论化学实验的“绿色化”与学生环保意识的培养

顾远

“绿色化学”，又称环境无害化学，绿色化学的核心内容之一是“原子经济性”，即充分利用反应物中的各个原子，因而既能充分利用资源，又能防止污染。绿色化学的核心内容之二是五个“R”：第一是Reduction——“减量”，即减少“三废”排放；第二是Reuse——“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成本和减废的需要；第三是Recycling——“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；第四是Regeneration——“再生”，即变废为宝，他是节省资源、能源，减少污染的有效途径；第五是Rejection——“拒用”，指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的，有毒副作用及污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，这是杜绝污染的最根本方法。所谓化学实验的“绿色化”，就是把绿色化学教育理念贯穿于化学实验教学的全过程，降低污染的同时，又能提升教学效果。

一、 培养学生的化学实验“绿色化”和环保意识的重要性

1.保证实验教学工作顺利开展的前提

化学实验室常用玻璃仪器，经常接触酸、碱等强腐蚀性药品，容易造成或轻或重的实验事故，事故一旦发生就会给正常的实验教学带来很大的负面影响。有些学校，教师甚至因噎废食，因害怕学生出现伤害事故而减少学生操作实验。而化学是一门以实验为基础的学科，因实验的减少，会使教学效果受到很大影响，同时也束缚了学生的手脚和思维的空间。其实，对于学生实验，只要严格按照正确的操作去完成，是不会出现伤害事故的，危险源于不规范操作。例如：“玻璃仪器轻拿轻放，避免破损”；“金属钠取用适量”；“切不可往正在进行加热的盛有苯酚和甲醛混合物溶液的试管中加入盐酸催化剂”等等。只要防微杜渐，未雨绸缪，重视安全教育，实现化学实验“绿色化”，提高学生的环保安全意识，就能从根本上杜绝实验中伤害事故的发生，防止污染环境的发生，还能保证实验教学工作顺利进行。

2.社会赋予教育的责任

近二十年来中国工业迅速发展，人们在享受着它带来巨大物质财富的同时，也遭受着严重污染的危害，如臭氧空洞、温室效应、淡水资源缺乏、酸雨肆虐、光化学烟雾……虽然有的老师会说，这些我们都在讲，可是这远远还不够。比如：有的学生把废旧电池随手乱扔，塑料袋随手抛在地上，随手丢弃的口香糖，这些严重污染环境的现象，反应了我们较差的环保意识和做人的素质问题。笔者认为这是一个对待环保的意识问题和行为习惯问题，作为一名教师应该首先意识到下一代环保意识的缺乏，在实验教学中除了教给学生实验技能之外，还应该大力培养他们的环保意识，为他们将来能拥有高质量的生活环境着想。

二、实现化学实验的“绿色化”，切实培养学生的环保意识

1.加强实验课程研究，从内容上体现环保意识

根据具体的化学内容，在强化基础知识的同时，引入与现代科学关系密切的化学新成果、新技术及方法，将经典化学理论与学科前沿发展相结合，保证教学内容的科学性和先进性。可以将内容上联系密切、操作过程相似的实验合并在一次实验课上。例如：将蒸馏、分馏两个实验合并为一次实验教学；将萃取、分液两个实验合并为一次实验教学。还可以对演示实验所用试剂进行选择，例如选择萃取剂可以不用苯，而改用乙酸乙酯等无毒性的萃取剂，利用有限的教学资源和教学课时来完成较多的教学内容，实现低耗高效的教学理念，这正是绿色环保意识在教学内容和课程体系上的直接体现。

2.改进实验仪器和装置，从设计上强化环保意识

（1）推广微型化学实验，提高环保意识

微型化学实验是近20年来发展很快的一种化学实验的新方法、新技术，被誉为“化学实验的革命”。微型化学实验是着眼于环境保护污染预防的需要，就是用尽可能少的药品，在微型化的仪器装置中进行的化学实验。例如必修一中卤素的性质实验，教材上是在试管中完成的，所用的药品种类多，份量大，而饱和的氯水存在着氯气逸出污染。改用透明塑料制作的微型滴管及井穴板做，既减少了药品消耗及废物污染，现象也很清楚。微型化学实验使用试剂为常规量的1/10-1/100，正体现了绿色化学实验减少用量，减少化学污染的原则。又如，在铜和稀硝酸的反应中，利用注射器代替试管进行试验，取一支10mL的注射器，抽出活塞，在针筒内装入0.04 g铜屑，推上活塞并吸入0.1mL的稀硝酸，观察现象，等反应完毕后将注射器中液体小心排入废液瓶中，针筒内气体可见到无色气体变成红棕色，如再吸入少量的水，又可见到红棕色的气体又变为无色。改进后的装置是封闭体系，易于对比观察，效果明显，药品用量比改进前少得多，同时能防止有毒气体氮氧化物的泄漏而污染空气，强化了学生的环保意识。

（2）改进传统实验，实现化学实验“绿色化”

目前普通高中课程中必修部分的一些实验，在具体操作过程中大都存在着诸如药品用量大、反应耗时长、废气未经处理直接排入空气造成环境污染等问题，因此对这些化学实验进行改进是很有必要的。

图1

例如，必修1中在有水和无水两种情况下对比氯气漂白性质的实验。实验存在以下不足：①一次实验就要制得两瓶氯气，药品用量太大；②氯气易逸出，造成环境污染，这与环保意识相悖。所以可进行如图1所示的改进，其中：a-浓HCl；b-KMnO4固体；c-无水CaCl2；d-H2O；e-干燥的红纸条。按此图所示连接好实验装置，称取0.5 g KMnO4装入具支试管中，再用带橡皮塞的滴管吸入约0.5 mL浓HCl，然后塞上橡皮塞。在干燥管中装入适量无水CaCl2。在试管底部放置一张红纸条，再塞上带有导管和针头的橡皮塞，然后用医用针管吸入适量蒸馏水后将其装在针头上。轻轻挤压滴管的胶头，使浓HCl缓缓流下，根据反应剧烈程度控制流速，先观察试管中红纸条的颜色是否有变化；然后再推压针栓，滴入几滴水，观察红纸条颜色的变化。

改进后，此实验仪器简单、易得，药品消耗少，将两次实验合并，易于操作，演示时间短，现象明显，对比鲜明，整个实验在封闭环境中进行，对环境没有污染，特别适合于演示实验。

（3）通过实验装置的“成品化”，实现零污染

实验装置的“成品化”，是指操作某些药品为有毒物质的化学实验，其仪器可使用密封有该化学药品的成品化的仪器，来完成的化学实验。这种仪器操作直接简单，仪器和药品都可循环使用，不存在污染毒害，是绿色化学实验的理想装置。

如“碘的升华实验”，可用成品化的“碘锤”（两头向内凹陷，其内密封有碘晶体）来完成，其方法是把其中一头放在酒精灯上加热，另一头洒上几滴冷水，碘升华后，因另一头冷水的冷却作用，可使碘晶体重新又凝聚在“碘锤”上方内壁上。下次实验时，再在“碘锤”的另一头加热即可。如此可以反复使用，节约原料，又能减少污染。

3.用多媒体进行实验教学，在实验教学中渗透环保意识

计算机多媒体技术在理论课教学的应用上已经相当普遍，在实验教学中也可以推广使用。将实验原理、操作步骤等制成课件，利用声音与图像的结合，清晰而形象地显示实验过程，且用模拟实验软件还可使学生体会到不同实验条件下的实验现象和结果，既形象生动，又节省易耗品，又能避免环境污染。例如实验室制Cl2、铜和浓硫酸反应等演示实验，都可以制成课件，既现象明显，又避免了有毒的Cl2和SO2气体的生成。当然教师也可以将教学计划之外的有创新性、综合性的实验制成课件放在校园网上，学生可以根据自己的课余时间和实验兴趣有选择地学习，使学生开阔视野，拓展思维，充分体现因材施教的个性化教学特点。用现代化的教学手段既使学生掌握了丰富的科学知识，又对学生的环保意识进行了有效渗透。

4.实验的废液、废渣、废气尽可能回收利用，始终贯彻加强环保意识

在化学实验中，不仅要少用药品，减少废弃物，同时对其废弃物也要妥善处理，决不能随意倾倒，造成环境污染，有的还可以变废为宝。

（1）某些不能直接利用的有毒物质可用化学方法进行妥善处理，例如，萃取后的苯、实验中残余的一氧化碳可以燃烧掉；溴苯可以碱解；酸液中的重金属离子可用锌、铁等轻金属还原。

（2）对实验中产生的以及实验后残留的有毒气体进行适当处理，消除危害。例如，氯气、二氧化硫、硫化氢、二氧化氮等有害气体都可以用碱液吸收；用碱液吸收HCl、SO2等酸性气体；对于散落的汞，用硫粉处理，减少汞蒸汽的污染。

（3）某些废弃物不经过处理就可变废为宝，例如，利用高锰酸钾制氧气的残留固体可用做氯酸钾分解制取氧气的催化剂，最终残余物还可以用于钾的焰色反应，或用于做花、草、树、木的肥料等等，从而使学生在化学实验中自觉养成保护环境的行为。

三、真正实现化学实验“绿色化”，培养学生环保意识的几点思考

1.应当从教材入手

教材是教师施教的依据，从我国现行化学教材来看，学生实验的编写一般是由目的、原理、仪器、药品、步骤等几部分组成。笔者认为应当适当增加环保方面的内容。我们现在的实验教改方向是逐渐从验证性实验向探索性实验过渡，要求学生独立思考，动手探究。而我们的思路一般是目的原理→实验用品→步骤→结论，而忽略了环境保护的问题，所以教材上也需要增加绿色化学，增强环保意识方面的内容。

2.要从教师自我做起

作为教师要从自我做起，注意演示实验中的任何操作的规范性，要立足现有教材，在常规教学中时刻注意化学实验“绿色化”，时刻渗透环保教育。如，《硫酸的工业制法》、《炼钢炼铁》、《石油和石油产品概述》、《电解电镀》等章节涉及到很多与生活相关的实例，教师在处理这部分教材时最好结合本地情况另行分析，使学生充分认识到环保的重要性，树立从我做起的环保意识。教师还可以结合历史事件对学生进行环保教育，如对二氧化硫的讲述，结合一定的历史事件说明二氧化硫的危害性。例如伦敦烟雾事件造成空气中二氧化硫含量高达3.5mg/m3，一周雾期内伦敦地区死亡4703人；洛杉矶光化学烟雾事件是由于空气中碳氢化合物和氮氧化合物急剧增加，受强烈阳光照射发生一系列光化学反应，形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯和醛类等强氧化剂烟雾造成的，致使很多人喉头发炎，鼻、眼粘膜刺激红肿，并有不同程度的头痛，以此来增强学生的环保意识。

3.要重视学生实验

现在的教材中学生实验越来越少了，所以首先要注重已有的学生实验，还要注意开发一些演示实验为学生实验。在学生实验中，要紧抓实验的规范，要求学生注意实验药品的用量，注意仪器的使用规范，注意实验事故的快速处理，注意实验废品的处理规范，在学生的一切实验操作过程中渗透绿色化思想，渗透环保思想。

4.可以立足校本课程，积极开展研究性学习

开展研究性学习，也是对学生进行环保教育的有效途径。教师可结合本地情况，有计划的组织学生开展环保方面的研究性课题，例如，燃料使用及其污染，干电池污染，本地区主要工业污染源及其污染物的处理调查，还可以进行江河水质的调查等。利用学生已有的知识结合实际情况，使学生了解书本以外的环保知识，帮助他们树立环保意识。

当今社会环境问题越来越多，越来越严重，英国生态学家爱德华·戈德史密斯说过一句话：“大自然在崩溃、在衰亡，其速度之快，以致如果让这种趋势继续发展，自然界将很快失去供养人类的能力。”绿色化学已成为当今化学发展的主要方向，是化学发展的更高层次。作为化学教育工作者应该肩负自己的职责，只有将化学实验“绿色化”，只有将绿色化学教育不断地溶入到教学中去，从点滴入手，不断探索和实践化学的绿色化，培养学生的绿色化学和环境保护意识，从根本上切断污染源，才能保护我们人类赖以生存的环境，只要我们在实验中自始至终做到统筹兼顾、适当安排、合理利用，互相监督，就能把化学教学中环境保护的意识传播到每位学生的心中，只有这样，才能创建一个美好的生活环境，才能让我们拥有一个充满生机的地球！

（收稿日期：2014-12-08）