绿色化学理念在高中化学教学中的渗透

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   摘 要:绿色化学理念在高中化学教育中有着很重要的意义和作用。教师要简单归纳其中典型的几个方向,来阐释绿色化学理念在高中化学教育中的地位和作用。
   关键词:学生;绿色化学;高中化学
   一、绿色化学教育的重要意义
   《普通高中化学课程标准(实验)》前言部分明确提出:“化学是解决人类社会发展过程中面临的有关问题,提高人类的生活质量、促使人与自然和谐相处等方面发挥着重要的作用。” 为了实现这一目标,化学工作者通过长期的总结与研究提出了“五 R”标准(减量 Reduce、重复使用 Reuse、循环利用 Recycling、拒用 Reject、再生 Regeneration)和十二条应用原则(防止污染优于污染治理;提高原子经济性;尽量减少化学合成中的有毒原料、产物,设计安全的化学品; 使用无毒无害的溶剂和助剂;合理使用和节省能源;利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品;减少不必要的衍生化步骤;采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂;产物的易降解性;发展分析方法,对污染物实行在线监测和控制;减少使用易燃易爆物质,降低事故隐患)。绿色化学的核心内涵是在反应过程中和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。绿色化学能很好体现人与自然和谐相处这一思想,而历年的高考题也往往体现绿色化学的思想。因此,中学开展绿色化学教育与研究具有其重要的意义。
   二、绿色化学理念的渗透主要有以下的几种途径
   (1)原子利用率的问题。原子利用率是指化学反应中目标产物的摩尔质量与化学反应式中按计量所得物质的摩尔质量之和的比值。(高中教材定义为:期望产物的总质量与生成物总质量之比)按照绿色化学的原则,最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,这时的原子利用率是100%。
   高中化学在必修二第四章最后一节的内容中以生成环氧乙烷为例讲述了原子利用率的概念及应用价值,书中分别用两种不同的途径经由乙烯来制取环氧乙烷,分别为氯代乙醇法和银催化法。前者经由两步进行,除生成环氧乙烷外还有CaCl2和水等副产物,而银催化法则可由氧气和乙烯一步反应制得。学生可以清晰理解原子利用率的含义并准确地应用,并做到由此及彼,可以自己或在老师的指导下总结出原子利用率高的反应类型,深化固化知识点。
   (2)能源问题。“能源危机”一词在现今的社会总出现的频次在逐渐递增,合理的开发和利用能源也是高中绿色化学教育理念的又一重要内容。
   ①能源的综合利用。能源与人类的生产生活密不可分,在目前能源危机越来越严重的情况下,能源的综合高效利用显得尤为重要。高中化学阶段对能源高效利用的要求是掌握煤、石油和天然气等化石燃料的综合利用。学生要从物理(例如简单的粉碎或变温分馏)和化学(能源深加工)两方面熟练掌握能源的综合利用,建立起简约高效的原则,并培养以简约高效为原则的实验设计和操作能力,从而体现绿色化学理念在高中教学中的渗透。
   ②替代能源的开发。依靠能源的综合利用仅能暂缓能源紧缺的问题,因此除了对常用化石燃料高效的利用之外,还需其他的途径来解决日益紧张的能源问题。由于化石燃料均属于不可再生资源,资源在慢慢地耗竭,替代能源的需求就越来越多。要培养学生建立完整的绿色化学理念,就要求学生要掌握常见的替代能源。替代能源是指以新开发利用的能源替代以往长期使用、目前广泛使用的能源。当今狭义上是指一切可以替代石油的能源,广义上是指可替代化石燃料的能源,包括太阳能、核能、风能、海洋能等。
   (3)清洁生产问题。清洁生产的定义为生态产业和生态工程中一类生产方式。而高中化学对清洁生产的要求主要体现在实验设计上,包括原料为无毒无害的可再生资源、产物为环境友好产品(安全、能降解、可再利用)、应用无毒无害的催化剂、应用无毒无害的溶剂等。如元素化合物章节制备硝酸铜实验设计为例,两种途径分别是铜与浓硝酸反应直接制取以及铜在氧气作用下生成氧化铜再与硝酸作用而生成硝酸铜。在理解了清洁生产理念之后,学生就不难理解第二种方法才是安全可行的。此外,清洁生产理念还可以帮助学生推导位置的反应现象及原理。作为高中阶段的化学学习由于知识点范围的界定,使学生对于某些反应的理解有着一定的局限性,但可通过基础原理而推测未知的结果。
   (4)环境污染。环境污染问题也是高中化学绿色化学理念一个重要方面,无论在必修还是选修教材中都有不少的篇幅来说明讲解,其内容贯穿整个无机和有机反应。
   ①常见的有毒气体。高中对有毒气体都有明确的讲解,如氯气、二氧化氮、二氧化硫等。此类物质如果任由排放到大气中,会造成严重的环境污染。教师要引导学生了解各种污染源的来源、污染原理以及污染危害,以便通过化学的方法将可能存在的污染源阻断或治理已形成的污染。高中实验中最常考查的是尾气处理问题,主要包括处理药品以及处理装置。因此,实验时除了体现防止污染环境之外,还要体现实验安全性原则,这是绿色化学思想的综合应用。
   ②水体污染也是环境污染的一项重要方面。高中阶段的考查主要体现在氮磷富营养化以及重金属污染的防治方面。其中,重金属污染考查的频次更高,要求学生了解常见污染离子及特性,并根据各离子自身性质和绿色化学理念合理选择适当的除杂试剂,做到除去杂质且不引入新杂质,尽量做到回收再利用,简约、安全、高效。
   以上绿色化学理念无论是未来的生产生活中还是在高中阶段的化学学习过程中,对高中生而言都具有重要的意义。因此,教师要树立起绿色化学的意识,在日常授课过程中有意识地将绿色化学理念以各种形式渗透到各化学教学环节中去,使学生建立起高效安全生产和环境保护意识。
  参考文献:
  [1]朱文祥.绿色化学与绿色化学教学[J].化学教育,2001(1).
  [2]苏豪.新课程背景下开展绿色化学的教育途径[J].数语外学习,
   2012(7).
   (黑龙江省大庆一中高中部)
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