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[摘 要] 按照绿色化学的理念和要求,改造或重新设计了部分化学是实验的过程和方法,改进实验仪器和装置,进行了微型实验的系统研究和推广,对实验产物进行了无害化处理和有益的利用。
[关键词] 化学实验 绿色化学
绿色化学又称环境无害化学,近年来应全球可持续发展战略需要而提出,并得到化学界广泛关注,他的基本思想是设计研究没有或尽可能少的环境副作用,在技术和经济上是可行的方法,在本质上有别于环境化学,这种思想和方法一问世就受到国际社会的普遍欢迎和积极研究与推广,笔者绿色化学的理念对中学化学实验进行了系统的微型化研究和推广,对部分污染较大的传统实验进行了无害化改造。取得较好效果。
1.按照绿色化学的要求改进和设计实验过程。
1.1:不用风险试剂和挥发性有机物
尽量避免或尽可能少的使用HCN,HF,Cl2,Br2,OCl等风险试剂和苯,CCl4,氟利昂等挥发性有机物,把有氯漂白或SO2漂白改为无氯漂白和无SO2漂白,如H2O2,Na2O2,O3,O2可选择性地用于某些化学指示剂,植物叶,花,汁,部分有色溶液,印染物品,动物毛发,圆珠笔油等的漂白,杜马法测CCl4分子量实验改为气体密度法测CO2或O2的分子量,阿佛加德罗常数测定由单分子膜法改为电解硫酸铜法或电解水。
1.2:提高化学反应转化率
对一些转化率不高或副产物过多的实验进行了改造,使其转化率大为提高,副产物尽量减少,如用MnO2催化分解KClO3制氧气将产生有毒产物Cl2,我们改用Ca(OH)2作催化剂,转化率可达99.7%,几乎测不出Cl2。又如氨催化氧化实验,常用Fe2O3作催化剂,其转化率仅为89.9%,改用铂作催化剂,转化率可达98%,即使用Cr2O3作催化剂,转化率也可达95%。接触法制硫酸,用Fe2O3或Cr3O3作催化剂,转化率仅为69.5和81%,若用铂石棉,可使转化率达到99.5%。
1.3:反应途径的重新设计
对一些不可避免会产生污染的化学实验,可改用别的反应方式或途径,使其不产生污染物。列如上述的MnO2分解KClO3制氧气,会产生有毒副产物Cl2,我们改用氧化铜催化H2O2分解制氧气,产物除氧气以外还有水,而水不构成环境污染,如果需要缓慢释放氧气,可采用5%的氢氧化钠溶液或Cu2+,Fe2+,Cr3+等溶液及木炭,银粉碘粒等作催化剂,或市售30%的H2O2稀释到组成为3%——5%的溶液,再加MnO2催化分解,即可缓慢制取氧气。
2仪器及装置的设计和改进
在有害气体参加反应或生成的实验中,若敞开体系进行,会污染环境,我们使用如下一些装置 密闭状态下进行实验,从而减少环境污染。对于一些容易产生有毒气体的实验,可以根据毒气的性质,选用适宜的试剂在改进的装置内进行吸收如硫化氢,氯化氢,二氧化硫,等有毒气体。
3.实验产物或残留物的无害处理和利用
3.1产物的再生利用
化学实验产物,大多是有毒有害的,即使有些毒性不是很大,如果不加处理,时间长了,积累起来,也会造成严重污染,事实上,一般的实验产物,只需经过简单处理,就可以使其回到原来状态,从而可以再次使用,列如氢气还原氧化铜的实验,可用粗铜丝在空气中加热使其表面氧化生成氧化铜,再用此氧化铜去做氢气还原性实验,实验过程中,氢气又将铜丝表面的氧化铜还原成了铜,若需再次试验,还可用此铜丝重复上述操作,一点污染也没有。类似这种循环使用残留物或产物的事列还很多,一个最典型的列子是银镜反应,该反应必须用到硝酸银溶液,反应之后镀成的银膜,可用浓硝酸溶解,银溶解后又变成硝酸银溶液,当其溶解达到饱和后,再按一定比列稀释,即可成为所需要的任何浓度的硝酸银溶液,当然,该实验除了银膜外还有剩余的银氨液,这其中有银离子、氢氧化钠、没氧化完的醛,这些物质如果不处理会污染环境,实验中用过量的银离子使残留的醛全部被氧化,然后用维生素C溶液进行还原,即可得到灰色的银粉,然后将此沉淀烘干,移入1000℃的高温炉中熔融,冷却后得到银块,将其直接溶于浓硝酸又可得到硝酸银溶液。
3.2反应产物的循环利用
有的反应产物或残留物,由于残留的量较大,通过再生利用不方便,这就需要根据残留物的性质,在不造成二次污染的前提下把它处理掉或进行循环使用,列如CO还原CuO的实验,实验时会剩余大量有毒气体CO,这无疑会污染环境,若将没反应完的CO循环使用或把燃烧的尾气用于加热反应物,以提高反应温度,这样既消除了污染,同时还节约了酒精。
综上所述,按照绿色化学的理念和要求对中学化学实验进行改造是完全可行的,也是十分必要的,特别是那些污染十分严重的实验,更应进行彻底改造,使其尽量少的甚至不产生污染物,即使有些非产生污染物不可的实验也应尽量设法回收、吸收、再生、利用。尽量不使用风险试剂或挥发性有机物,这样不仅可以减少环境污染,保护师生健康,而且还可增强学生环保意识,增强学生社会责任感,同时还节约许多试剂,减少实验经费开支。■
[关键词] 化学实验 绿色化学
绿色化学又称环境无害化学,近年来应全球可持续发展战略需要而提出,并得到化学界广泛关注,他的基本思想是设计研究没有或尽可能少的环境副作用,在技术和经济上是可行的方法,在本质上有别于环境化学,这种思想和方法一问世就受到国际社会的普遍欢迎和积极研究与推广,笔者绿色化学的理念对中学化学实验进行了系统的微型化研究和推广,对部分污染较大的传统实验进行了无害化改造。取得较好效果。
1.按照绿色化学的要求改进和设计实验过程。
1.1:不用风险试剂和挥发性有机物
尽量避免或尽可能少的使用HCN,HF,Cl2,Br2,OCl等风险试剂和苯,CCl4,氟利昂等挥发性有机物,把有氯漂白或SO2漂白改为无氯漂白和无SO2漂白,如H2O2,Na2O2,O3,O2可选择性地用于某些化学指示剂,植物叶,花,汁,部分有色溶液,印染物品,动物毛发,圆珠笔油等的漂白,杜马法测CCl4分子量实验改为气体密度法测CO2或O2的分子量,阿佛加德罗常数测定由单分子膜法改为电解硫酸铜法或电解水。
1.2:提高化学反应转化率
对一些转化率不高或副产物过多的实验进行了改造,使其转化率大为提高,副产物尽量减少,如用MnO2催化分解KClO3制氧气将产生有毒产物Cl2,我们改用Ca(OH)2作催化剂,转化率可达99.7%,几乎测不出Cl2。又如氨催化氧化实验,常用Fe2O3作催化剂,其转化率仅为89.9%,改用铂作催化剂,转化率可达98%,即使用Cr2O3作催化剂,转化率也可达95%。接触法制硫酸,用Fe2O3或Cr3O3作催化剂,转化率仅为69.5和81%,若用铂石棉,可使转化率达到99.5%。
1.3:反应途径的重新设计
对一些不可避免会产生污染的化学实验,可改用别的反应方式或途径,使其不产生污染物。列如上述的MnO2分解KClO3制氧气,会产生有毒副产物Cl2,我们改用氧化铜催化H2O2分解制氧气,产物除氧气以外还有水,而水不构成环境污染,如果需要缓慢释放氧气,可采用5%的氢氧化钠溶液或Cu2+,Fe2+,Cr3+等溶液及木炭,银粉碘粒等作催化剂,或市售30%的H2O2稀释到组成为3%——5%的溶液,再加MnO2催化分解,即可缓慢制取氧气。
2仪器及装置的设计和改进
在有害气体参加反应或生成的实验中,若敞开体系进行,会污染环境,我们使用如下一些装置 密闭状态下进行实验,从而减少环境污染。对于一些容易产生有毒气体的实验,可以根据毒气的性质,选用适宜的试剂在改进的装置内进行吸收如硫化氢,氯化氢,二氧化硫,等有毒气体。
3.实验产物或残留物的无害处理和利用
3.1产物的再生利用
化学实验产物,大多是有毒有害的,即使有些毒性不是很大,如果不加处理,时间长了,积累起来,也会造成严重污染,事实上,一般的实验产物,只需经过简单处理,就可以使其回到原来状态,从而可以再次使用,列如氢气还原氧化铜的实验,可用粗铜丝在空气中加热使其表面氧化生成氧化铜,再用此氧化铜去做氢气还原性实验,实验过程中,氢气又将铜丝表面的氧化铜还原成了铜,若需再次试验,还可用此铜丝重复上述操作,一点污染也没有。类似这种循环使用残留物或产物的事列还很多,一个最典型的列子是银镜反应,该反应必须用到硝酸银溶液,反应之后镀成的银膜,可用浓硝酸溶解,银溶解后又变成硝酸银溶液,当其溶解达到饱和后,再按一定比列稀释,即可成为所需要的任何浓度的硝酸银溶液,当然,该实验除了银膜外还有剩余的银氨液,这其中有银离子、氢氧化钠、没氧化完的醛,这些物质如果不处理会污染环境,实验中用过量的银离子使残留的醛全部被氧化,然后用维生素C溶液进行还原,即可得到灰色的银粉,然后将此沉淀烘干,移入1000℃的高温炉中熔融,冷却后得到银块,将其直接溶于浓硝酸又可得到硝酸银溶液。
3.2反应产物的循环利用
有的反应产物或残留物,由于残留的量较大,通过再生利用不方便,这就需要根据残留物的性质,在不造成二次污染的前提下把它处理掉或进行循环使用,列如CO还原CuO的实验,实验时会剩余大量有毒气体CO,这无疑会污染环境,若将没反应完的CO循环使用或把燃烧的尾气用于加热反应物,以提高反应温度,这样既消除了污染,同时还节约了酒精。
综上所述,按照绿色化学的理念和要求对中学化学实验进行改造是完全可行的,也是十分必要的,特别是那些污染十分严重的实验,更应进行彻底改造,使其尽量少的甚至不产生污染物,即使有些非产生污染物不可的实验也应尽量设法回收、吸收、再生、利用。尽量不使用风险试剂或挥发性有机物,这样不仅可以减少环境污染,保护师生健康,而且还可增强学生环保意识,增强学生社会责任感,同时还节约许多试剂,减少实验经费开支。■