高中化学教学中渗透绿色化学教育的探索与实践

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  随着工农业的迅猛发展,环境问题已经成为当前全世界关注的热点问题之一。绿色化学又称环境无害化学、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。绿色化学是防止环境污染的一种理想手段,是从源头解决污染问题,对环境保护及社会的可持续发展具有重要的指导意义,是环境保护的必由之路。绿色化学的诞生是对STS思想的佐证,为STS教育提供了好的范例。绿色化学目标的实现需要一代又一代具有绿色化学意识、懂得绿色化学知识和技术的“绿色”人才。而“绿色”人才离不开绿色教育,需要通过教育来树立学生的绿色化学理念,培养他们与环境友好相处的意识,树立可持续发展的观念。因此,对高中化学教学中渗透绿色化学教育进行研究具有重要意义。
  一、绿色化学的现代内涵
  绿色化学(Green Chemistry)概念从一提出来,就明确了它的目标,是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大限度地节约了能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的过程为零排放和零污染,具体内涵体现在五“R”上。
  1.减量(Reduction)——减量是从节省资源、少污染角度提出的,包括两层意思:(1)减少资源用量,在保证产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率,减少损失率;(2)减少“三废”排放量,主要是减少废气、废水和废渣(副产物)排放量,特别是排放废水量必须降低到一定标准以下。
  2.重复使用(Reuse)——重复使用不仅是降低成本的需要,而且是减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。
  3.回收(Recycling)——回收可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求。回收包括:回收未反应的原料,回收副产物(含“三废”),回收助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。化学工业产生中的循环操作程序就是一种常见的回收方式。
  4.再生(Regeneration)——再生是变废为宝、节省资源能源、减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在它设计的开始,就应考虑到有关原材料的再生利用,特别高分子材料的再生显得尤为重要。
  5.拒用(Rejection)——拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的药品原料,拒绝在化学反应过程中使用。在学术界日益重视的绿色化学现代内涵已得到理解,绿色化学概念在工业上也已日渐得到认可,但它的概念与内涵在教学中也应得到贯彻,它的应用在实验中也应得到推广。特别是中学化学教学,面对的是接受启蒙化学教育的中学生,贯彻绿色化学内涵,推广绿色化学成果显得尤为重要。
  二、绿色化学教育实施策略
  1.宣传绿色化学,增强环保意识。
  要让学生把绿色化学理念变为自觉的行动,树立正确对待环境的态度,培养学生改造和优化环境的意识和能力,就必须让学生接受绿色化学的思想。在教学中要充分利用教材资源,有计划、有目的地对学生进行宣传教育。对学生进行环境教育,首先要使学生对环境保护的重要性、必要性和紧迫性有清醒的认识。环境危机意识是环境教育最适宜的切入点。利用化学学科优势,教师可以点带面,介绍环境污染及其危害,逐步树立学生的环境忧患意识,从而培养学生的绿色化学思想及可持续发展战略。例如:在講化学“硫和氮的氧化物”一节时,先让学生阅读“图4-19空气质量日报”,并让学生相互讨论工业生产对环境造成的污染的严重性,让其认识到保护环境、防止污染的重要性和紧迫性。明确发展经济不能走先污染再治理的老路,要提倡绿色化学,从源头上减少和消除工业生产对环境的污染,从而树立学生的绿色化学思想。
  2.重视实验教学,渗透绿色化学理念。
  在实验教学中贯彻绿色化学观点,实验教学与绿色化学联系最为紧密、最为直接,在实验教学中贯彻绿色化学思想最为重要。因此,为了适应绿色化学新要求,中学化学实验必须进行改革。
  (1)要大力推行微型实验。要对常见实验仪器进行微缩,对常用试剂要给出限量,实验中除了可使用已研制成功的井穴板等微型仪器,还可以把容量瓶、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。
  (2)要努力改革实验方式。有些颜色变化明显的定性实验可放在点滴板中进行,如指示剂与酸或碱作用实验、Fe3 的显色实验等,有些定性实验可放在滤纸上完成,如电解饱和食盐水,检验醛基存在等。
  (3)要设法改进和创造性演示有关实验。课本中有些实验仍有危险性,硝基苯及苯有毒,硝基苯、溴苯制备实验可以用多媒体演示;在NO2制备、铜与浓硫酸反应、氯气的制备等实验中可以连接尾气装置;对H2和O2、Cl2与H2等的爆鸣实验可以进行改进。
  (4)正确处理实验废弃物。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,而且可以变废为宝。对于废液的处理,实验室应建有专门的废酸槽和废碱槽。在实验操作中要求学生,每次实验完毕后的废液,一定要在指定处倾倒。对于含贵重金属的废液,要经化学处理回收后再排放。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Cl2等有毒气体的制取,要用相应的试剂进行尾气处理。
  3.精心设计作业,巩固绿色化学理念。
  在布置化学作业时,要精心选择一些渗透绿色化学理念的习题,让学生在练习中不断强化绿色化学理念。如,让学生设计制备硫酸铜的实验,并让学生从环保和节约药品的角度,选择最佳方案。同时,每次实验课后,要求学生写化学实验报告,除了要求学生记录实验现象并进行解释原因外,还要对实验过程中出现的问题做进一步的思考,并提出改进的设想和措施,以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,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。
  综上所述,在化学教学中渗透绿色化学理念,是一项长期而系统的工程,教师要坚持不懈地努力,从自己做起,从身边做起,从点滴做起,言传身教,努力让我们的水更清、天更蓝、空气更清新。
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