论文部分内容阅读
【摘要】基础化学实验教学中的污染问题越来越受到关注，本文根据绿色化学使用化学药品的原则，对如何在无机及分析化学实验课程中实现绿色化改革，进行了初步的探索与实践。作者结合实际教学经验，指出改进实验方法，采用微型实验、小量·半微量实验，合理安排实验项目和次序，对实验产物进行回收利用，这是实现无机及分析化学实验绿色化的重要途径。
【关键词】无机及分析化学实验；绿色化学；绿色意识；教学改革
问题从教育入手乃是基础途径。化学教育，特别是基础化学实验教学，对此责无旁贷。无机及分析化学实验是高校近化学类专业（化工、造纸、皮革、材料、制药、制剂、生工、应化、食品、环境、印刷、农业等有关专业）大一学生必修的第一门化学基础课，也是无机及分析化学教学的重要组成部分。然而，涉及学生人数众多的化学基础实验中的污染和浪费问题却一直未能被人们高度重视，在高校化学实验教学中加强绿色化学教育，对传统化学实验进行绿色化改革，并实施绿色化学实验，使学生知道并参与怎样减少化学实验污染及污染治理的实践，在保证学生进行实验并掌握实验技能的前提下，减少不必要的资源消耗和浪费，实现可持续教学，这是一个具有重大意义，值得研究和思考的问题。
绿色化学也叫环境友好化学、清洁化学，是近年来化学学科针对世界环境日趋恶化提出的一个全新的目标和概念，它是用化学的技术和方法尽量减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境等有害化学品(如原料、催化剂和溶剂、产物、副产物等)的使用和生产。 绿色化学中使用的化学品应遵循4R原则：不用危险品(Reject)、减少用量(Reduce)、循环使用(Recycle)、回收重用(Reuse)。要使綠色化学发展、壮大和普及，必须培养大量具有绿色意识和绿色化学技术的人才。绿色化学的实施离不开绿色化学的教育。放弃污染严重的传统化学实验，探索化学实验的“绿色化”改造，是化学实验教育工作者的奋斗方向。
我们结合多年来在无机及分析化学实验教学工作中的探索和实践，提出实现无机及分析化学实验的绿色化。在常规仪器中完成无机及分析化学实验教学，不仅大量减少了化学试剂和药品的消耗，节省了实验消耗费用，而且也加强了学生的环保意识、减轻了环境污染，收到了良好的效果。
1.采用微型实验，减少试剂使用量，降低污染物排放量。微型化学实验的宗旨是以尽量少的化学原料和试剂获取尽量多的化学信息，具有减少试剂用量、节约实验费用、降低实验室排废量、减少实验室污染等优点，是实现化学实验绿色化的一个重要途径。与对应的常规实验相比，微型化学实验的试剂用量节约90%以上，时间缩短1 /3左右。采用微型化学实验技术，不仅可以大大减少试剂用量，缩短实验时间，降低环境污染，而且有利于强化学生的动手操作能力，培养创新思维、树立绿色化学观念、增强学生的环保意识。
为了减少废物排放量，降低污染，在推广微型化学实验的基础上，应着重进行半微量或减量化实验改革，即在保证实验教学效果的前提下，用常量仪器减少试剂用量来进行实验。长期以来，学生做滴定分析实验一直沿用50mL滴定管、25 mL移液管、250 mL锥形瓶等玻璃器皿。在实验原理、方法、操作与常量滴定分析相同的情况下，采用常规的小容量仪器(如10mL移液管、100 mL锥形瓶、25 mL滴定管)，实验结果表明，基本上可以保证测定结果的精密度和准确度。由于小量化实验所用仪器比传统仪器小，操作起来更轻松，并且可减轻实验强度、缩短实验时间、降低仪器破损率、大幅度节省实验经费。
例如，用基准物质K2Cr2O7标定Na2S203标准溶液浓度时，大多数的指导教材中都是先用250 mL容量瓶配制K2Cr2O7标准溶液，再取25.00 mL K2Cr2O7标准溶液，加KI、H2SO4，然后用Na2S203滴定析出的I2。平行进行三次滴定后，还会剩余大量的K2Cr2O7标准溶液，一般会直接倒入水槽排掉，污染很严重。现在我们改用100 mL容量瓶，学生每次移取20.00 mL K2Cr2O7标准溶液，这样就大大减少了K2Cr2O7的排放量，降低了污染。
2.合理安排实验项目和次序，实现废物利用。通过调整实验教学计划，合理安排实验项目和次序，尽可能地使第一个反应的产物转变成下一个实验的反应物或原料。这也是实现无机及分析化学实验绿色化的一个重要途径。它在一定程度上减轻了对环境的污染，有利于环境保护，有利于学生对整个实验工艺流程的了解。这样不仅使学生得到绿色化学实验基本操作的训练，而且强化了实验内容的系统性和逻辑性，对培养学生的创新素质和环保意识有着重要的意义。
例如实验“硫酸亚铁铵的制备”，用废铁屑为原料制备硫酸亚铁和硫酸亚铁铵，将实验制得到的产品硫酸亚铁铵，用于“铁的比色测定”这一实验中，用分光光度法测定自己制得的硫酸亚铁铵产品中Fe（Ⅲ）的含量。这样不仅减少了废物处理（第一个实验中的产物硫酸亚铁铵），而且节约了试剂（第二个光度法实验所需样品），同时也使学生对两个实验不同性质的实验有了系统性的认识和理解，即在生产实际中，制备出来的产品都需要用适当的方法进行分析测试，以确保对产品质量的控制。
3.对实验产物进行适当的处理、回收。学生实验后的废液一般成分比较清楚，每次实验后我们要求学生根据废液的性质进行处理。必要的情况下，我们还给学生布置任务，设计废液分离方案，并加以实施，有效地培养学生的探索精神和创新能力，促使学生养成实验时尽量少污染、零排放的绿色化学意识，养成善始善终的好习惯。
实验室中常产生的废液有以下几类：含稀酸或稀碱、含铬化合物、含银化合物、含汞、锌、铜、铅、锰等重金属化合物的废液等。针对废液中所含成分化学性质的不同，采用以下几种方法加以处理 ：①实验中若产生有稀酸和稀碱的废液，让学生分别倒入指定的废液桶内，实验完毕后，将两种废液进行中和反应，并将废液pH调为6～8后再排放；②对实验中产生的含Cr (Ⅵ)废液可用硫酸亚铁石灰法处理，即用硫酸亚铁或实验制得的硫酸亚铁铵，使Cr (Ⅵ)转化为Cr (OH) 3沉淀，静置后分离出来，再将废液的pH调节到6～8后排放；③对实验中产生的含银化合物废液，则采用硫化钠沉淀法处理；④对在实验中产生的含汞、锌、铜、铅、锰等重金属化合物的废液，先将废液的pH调到8～10，将金属阳离子转化为氢氧化物或碳酸盐沉淀后分离，再将废液的pH调到6～8 后排放。含Pb2+废液可用石灰乳做沉淀剂，使Pb2+生成Pb (OH)2 ，吸收空气中的CO2气体后变为溶解度更小的PbCO3沉淀。
实践证明，将绿色化学的观念贯穿于基础化学实验教学中，不仅能收到良好的环境效益和一定的经济效益，而且能够强化学生的环保意识、绿色化意识。在教学过程中引导学生时刻注意节约药品，能少用的一定要少用，能回收的一定要回收，能循环使用的一定要循环使用，这样既节省了实验经费，又保护了环境，对增强全民环境意识有着重要的意义。
参考文献：
[1]蔡向阳，蔡碧琼.绿色基础化学实验探析[J]．福建化工，2004，18(4): 44-46．
[2]赵岩，邬旭然，王进军等.培养学生的环保意识—有机化学实验绿色化教改研究[J]．实验技术与管理，2003，20(5): 96-98．
[3]黄良仙，顾玲等.实现无机及分析化学实验绿色化的探索与实践[J]．化学试剂，2010，32(2): 186-188
[4]钟国清.化学实验教学的绿色化改革与实践[J]. 实验技术与管理，2006，23(12): 18-19.
基金项目：嘉兴学院教学改革课题（项目编号：85151051）
【关键词】无机及分析化学实验；绿色化学；绿色意识；教学改革
问题从教育入手乃是基础途径。化学教育，特别是基础化学实验教学，对此责无旁贷。无机及分析化学实验是高校近化学类专业（化工、造纸、皮革、材料、制药、制剂、生工、应化、食品、环境、印刷、农业等有关专业）大一学生必修的第一门化学基础课，也是无机及分析化学教学的重要组成部分。然而，涉及学生人数众多的化学基础实验中的污染和浪费问题却一直未能被人们高度重视，在高校化学实验教学中加强绿色化学教育，对传统化学实验进行绿色化改革，并实施绿色化学实验，使学生知道并参与怎样减少化学实验污染及污染治理的实践，在保证学生进行实验并掌握实验技能的前提下，减少不必要的资源消耗和浪费，实现可持续教学，这是一个具有重大意义，值得研究和思考的问题。
绿色化学也叫环境友好化学、清洁化学，是近年来化学学科针对世界环境日趋恶化提出的一个全新的目标和概念，它是用化学的技术和方法尽量减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境等有害化学品(如原料、催化剂和溶剂、产物、副产物等)的使用和生产。 绿色化学中使用的化学品应遵循4R原则：不用危险品(Reject)、减少用量(Reduce)、循环使用(Recycle)、回收重用(Reuse)。要使綠色化学发展、壮大和普及，必须培养大量具有绿色意识和绿色化学技术的人才。绿色化学的实施离不开绿色化学的教育。放弃污染严重的传统化学实验，探索化学实验的“绿色化”改造，是化学实验教育工作者的奋斗方向。
我们结合多年来在无机及分析化学实验教学工作中的探索和实践，提出实现无机及分析化学实验的绿色化。在常规仪器中完成无机及分析化学实验教学，不仅大量减少了化学试剂和药品的消耗，节省了实验消耗费用，而且也加强了学生的环保意识、减轻了环境污染，收到了良好的效果。
1.采用微型实验，减少试剂使用量，降低污染物排放量。微型化学实验的宗旨是以尽量少的化学原料和试剂获取尽量多的化学信息，具有减少试剂用量、节约实验费用、降低实验室排废量、减少实验室污染等优点，是实现化学实验绿色化的一个重要途径。与对应的常规实验相比，微型化学实验的试剂用量节约90%以上，时间缩短1 /3左右。采用微型化学实验技术，不仅可以大大减少试剂用量，缩短实验时间，降低环境污染，而且有利于强化学生的动手操作能力，培养创新思维、树立绿色化学观念、增强学生的环保意识。
为了减少废物排放量，降低污染，在推广微型化学实验的基础上，应着重进行半微量或减量化实验改革，即在保证实验教学效果的前提下，用常量仪器减少试剂用量来进行实验。长期以来，学生做滴定分析实验一直沿用50mL滴定管、25 mL移液管、250 mL锥形瓶等玻璃器皿。在实验原理、方法、操作与常量滴定分析相同的情况下，采用常规的小容量仪器(如10mL移液管、100 mL锥形瓶、25 mL滴定管)，实验结果表明，基本上可以保证测定结果的精密度和准确度。由于小量化实验所用仪器比传统仪器小，操作起来更轻松，并且可减轻实验强度、缩短实验时间、降低仪器破损率、大幅度节省实验经费。
例如，用基准物质K2Cr2O7标定Na2S203标准溶液浓度时，大多数的指导教材中都是先用250 mL容量瓶配制K2Cr2O7标准溶液，再取25.00 mL K2Cr2O7标准溶液，加KI、H2SO4，然后用Na2S203滴定析出的I2。平行进行三次滴定后，还会剩余大量的K2Cr2O7标准溶液，一般会直接倒入水槽排掉，污染很严重。现在我们改用100 mL容量瓶，学生每次移取20.00 mL K2Cr2O7标准溶液，这样就大大减少了K2Cr2O7的排放量，降低了污染。
2.合理安排实验项目和次序，实现废物利用。通过调整实验教学计划，合理安排实验项目和次序，尽可能地使第一个反应的产物转变成下一个实验的反应物或原料。这也是实现无机及分析化学实验绿色化的一个重要途径。它在一定程度上减轻了对环境的污染，有利于环境保护，有利于学生对整个实验工艺流程的了解。这样不仅使学生得到绿色化学实验基本操作的训练，而且强化了实验内容的系统性和逻辑性，对培养学生的创新素质和环保意识有着重要的意义。
例如实验“硫酸亚铁铵的制备”，用废铁屑为原料制备硫酸亚铁和硫酸亚铁铵，将实验制得到的产品硫酸亚铁铵，用于“铁的比色测定”这一实验中，用分光光度法测定自己制得的硫酸亚铁铵产品中Fe（Ⅲ）的含量。这样不仅减少了废物处理（第一个实验中的产物硫酸亚铁铵），而且节约了试剂（第二个光度法实验所需样品），同时也使学生对两个实验不同性质的实验有了系统性的认识和理解，即在生产实际中，制备出来的产品都需要用适当的方法进行分析测试，以确保对产品质量的控制。
3.对实验产物进行适当的处理、回收。学生实验后的废液一般成分比较清楚，每次实验后我们要求学生根据废液的性质进行处理。必要的情况下，我们还给学生布置任务，设计废液分离方案，并加以实施，有效地培养学生的探索精神和创新能力，促使学生养成实验时尽量少污染、零排放的绿色化学意识，养成善始善终的好习惯。
实验室中常产生的废液有以下几类：含稀酸或稀碱、含铬化合物、含银化合物、含汞、锌、铜、铅、锰等重金属化合物的废液等。针对废液中所含成分化学性质的不同，采用以下几种方法加以处理 ：①实验中若产生有稀酸和稀碱的废液，让学生分别倒入指定的废液桶内，实验完毕后，将两种废液进行中和反应，并将废液pH调为6～8后再排放；②对实验中产生的含Cr (Ⅵ)废液可用硫酸亚铁石灰法处理，即用硫酸亚铁或实验制得的硫酸亚铁铵，使Cr (Ⅵ)转化为Cr (OH) 3沉淀，静置后分离出来，再将废液的pH调节到6～8后排放；③对实验中产生的含银化合物废液，则采用硫化钠沉淀法处理；④对在实验中产生的含汞、锌、铜、铅、锰等重金属化合物的废液，先将废液的pH调到8～10，将金属阳离子转化为氢氧化物或碳酸盐沉淀后分离，再将废液的pH调到6～8 后排放。含Pb2+废液可用石灰乳做沉淀剂，使Pb2+生成Pb (OH)2 ，吸收空气中的CO2气体后变为溶解度更小的PbCO3沉淀。
实践证明，将绿色化学的观念贯穿于基础化学实验教学中，不仅能收到良好的环境效益和一定的经济效益，而且能够强化学生的环保意识、绿色化意识。在教学过程中引导学生时刻注意节约药品，能少用的一定要少用，能回收的一定要回收，能循环使用的一定要循环使用，这样既节省了实验经费，又保护了环境，对增强全民环境意识有着重要的意义。
参考文献：
[1]蔡向阳，蔡碧琼.绿色基础化学实验探析[J]．福建化工，2004，18(4): 44-46．
[2]赵岩，邬旭然，王进军等.培养学生的环保意识—有机化学实验绿色化教改研究[J]．实验技术与管理，2003，20(5): 96-98．
[3]黄良仙，顾玲等.实现无机及分析化学实验绿色化的探索与实践[J]．化学试剂，2010，32(2): 186-188
[4]钟国清.化学实验教学的绿色化改革与实践[J]. 实验技术与管理，2006，23(12): 18-19.
基金项目：嘉兴学院教学改革课题（项目编号：85151051）