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【摘要】绿色化学作为当今化学发展的方向,其独特的观念、思想和要求,成为中学化学教学的重要内容。选择从生活入手这个角度,通过教材、实验、课堂、习题等多方面进行绿色化学教学,更容易让学生接受绿色化学思想,并学会用绿色化学的观念分析生活中的问题,促进学生树立绿色化学思想。
【关键词】绿色化学;中学化学教学;生活中的化学
化学对人类社会发展作出了巨大贡献,我们的衣食住行都与化学紧密联系。但随着化学化工的发展,也出现了许多不良的社会影响,大气污染、臭氧层破坏、全球变暖、海洋污染、淡水资源短缺和污染、生物多样化减少等都与化学化工生产相关;三聚氰胺、瘦肉精、牛肉膏、甜密素、彭大素、薯粉墨、促长剂、快大王、香料香精、着色素等铺天盖地的食品添加剂[1],使人们达到了谈“化”色变的境界,甚至在英文中出现了一个新词汇chemophobia(化学恐惧症)[2]。而在此时绿色化学的出现为化学化工发展带来了新希望。
1.绿色化学简介
按照英国《绿色化学》(Green Chemistry)杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应高效利用原料,(最好使用可再生原料),消除废物的产生,避免使用有毒有害的和危险的试剂和溶剂。绿色化学体现了环保观点,通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,是近十年产生和发展起来的,是一个门新兴交叉学科,涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等,内容广泛。绿色化学的最大特点是在反应开始就采用预防污染的科学手段,因而过程和反应结束均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“绿色化学”作为新世纪化学发展的主要方向之一。我国在《新课程标准》中也已注重绿色化学[3],无论是实验还是基础知识,都很好的融入了绿色化学的思想。
2.绿色化学与教材
把绿色化学理念和新版高中化学教材中的知识点相结合,促进学生对绿色化学的认识了解。将课内和课外的知识相结合,从实际社会生活入手,融入绿色可持续发展的观念。
2.1化学工艺绿色化。化学工艺的绿色化,主要强调原子经济反应[4],提高原子的利用率,实现污染“零排放”。在制作呼吸面具、潜水艇、载人飞船等相应的课外实验教学中,很多学生都非常好奇相关信息,而其制氧方式便与绿色化学相关,过氧化钠跟二氧化碳生成碳酸钠和氧气的反应:2Na2O2 + 2CO2 = 2NaCO3 + O2。人吸入氧气,呼出二氧化碳,这个过程,便很好的利用了原料,达到了资源的充分利用,实现所说的原子经济性。
2.2能源绿色化。21世纪能源成为一个热点问题,无论是石油、煤矿还是树木、森林以及能耗问题都被人们所关注,目前日本的核泄漏问题也吸引了足够的重视,学生们对于诸如此类源自身边的话题,也较感兴趣。在高中教材中相应的分析了“采用高分子膜淡化技术[5]”以及“离子交换膜法电解制碱技术”等相应的低能耗技术,同时也专门谈及了“使用石化燃料的利弊及新能源的开发”,而在此处,可以结合日本核泄漏问题,讲解相应核能的利用问题,顺带分析,在核泄漏后如何相应的做出有效的后处理。提倡充分利用资源能源,并且在能源开发时,尽可能的较少污染物的排放。
2.3原料绿色化。中学课本中,在很多地方都相应的提及了原料绿色化有关的内容。从原料入手相对符合绿色化学的5R原则[6]。如在高中课本中,在分析氯气的漂白作用时,可以结合生活中的事例,解释其在自来水厂和造纸厂的应用[7],其在使用时,易产生二噁英和其他的有机氯化物,这些物质多为致癌物质和强突变物质,会带来相应的危害。因而现在较少的使用氯气进行漂白,取而代之的是二氧化氯(ClO2)、过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)等,这种采用无毒、无害的原料,相应可以减轻对环境的污染。
2.4产品绿色化。绿色化学的要求之一就是生成有利于环境保护、社区安全和人体健康的产品。在高中教材中“肥皂和洗涤剂”部分,提到洗涤剂中含有磷元素,会导致富营养化[8]现象,水生的藻类大量繁殖,水中的溶解氧降低,水质变化。在生活中,学生们都会看见一些富营养化的现象,比如水华、赤潮等,教师可分析其原理,说明传统合成洗涤剂导致水体的污染的问题,目前,科学家正在积极研制无磷等新型洗涤剂,以较少环境的污染,即环境友好型产品。
3.绿色化学与实验
绿色化学实验是在绿色化学的理论指导下,运用预防而非末端治理的方式对常规实验进行改造。在此研究中,通过改进实验方案,进行药品替换,或是设计环保的微型实验。这符合绿色化学的原则,使学生实验贴近绿色化学的理念。通过实验,让学生理解绿色化学的概念和意义。从实验课堂入手,让学生感受,绿色化学就在身边,从而产生环保意识。
4.绿色化学与课堂教学
课堂教学最重要的理念在于吸引学生的注意力,并且最大程度的讲知识传授给学生。出于社会的现状,学生不可能选择完全自主发现的形式进行学习,仍然需要教师传授及引导。而相应的,如何让把绿色化学的理念和中学课本中的知识点相结合,将课内和课外的知识相结合,很好的体现了授之以渔的理念,并融入可持续发展的观念。
学生们对于生活中的一些与化学有关的事物,并不了解。比如药品、涂料、塑料、食品、纺织品、化妆品等。人类的衣食住行,都离不开化学。而在这些东西的加工、应用及后处理等问题上,很大程度都应用了绿色化学的理念。通过这些的分析,与高中课本的结合,让学生体会到绿色化学无处不在,同时对之产生浓厚的兴趣。比如:用玉米作为外包装[9]、用竹纤维制衣[10]等环保理念下的新型工业,但仍有大量传统工业过程需要绿色化改造的过程。
当学习到苯酚、甲醛等物质时可以分析胶合板中含有胶水,其主要成分是甲醛、苯酚、脲醛树脂等,另外一些相应的涂料、油漆及所用的一些粘合剂[11]也含有苯酚等。而这些物质都有一定的毒性,通过呼吸道、皮肤会进入身体,影响人的视力及神经系统,同时,相应的可进行迁移说明,在某些大理石、花岗岩、瓷砖中,会含有放射性元素,这样既分析了课本内容,同时让学生了解身边的事物,具有一定的实用性。而其实在这些产品的加工生产过程中,可以尽量避免相应的有毒物质以及放射性物质的殘留,减小毒害作用,在此就需要应用到了绿色化学的理念,以防为主。
分析有机物时,也可以粗略分析,苏丹红、三聚氰胺、瘦肉精、核泄漏等耳熟能详的事件,因为对于这些也许学生们对之并没有深入的理解。教师可以分析其中相应的原理,让学生明白,应该如何合理应用化学,从源头减少或消除影响人类健康的物质,很好地使绿色化学与生活结合,调动学生的学习积极性,培养他们的绿色化学理念。
5.绿色化学与习题
习题可谓为学生检测自己的平台,同时也是对教师的一种信息反馈。特别是对于化学这样的理科课程,需要学生在接受知识后,将其化为自己的知识,并能灵活应用。而在习题中融入绿色化学,可以让学生深入了解绿色化学的重要性,同时也能获得相应的绿色化学信息。比如下列习题中包含的绿色化学信息可加深学生对绿色化学的认识。
例1 “绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向。“绿色化学”要求从根本上消灭污染,是一门能彻底阻止污染产生的化学。它包括“绿色生产”和“绿色销毁”等内容。2010年衡阳市在整顿音像市场的活动中,查获了一批盗版光碟,并进行了“绿色销毁”。以下做法属于“绿色销毁”的是()
A、潑上油漆焚烧 B、倒入湘江
C、深埋于土中D、碾压粉碎后回收利用
例2 ()在下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是:①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥消去反应 ⑦加聚反应 ⑧缩聚反应
A、①②⑤ B、②⑤⑦
C、只有⑦⑧ D、只有⑦
例3 超临界流体(Supercritical Fluid)是温度和压力同时高于临界值的流体,也即压缩到具有接近液体密度的气体,是物质介于气态和液态之间的一种新状态,目前应用最广的是超临界二氧化碳,在中药、香料的萃取分离以及作为溶剂、发泡剂取代氟利昂等具有重要价值,下面有关说法中错误的是( )
A、超临界二氧化碳与二氧化碳的物理性质不同,化学性质相同
B、超临界二氧化碳可能是一种原子晶体
C、用超临界二氧化碳溶解萃取物质,符合绿色化学的思想
D、用超临界二氧化碳溶解代替氟利昂可减轻对臭氧层的破坏
例4(1)以Cu为原料,写出四种制取Cu(NO3)2的反应的化学方程式。
(2)从了“绿色化学”的角度(环境保护和经济效益)考虑,选择哪种方法最好?
6.结 语
绿色化学由于其自身的特点,在现代社会中日益被人们所关注,对于新时代的学生们更应该牢牢掌握住这样的理念,而从生活入手在课堂中融入绿色化学理念让学生感同身受,因而可以让他们更好的接受教师。从生活角度进行分析,让学生学会将理论与实际相结合,学会自主的分析生活中的一些现象,树立绿色化学的理念。
参考文献
[1]侯振健. 食品添加剂和配料在香精生产中的应用[J]. 中国食品添加剂,2009,{z1):156—159.
[2]邓育红. 绿色化学课程——化学教学的新理念[J]. 中学化学教学参考,2001,(10):24—26.
[3]王春. 化学新课程教学中实施绿色化学教育的策略探讨[J]. 教改实践与探索,2009,(7):7—9
[4]李寒宇. 原子经济性[J]. 黑龙江交通科技,2011,34(2):110.
[5]陈倩秋. 浅谈新型太阳能高分子膜海水淡化系统[J]. 化学工程与装备,2009,(2):89—92
[6]金安靖. 浅谈绿色化学[J]. 中国校外教育(基础版),2010,(4):185.
[7]郭强. 二氧化氯消毒机理及其消毒副产物的控制[J]. 技情报开发与经济,2005,22(15):172—173.
[8]胡耐根. 水体富营养化的成因及防治对策[J]. 科技信息,2009,(33):726—727
[9]欣言. 德国推出玉米包装材料[J]. 世界农业,2002,(10):54.
[10]王晓玲,徐剑辉,周国英. 竹纤维的利用[J]. 安徽农业科学,2006,34(8):1578—1579.
[11]刘长笑. 生活中的化学问题与绿色化学[J]. 中国科技信息,2008,(8):206—207.
收稿日期:2011-10-08
【关键词】绿色化学;中学化学教学;生活中的化学
化学对人类社会发展作出了巨大贡献,我们的衣食住行都与化学紧密联系。但随着化学化工的发展,也出现了许多不良的社会影响,大气污染、臭氧层破坏、全球变暖、海洋污染、淡水资源短缺和污染、生物多样化减少等都与化学化工生产相关;三聚氰胺、瘦肉精、牛肉膏、甜密素、彭大素、薯粉墨、促长剂、快大王、香料香精、着色素等铺天盖地的食品添加剂[1],使人们达到了谈“化”色变的境界,甚至在英文中出现了一个新词汇chemophobia(化学恐惧症)[2]。而在此时绿色化学的出现为化学化工发展带来了新希望。
1.绿色化学简介
按照英国《绿色化学》(Green Chemistry)杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应高效利用原料,(最好使用可再生原料),消除废物的产生,避免使用有毒有害的和危险的试剂和溶剂。绿色化学体现了环保观点,通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,是近十年产生和发展起来的,是一个门新兴交叉学科,涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等,内容广泛。绿色化学的最大特点是在反应开始就采用预防污染的科学手段,因而过程和反应结束均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“绿色化学”作为新世纪化学发展的主要方向之一。我国在《新课程标准》中也已注重绿色化学[3],无论是实验还是基础知识,都很好的融入了绿色化学的思想。
2.绿色化学与教材
把绿色化学理念和新版高中化学教材中的知识点相结合,促进学生对绿色化学的认识了解。将课内和课外的知识相结合,从实际社会生活入手,融入绿色可持续发展的观念。
2.1化学工艺绿色化。化学工艺的绿色化,主要强调原子经济反应[4],提高原子的利用率,实现污染“零排放”。在制作呼吸面具、潜水艇、载人飞船等相应的课外实验教学中,很多学生都非常好奇相关信息,而其制氧方式便与绿色化学相关,过氧化钠跟二氧化碳生成碳酸钠和氧气的反应:2Na2O2 + 2CO2 = 2NaCO3 + O2。人吸入氧气,呼出二氧化碳,这个过程,便很好的利用了原料,达到了资源的充分利用,实现所说的原子经济性。
2.2能源绿色化。21世纪能源成为一个热点问题,无论是石油、煤矿还是树木、森林以及能耗问题都被人们所关注,目前日本的核泄漏问题也吸引了足够的重视,学生们对于诸如此类源自身边的话题,也较感兴趣。在高中教材中相应的分析了“采用高分子膜淡化技术[5]”以及“离子交换膜法电解制碱技术”等相应的低能耗技术,同时也专门谈及了“使用石化燃料的利弊及新能源的开发”,而在此处,可以结合日本核泄漏问题,讲解相应核能的利用问题,顺带分析,在核泄漏后如何相应的做出有效的后处理。提倡充分利用资源能源,并且在能源开发时,尽可能的较少污染物的排放。
2.3原料绿色化。中学课本中,在很多地方都相应的提及了原料绿色化有关的内容。从原料入手相对符合绿色化学的5R原则[6]。如在高中课本中,在分析氯气的漂白作用时,可以结合生活中的事例,解释其在自来水厂和造纸厂的应用[7],其在使用时,易产生二噁英和其他的有机氯化物,这些物质多为致癌物质和强突变物质,会带来相应的危害。因而现在较少的使用氯气进行漂白,取而代之的是二氧化氯(ClO2)、过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)等,这种采用无毒、无害的原料,相应可以减轻对环境的污染。
2.4产品绿色化。绿色化学的要求之一就是生成有利于环境保护、社区安全和人体健康的产品。在高中教材中“肥皂和洗涤剂”部分,提到洗涤剂中含有磷元素,会导致富营养化[8]现象,水生的藻类大量繁殖,水中的溶解氧降低,水质变化。在生活中,学生们都会看见一些富营养化的现象,比如水华、赤潮等,教师可分析其原理,说明传统合成洗涤剂导致水体的污染的问题,目前,科学家正在积极研制无磷等新型洗涤剂,以较少环境的污染,即环境友好型产品。
3.绿色化学与实验
绿色化学实验是在绿色化学的理论指导下,运用预防而非末端治理的方式对常规实验进行改造。在此研究中,通过改进实验方案,进行药品替换,或是设计环保的微型实验。这符合绿色化学的原则,使学生实验贴近绿色化学的理念。通过实验,让学生理解绿色化学的概念和意义。从实验课堂入手,让学生感受,绿色化学就在身边,从而产生环保意识。
4.绿色化学与课堂教学
课堂教学最重要的理念在于吸引学生的注意力,并且最大程度的讲知识传授给学生。出于社会的现状,学生不可能选择完全自主发现的形式进行学习,仍然需要教师传授及引导。而相应的,如何让把绿色化学的理念和中学课本中的知识点相结合,将课内和课外的知识相结合,很好的体现了授之以渔的理念,并融入可持续发展的观念。
学生们对于生活中的一些与化学有关的事物,并不了解。比如药品、涂料、塑料、食品、纺织品、化妆品等。人类的衣食住行,都离不开化学。而在这些东西的加工、应用及后处理等问题上,很大程度都应用了绿色化学的理念。通过这些的分析,与高中课本的结合,让学生体会到绿色化学无处不在,同时对之产生浓厚的兴趣。比如:用玉米作为外包装[9]、用竹纤维制衣[10]等环保理念下的新型工业,但仍有大量传统工业过程需要绿色化改造的过程。
当学习到苯酚、甲醛等物质时可以分析胶合板中含有胶水,其主要成分是甲醛、苯酚、脲醛树脂等,另外一些相应的涂料、油漆及所用的一些粘合剂[11]也含有苯酚等。而这些物质都有一定的毒性,通过呼吸道、皮肤会进入身体,影响人的视力及神经系统,同时,相应的可进行迁移说明,在某些大理石、花岗岩、瓷砖中,会含有放射性元素,这样既分析了课本内容,同时让学生了解身边的事物,具有一定的实用性。而其实在这些产品的加工生产过程中,可以尽量避免相应的有毒物质以及放射性物质的殘留,减小毒害作用,在此就需要应用到了绿色化学的理念,以防为主。
分析有机物时,也可以粗略分析,苏丹红、三聚氰胺、瘦肉精、核泄漏等耳熟能详的事件,因为对于这些也许学生们对之并没有深入的理解。教师可以分析其中相应的原理,让学生明白,应该如何合理应用化学,从源头减少或消除影响人类健康的物质,很好地使绿色化学与生活结合,调动学生的学习积极性,培养他们的绿色化学理念。
5.绿色化学与习题
习题可谓为学生检测自己的平台,同时也是对教师的一种信息反馈。特别是对于化学这样的理科课程,需要学生在接受知识后,将其化为自己的知识,并能灵活应用。而在习题中融入绿色化学,可以让学生深入了解绿色化学的重要性,同时也能获得相应的绿色化学信息。比如下列习题中包含的绿色化学信息可加深学生对绿色化学的认识。
例1 “绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向。“绿色化学”要求从根本上消灭污染,是一门能彻底阻止污染产生的化学。它包括“绿色生产”和“绿色销毁”等内容。2010年衡阳市在整顿音像市场的活动中,查获了一批盗版光碟,并进行了“绿色销毁”。以下做法属于“绿色销毁”的是()
A、潑上油漆焚烧 B、倒入湘江
C、深埋于土中D、碾压粉碎后回收利用
例2 ()在下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是:①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥消去反应 ⑦加聚反应 ⑧缩聚反应
A、①②⑤ B、②⑤⑦
C、只有⑦⑧ D、只有⑦
例3 超临界流体(Supercritical Fluid)是温度和压力同时高于临界值的流体,也即压缩到具有接近液体密度的气体,是物质介于气态和液态之间的一种新状态,目前应用最广的是超临界二氧化碳,在中药、香料的萃取分离以及作为溶剂、发泡剂取代氟利昂等具有重要价值,下面有关说法中错误的是( )
A、超临界二氧化碳与二氧化碳的物理性质不同,化学性质相同
B、超临界二氧化碳可能是一种原子晶体
C、用超临界二氧化碳溶解萃取物质,符合绿色化学的思想
D、用超临界二氧化碳溶解代替氟利昂可减轻对臭氧层的破坏
例4(1)以Cu为原料,写出四种制取Cu(NO3)2的反应的化学方程式。
(2)从了“绿色化学”的角度(环境保护和经济效益)考虑,选择哪种方法最好?
6.结 语
绿色化学由于其自身的特点,在现代社会中日益被人们所关注,对于新时代的学生们更应该牢牢掌握住这样的理念,而从生活入手在课堂中融入绿色化学理念让学生感同身受,因而可以让他们更好的接受教师。从生活角度进行分析,让学生学会将理论与实际相结合,学会自主的分析生活中的一些现象,树立绿色化学的理念。
参考文献
[1]侯振健. 食品添加剂和配料在香精生产中的应用[J]. 中国食品添加剂,2009,{z1):156—159.
[2]邓育红. 绿色化学课程——化学教学的新理念[J]. 中学化学教学参考,2001,(10):24—26.
[3]王春. 化学新课程教学中实施绿色化学教育的策略探讨[J]. 教改实践与探索,2009,(7):7—9
[4]李寒宇. 原子经济性[J]. 黑龙江交通科技,2011,34(2):110.
[5]陈倩秋. 浅谈新型太阳能高分子膜海水淡化系统[J]. 化学工程与装备,2009,(2):89—92
[6]金安靖. 浅谈绿色化学[J]. 中国校外教育(基础版),2010,(4):185.
[7]郭强. 二氧化氯消毒机理及其消毒副产物的控制[J]. 技情报开发与经济,2005,22(15):172—173.
[8]胡耐根. 水体富营养化的成因及防治对策[J]. 科技信息,2009,(33):726—727
[9]欣言. 德国推出玉米包装材料[J]. 世界农业,2002,(10):54.
[10]王晓玲,徐剑辉,周国英. 竹纤维的利用[J]. 安徽农业科学,2006,34(8):1578—1579.
[11]刘长笑. 生活中的化学问题与绿色化学[J]. 中国科技信息,2008,(8):206—207.
收稿日期:2011-10-08