【在化学教学中渗透绿色化学理念的思考】 绿色化学实际例子

　　【摘要】根据绿色化学的含义及当前环境污染状况，在化学教学中把绿色化学渗透到理论教学中、实验教学中，从而减少环境污染，保护自然环境，使学生认识到绿色化学对人类生存和可持续发展的重要性。
　　【关键词】绿色化学　环境　实验
　　
　　理念的内涵是一种思想认识观念。绿色化学理念是人们在社会发展、生产建设、科学研究、生态保护等实践中产生和形成的一种全新的思想认识、发展观念及超前意识。它具有导向性、调节和评鉴功能，引导着人类生产活动的方向，影响着人类的生存与生产环境，也决定着人类社会的可持续发展。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。是指设计和研究没有或者有尽可能小的环境副作用，并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。其最大的特点在于它是在化学品和化学过程的始端就实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子。反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100％，具有“原子经济性”，因此它既能充分利用资源，又能实现预防污染。
　　
　　化学是一门与人类生活息息相关且有着很大社会需求的自然学科。然而随着环境污染的加剧，很多人对化学产生了恐惧感。特别是近几年出现的“瘦肉精”、“三聚氰胺”等危害人民群众生命健康的事件，使化学品几乎成了“有毒”、“有害”的代名词。随之带来的社会伦理、道德、政策、法律等问题也愈加引起了人们的关注。绿色化学则给人类铺设了一条从根本上解决这些问题的必由之路，向人类展示了发展科学，造福人类，但不以牺牲环境为代价的新的化学境界，它追求的是化学的完美，使化学变得更为清洁、更为经济、更加美好。因此作为化学教育工作者。如何在教学中渗透绿色化学理念，培养学生尊重自然，追求人与自然和谐发展的意识，是摆在我们面前义不容辞的责任和义务，具体应从以下几方面入手。
　　
　　一、理论教学中渗透绿色化学内容
　　
　　1　培养学生绿色化学意识
　　意识是行动的先导，意识决定着行动的方向。在教学中要注意向学生灌输环境保护和科学的发展观对整个社会和谐健康发展所起的关键作用，把环境污染的典型事例自然生动地渗透到化学教学中，如广东省的酸雨、松花江水体污染事件等，让学生体验到污染给人们带来的危害，培养学生对环境保护的责任感。对某些物质的性质进行描述时，可同时指出其危害性及解决办法，如在讲解“硫及其化合物的性质”时，可有意识地引导学生分析酸雨形成的原因、途径、成分及其危害。启发学生想象并设计出减少酸雨形成的方案及采取的具体措施；在讲“氮的氧化物”时，穿插汽车尾气的排放、氮氧化物造成的光化学烟雾的危害，使学生认识到绿色化学对人类生存和可持续发展的重要性。
　　2　结合“原子经济性”设计绿色化学反应
　　绿色化学的核心内容之一是原子经济反应，即充分利用反应物中的各个原子，既能充分利用资源，又能防止污染。“原子经济”概念最早是由美国斯坦福大学Trost教授提出的，理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”，他用原子利用率衡量反应的原子经济性。原子利用率的含义是指化学反应中目标产物的相对分子质量与全部生成物的相对分子质量总和的比值。理想的原子利用率是100％，按照绿色化学的要求，所有化学反应必须是：最大限度利用原料、最大限度减少废物排放，即提高原子利用率。所以在教学中结合有关物质的性质引导学生尽量通过多种途径去设计合成路线，然后选出制备相同量的目标产物时，反应物用量、副产物都最少，污染又最小的合成路线，这就是原子利用率最高的反应途径。
　　例如，要求学生以铜、硫酸、水、空气为原料，设计化学反应制取硫酸铜，并且用绿色化学的观点分析哪种方法最佳。学生主要设计出下列两种方案：
　　分析上表可知，从理论上制取2摩尔硫酸铜，方案(1)消耗硫酸的量最多，生成的污染物最多，原子利用率低，是最差的方案。方案(2)消耗硫酸的量最少，没有污染环境的气体，原子利用率高，是最佳的方案。
　　
　　二、实验教学中渗透绿色化学内容
　　
　　化学实验是化学教学中必不可少的重要环节。由于学生实验所用的化学试剂种类多，污染成分复杂，累积效应不容忽视，在加上不少学校实验室产生的废弃物未能做很好的处理。为此我们必须清醒意识到减少化学实验污染及对污染物进行处理的紧迫性和重要性。
　　1　推广微型化实验
　　微型化学实验，它是指“以微小量的试剂，在微型化的仪器装置中进行的化学实验”。这里所说的“微小量”约为常量化学实验中试剂用量的十分之一甚至更少。有机化学实验中，所用药品种类多、分量大，实验中可尽量改用点滴板替代试管做实验，如：醛酮与2，4二硝基苯肼的反应、酚类与三氯化铁的显色反应等，1～2滴即可得到明显的实验现象。对于滴定分析法可采用微型滴定，如：生理盐水中氯化钠含量的测定――莫尔法，当硝酸银浓度降至0.05mol／L时，其测定误差和偏差均达到分析要求，生成的砖红色铬酸银沉淀仍很好辨认，试剂用量大大减少。微型化学实验具有节省试剂、减少污染、缩短实验时间等优点，还可以起到激发学生学习化学的兴趣，培养创新思维，强化环保观念等积极作用。
　　2　模拟化学仿真实验
　　常规化学实验不可避免地消耗大量药品和产生一些废弃物，对那些药品消耗量大或易燃易爆且操作不易控制或必须使用较多有害试剂的实验，可采用多媒体进行模拟化学仿真实验。多媒体模拟化学仿真实验软件对实验装置、过程、现象进行模拟，再辅助动画等多媒体技术，让学生身临其境，全方位感受实验的动态过程。这样既节约实验成本，避免使用昂贵、有毒有害试剂，也适合易燃易爆、造成环境破坏的实验：又能让学生掌握实验内容、方法，观测到真实的现象，也能得到准确的实验结论。如电解饱和食盐水的实验，会产生氯气，同时学生对离子的移动缺乏理解，如果用电脑三维动画从微观的角度诠释微粒的运动，并显示两级的变化，效果比实验好。从根本上实现整个实验过程的绿色化。
　　3　实验中“三废”的回收处理和利用
　　化学实验室的废气、废液、废渣的处理应根据“变废为宝、化害为利、分别处理”的原则，首先考虑回收利用，然后根据废弃物的性质，分别采用可行的物理、化学或生物方法进行处理。实验室内应设有废酸、废碱桶和多种废液回收瓶，严格要求分类回收、妥善保存，达到一定数量后集中处理。
　　废气：少量的有毒废气可通过通风橱或通风管道经空气稀释后排放；大量的有毒有害废气必须经过适宜的液体吸收剂吸收、氧化或分解等方法处理后，才能排放。如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等气体可用导管导入水中，使其生成相应的水溶液；有的气体可用碱液吸收，如氯气、溴蒸气等有害气体。将其导入6mol／L氢氧化钠溶液中，生成相应的盐。
　　废液：不含有毒离子的废酸废碱液，达到一定数量时，相互中和，调节pH值到中性左右排放；对含有铅、镉等重金属离子的废液，可采用碱液沉淀法，使这些金属离子转变为氢氧化物或碳酸盐沉淀，放置一夜，过滤收集滤渣，检验滤液中不含相应的重金属离子，即可排放；含有机溶剂的废液，能回收的有机溶剂应定期蒸馏回收，不能回收的有机溶剂应做无害化处理。废渣：尽可能回收利用，无法回收利用的有毒废渣要与水泥混合凝固后，远离生活区深埋或用焚烧法处理。
　　随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在加剧，环境污染问题越来越成为世界各国共同关注的话题。在化学教学中通过培养绿色化学意识，将绿色化学渗透到化学反应中、实验教学中，相信在大家的不懈努力下，环境污染问题必将得到一定程度的改善。