在干燥管里垫一层石棉绒或玻璃丝,往试管内加入少量高锰酸钾晶体,再注入少量浓盐酸,立即塞紧带干燥管的胶塞,用一小块硬纸片盖住干燥管口。高锰酸钾跟盐酸反应产生氯气,当干燥管内投入有滤纸吸干煤油的绿豆大的金属钠。金属钠在氯气里激烈燃烧,在干燥管里产生大量白烟,这就是氯化钠固体。如果再向干燥管投入金属钠,金属钠仍在氯气里燃烧。这个实验不需事先用广口瓶收集氯气,省去了把金属钠放入燃烧匙后,再用酒精灯给金属钠加热这一操作,操作简单,成功率高。
四、改进有毒气体的吸收装置
如验证SO2漂白性的实验:将SO2气体通入装有品红溶液的试管里。观察品红溶液颜色的变化,给试管加热,观察溶液发生的变化。此实验的缺点是:加热试管时放出SO2对环境造成污染。改进方案:在装有品红溶液的试管口放一团用稀NaOH溶液湿润的棉花球吸收多余或生成的SO2;或当品红液体溶液刚好褪色时,在试管口套上一个气球,再给试管加热,然后冷却,防止生成的SO2排入大气污染环境。
五、改进产生大量烟的实验
如钠在空气中燃烧的实验,在学生分组实验中,按课本及参考书中介绍的方法,实验过程中会损坏很多玻璃管或蒸发皿,如选用石棉网,实验后的石棉网也不能再次使用,造成很大的浪费。更重要的是,生成的过氧化钠呈烟状,跑到大气中,既污染环境,又不容易观察生成物的颜色。改进做法:将石棉网换成方形的白铁皮或铝片,折起四边成小盒状,将一绿豆大小的钠吸干煤油后放在其中,将其置于三角架上,用酒精灯加热,钠很快便可熔化、燃烧。实验现象:看到钠逐渐燃烧,呈黄色火焰,生成菜花状的淡黄色固体。改进后的优点:生成的过氧化钠基本上都留在白铁皮或铝片上,既有利于环保,又容易观察到产物的颜色;冷却后取出燃烧产物,将白铁皮或铝片清洗干净擦干以备后用。
参考文献:
[1]徐汉生.绿色化学导论[M].武汉:武汉大学出版社,2002.
[2]徐建飞.渗透绿色化学理念 促进化学新课程改革[J].化学教学,2006,(02).
一、降低试剂的浓度
在现行中学化学教材中,有些实验指明了药品浓度,有些实验没有指明药品浓度。对涉及药品浓度的实验探索和改进,既能节约药品、保證实验效果,又能减少环境污染。
1.指示剂浓度的减少。指示剂酚酞、石蕊、甲基橙、品红等,特别是酚酞和石蕊,指示剂变色很灵敏,即使用微量药品也会有明显现象和效果。原浓度为0.5%~1.0%,经改进可减少到0.1%~0.25%,也可以相应减少酒精的用量。
2.苯酚性质实验。苯酚溶液浓度由2%降至0.5%~1.0%,溴水浓度也可降低为橙红(稍浓)。
3.对定性检验剂硝酸银浓度改进。在银镜反应配制银氨溶液时,硝酸银浓度、氨水浓度均可由2%降为1%,实验效果依旧。而在高中化学一般离子检验中,硝酸银浓度微量0.1%足矣。
4.硫氰酸钾、三氯化铁的浓度改进。浓度对化学平衡的影响的演示实验中硫氰酸钾、三氯化铁溶液的浓度可由0.01mol/L降为0.0005mol/L,1mol/L降为0.5mol/L。
中学化学实验中降低实验药品浓度的例子还很多,作为化学实验工作者,应具有绿色化学的思想,并指导日常工作,尽可能地降低实验药品浓度,减少药品的损耗,预防环境污染。
二、推行微型实验
微型化学实验作为绿色化学的一项方法和技术,在国内外日益得到重视和推广。微型化学实验能真正体现绿色化学预防污染,而不是治理污染。其优点是:现象明显,效果良好;减少试剂用量,降低实验费用;降低排废量,减少污染;缩短实验时间且安全可靠。在微小型的仪器中,用尽可能少的试剂来进行实验(一般为常规量的1/10至1/1000)。因为只有仪器微型化了,才能减少试剂在器皿上的附着量,同时还应尽可能减少中间产物的转移过程,以减少试剂在器皿上的附着。在学习元素化合物性质、实验习题和一些有刺激性气味、有毒物质的制备时,可选用微型化学实验,充分利用其突出优点。实验中除了可使用已研制成功的井穴板等微型仪器,还可以把集气瓶、烧瓶、启普发生器等微型化。在微型化带来实验现象不明显时,可借助现代化辅助教学手段把实验结果放大。
三、改进有毒气体的制取装置
如实验室制氯气,最后的尾气通入氢氧化钠溶液,防止氯气排入空气造成污染。为防止在收集多瓶氯气时逸出过多的氯气,可对实验进行如下改进,具体做法是:a.按下图组装好仪器,烧杯中装好NaOH溶液;b.检查装置的气密性;c.装药品;d.制取并收集Cl2;e.先关闭止水夹K2,打开止水夹K1,用a1收集好一瓶Cl2,更换集气瓶再收集Cl2,关闭止水夹K1,打开止水夹K2,再用b1收集C12。可见在此收集过程中,Cl2几乎被全部收集,有效地减少了向空气中逸散,从而减少了对人体的危害和对环境的污染。
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再如钠在氯气中的燃烧,取一支大试管,塞入带干燥管的胶塞,用铁夹把试管固定在铁架台上。在干燥管里垫一层石棉绒或玻璃丝,往试管内加入少量高锰酸钾晶体,再注入少量浓盐酸,立即塞紧带干燥管的胶塞,用一小块硬纸片盖住干燥管口。高锰酸钾跟盐酸反应产生氯气,当干燥管内投入有滤纸吸干煤油的绿豆大的金属钠。金属钠在氯气里激烈燃烧,在干燥管里产生大量白烟,这就是氯化钠固体。如果再向干燥管投入金属钠,金属钠仍在氯气里燃烧。这个实验不需事先用广口瓶收集氯气,省去了把金属钠放入燃烧匙后,再用酒精灯给金属钠加热这一操作,操作简单,成功率高。
四、改进有毒气体的吸收装置
如验证SO2漂白性的实验:将SO2气体通入装有品红溶液的试管里。观察品红溶液颜色的变化,给试管加热,观察溶液发生的变化。此实验的缺点是:加热试管时放出SO2对环境造成污染。改进方案:在装有品红溶液的试管口放一团用稀NaOH溶液湿润的棉花球吸收多余或生成的SO2;或当品红液体溶液刚好褪色时,在试管口套上一个气球,再给试管加热,然后冷却,防止生成的SO2排入大气污染环境。
五、改进产生大量烟的实验
如钠在空气中燃烧的实验,在学生分组实验中,按课本及参考书中介绍的方法,实验过程中会损坏很多玻璃管或蒸发皿,如选用石棉网,实验后的石棉网也不能再次使用,造成很大的浪费。更重要的是,生成的过氧化钠呈烟状,跑到大气中,既污染环境,又不容易观察生成物的颜色。改进做法:将石棉网换成方形的白铁皮或铝片,折起四边成小盒状,将一绿豆大小的钠吸干煤油后放在其中,将其置于三角架上,用酒精灯加热,钠很快便可熔化、燃烧。实验现象:看到钠逐渐燃烧,呈黄色火焰,生成菜花状的淡黄色固体。改进后的优点:生成的过氧化钠基本上都留在白铁皮或铝片上,既有利于环保,又容易观察到产物的颜色;冷却后取出燃烧产物,将白铁皮或铝片清洗干净擦干以备后用。
参考文献:
[1]徐汉生.绿色化学导论[M].武汉:武汉大学出版社,2002.
[2]徐建飞.渗透绿色化学理念 促进化学新课程改革[J].化学教学,2006,(02).