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一、紅色的氧化鐵
鐵元素本身有多個化合價,在與氧元素進行結(jié)合時,可以展現(xiàn)出+2價、+83價和+3價.+2價的氧化亞鐵(FeO)粉末呈現(xiàn)出一種淡綠色,通常是從亞鐵鹽的溶液中得來的;+83價的四氧化三鐵(Fe2O2)呈現(xiàn)黑色,由鐵在空氣中燃燒形成;而氧化鐵(Fe2O2)也稱三氧化二鐵,是鐵在潮濕的環(huán)境下與氧氣進行緩慢氧化反應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物,也就是通常所說的鐵銹.純凈的鐵銹呈現(xiàn)出鮮艷的紅色,而不是我們?nèi)粘R姷降膿接须s質(zhì)時的土黃色.
二、橙色的甲基橙
甲基橙對于初中學(xué)生而言并不陌生,它作為一種常用的指示劑,對于溶液酸堿性的鑒定或者分析化學(xué)中的滴定實驗都有重要的用途.橙黃色的甲基橙呈鱗狀晶體或粉末.稍溶于水而呈黃色,不溶于乙醇.在供水中,利用甲基橙作指示劑,將pH4.5以上的滴定終點定義為總堿度或甲基橙堿度,代表碳酸氫鹽離子(HCO2-)與強酸反應(yīng)生成碳酸(H2CO2)后的pH.
三、黃色的單質(zhì)硫
硫(S)又稱硫磺,是一種實驗室常見的物質(zhì),名稱與顏色非常相符合.硫元素作為初中化學(xué)的核心元素之一,在化學(xué)反應(yīng)中占據(jù)相當(dāng)重要的位置.包含有硫元素的物質(zhì)有氣體二氧化硫(SO2)、氣體三氧化硫(SO2)和液體硫酸(H2SO2),至于硫酸鹽、亞硫酸鹽就不計其數(shù)了.硫磺在空氣中可以燃燒,與氧氣反應(yīng)生成SO2.黃色SO2濃煙有很濃的刺激性氣味,對人體的呼吸道將產(chǎn)生巨大的破壞.因此工業(yè)生產(chǎn)中要將產(chǎn)生的SO2氣體通過倒吸的裝置溶解到堿性的溶液中以防止環(huán)境污染.另外,以煤炭為供熱原料的產(chǎn)業(yè)在煤炭進行燃燒之前,對煤炭進行脫硫也是必不可少的流程.
四、綠色的氯氣
氯氣這個名字來源于英文Chlorine,很顯然是根據(jù)物質(zhì)的顏色進行翻譯的.Cl2就其顏色來說其實是黃綠色的,是初中化學(xué)接觸到的重要氣體物質(zhì).氯氣的綠色是其分子狀態(tài)下的顏色,一旦分子的結(jié)構(gòu)破壞掉,顏色也就隨之消失了,比如氯化氫HCl,次氯酸HClO等都是沒有顏色的.綠色的氯氣對于飲用水的消毒作用是我們?nèi)粘?yīng)用最廣泛的一個用途.
五、藍(lán)色的硫酸銅
干燥的硫酸銅實際上是白色的粉末,但是這些粉末極易吸收空氣中的水分為變成了漂亮的藍(lán)色晶體,也就是所謂的五水合硫酸銅CuSO4?5H2O.實質(zhì)上五水合硫酸銅的顏色是2價銅離子的顏色,這表明在有水和無水的狀態(tài)下,硫酸銅中的銅離子的狀態(tài)不不一樣的,不同的狀態(tài)使得它們的能級有所不同,因此在吸收光線方面也有一定的差別,所以呈現(xiàn)出不同的顏色特征.
六、紫色的高錳酸鉀
高錳酸鉀中的錳元素Mn呈現(xiàn)出+7價的高價態(tài),因此具有了很強的氧化性.高錳酸鉀的紫色也就是其中+7價Mn元素的顏色.在初中的化學(xué)課程中,最早對高錳酸鉀接觸就是用高錳酸鉀來制備氧氣.高錳酸鉀具有強氧化性,可以將HCl氧化成Cl2,對亞鐵離子、亞銅離子的氧化更是不在話下.由于高錳酸鉀特殊的顏色,使得它成為研究擴散現(xiàn)象的首選化學(xué)藥品,將一小粒高錳酸鉀投入到水中,可以看到高錳酸鉀粒子在水中的溶解,以及溶液中的紫色部分緩慢擴散到整個燒杯中,對于學(xué)生理解擴散這個概念起到了很大的幫助.
七、黑色的石墨
科技水平的不斷提升加速了信息技術(shù)在教學(xué)中的廣泛應(yīng)用,在化學(xué)教學(xué)的過程中,教師可以采用多媒體等先進的科學(xué)技術(shù)手段,加強學(xué)生的綠色理念學(xué)習(xí)。在我們的現(xiàn)實生活中,可能會因為環(huán)境因素、實驗器材制約問題等使一些實驗無法進行,面對這種情況,化學(xué)教師可以通過課前在網(wǎng)絡(luò)上查找一些仿真的綠色化學(xué)實驗視頻、錄像等內(nèi)容,以直觀而生動的形式為學(xué)生呈現(xiàn)化學(xué)實驗的過程,將傳統(tǒng)的教學(xué)方法與先進的多媒體教學(xué)模式相結(jié)合,一邊播放視頻,一邊為學(xué)生講解實驗的注意細(xì)節(jié)和實驗的重點等內(nèi)容,加強學(xué)生對實驗的認(rèn)識。例如在滬教版九年級第六章《溶解的現(xiàn)象》這一課的實驗過程中,教師可以利用多媒體等信息技術(shù)手段進行實驗指導(dǎo)。教師可以在課前設(shè)計一些PPT或者使用化學(xué)模擬實驗軟件,在電腦中,模擬高錳酸鉀晶體放入500毫升的燒杯中,然后注入300毫升水并攪拌過后,會產(chǎn)生的化學(xué)效果,使學(xué)生沒有通過實驗,也能夠直觀的感受化學(xué)的變化和魅力。
二、應(yīng)用先進的微型化學(xué)實驗方法
微型化學(xué)實驗方法是一種新型的化學(xué)實驗方法,在國內(nèi)外眾多的化學(xué)教學(xué)中被廣泛的應(yīng)用,并取得了良好的效果。微型化學(xué)實驗方法主要是在化學(xué)試驗的過程中,使用的微型的化學(xué)儀器和裝置進行實驗,并且實驗所使用的化學(xué)試劑用量嚴(yán)格控制在百分之一到百分之十之間,從而有效的減少實驗廢棄物和污染物質(zhì)。這種微型化學(xué)實驗方式在化學(xué)實驗中植入綠色理念的重要表現(xiàn),不僅減少了污染物質(zhì)和資源浪費,同時也能夠培養(yǎng)學(xué)生形成良好的綠色思維意識,推動化學(xué)實驗教學(xué)的不斷深入開展,充分提升學(xué)生的化學(xué)水平,達(dá)到保護環(huán)境、減少污染,科學(xué)教學(xué)的目的。例如在對滬教版九年級第8章《食物中的有機化合物》這篇課文的實驗過程中,教師可以充分利用微型化學(xué)實驗方法指導(dǎo)學(xué)生進行實驗。在實驗的過程中,在不影響實驗效果的基礎(chǔ)上,可以盡量使用較少的淀粉、蔗糖等材料,放到酒精燈上進行加熱實驗,根據(jù)物體燃燒的顏色變化判斷食物中的有機化合物。
三、科學(xué)處理化學(xué)實驗的廢棄物品
一、綠色化學(xué)涵義
“綠色化學(xué)”是當(dāng)今社會提出的一個新概念。在“綠色化學(xué)工藝”中,理想狀態(tài)是反應(yīng)物中原子全部轉(zhuǎn)化為欲制得的產(chǎn)物,即原子利用率為100%(原子經(jīng)濟性)。原子的利用率越高,意味著生產(chǎn)過程中廢物的排放量越少,對環(huán)境的影響也越小。它的主要特點是:
(1)充分利用資源和能源,采用無毒、無害的原料;
(2)在無毒、無害的條件下進行反應(yīng),以減少廢物向環(huán)境排放;
(3)提高原子的利用率,實現(xiàn)“零排放”;
(4)生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護、社區(qū)安全和人體健康的環(huán)境友好的產(chǎn)品。
二、綠色化學(xué)在中學(xué)化學(xué)中的引入
作為一名中學(xué)化學(xué)教育工作者,面對綠色化學(xué)新概念、新思想、新要求,在實際教育教學(xué)中,把綠色化學(xué)教育貫穿于中學(xué)化學(xué)教學(xué)中是非常重要和必要的。
(一) 課上滲透綠色化學(xué)知識
化學(xué)不僅在資源開發(fā)上能發(fā)揮重要作用,在資源的綜合利用以及環(huán)境保護方
面同樣大有用武之地?,F(xiàn)行的中學(xué)化學(xué)教材已經(jīng)融入了綠色化學(xué)知識,教學(xué)中要時時體現(xiàn)綠色化學(xué)原則,滲透綠色化學(xué)教育。
例如:本人在講“化學(xué)反應(yīng)及其能量變化”時說說能源的合理開發(fā)與利用;在講“鹵素”時講講氯氣用于自來水消毒的利弊、氟利昂對臭氧層的破壞與保護等;在講“硫和氮的氧化物”中講講酸雨的危害與防治、大氣的污染與防治等;在講“硅和硅酸鹽工業(yè)”中說說傳統(tǒng)建筑材料、裝飾材料的危害及為何提倡使用綠色建筑材料等;在講“氮的氧化物”時,穿插汽車尾氣的排放、氮氧化物造成的光化學(xué)煙霧、水中氮磷過多造成富氧化而形成赤潮等的危害;在講“金屬的化學(xué)性質(zhì)”時,插入鋁對人體的危害與應(yīng)用、金屬礦物的合理開發(fā)利用等;在講“烴與烴的衍生物”中,講講生態(tài)環(huán)境的破壞與保護、室內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的污染與健康、農(nóng)藥與化學(xué)、與化學(xué)、白色污染與綜合治理等知識。使學(xué)生意識到應(yīng)如何合理應(yīng)用化學(xué),用綠色化學(xué)觀點防治污染、保護環(huán)境,為人類能生存在一個綠色的地球上做出自己的貢獻。
(二)實驗教學(xué)中貫徹綠色化學(xué)意識
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué),實驗教學(xué)不僅可以使學(xué)生觀察到用語言難以表達(dá)清楚的清晰的實驗現(xiàn)象,增強直觀的感性認(rèn)識,而且能培養(yǎng)學(xué)生觀察、描述、分析問題和解決問題的能力,但實驗必定會涉及到有害、有毒的物質(zhì)。實驗教學(xué)與綠色化學(xué)聯(lián)系最為緊密,最為直接,在實驗教學(xué)貫徹綠色化學(xué)思想是非常必要的。
1.對常見實驗的固體、液體試劑的取用給出了限量要求。
2.藥品的貯存方法的規(guī)范化。如見光易分解濃硝酸、硝酸銀等用棕色試劑瓶,易揮發(fā)的液溴、濃鹽酸等用鐘罩封閉貯存;對大多數(shù)有機物如苯、甲苯、丙酮、甲醛等用專柜避光保存;對劇如汞、白磷等用專柜上鎖保存,定期檢查貯存情況。
3.實驗中尾氣的吸收處理。如在制取硫化氫、二氧化硫、氯氣、氯化氫、一氧化氮、二氧化氮、氨氣、一氧化碳等有毒氣體時,采取封閉體系進行,防止有毒氣體泄漏污染空氣,危害師生健康;或者,對實驗中產(chǎn)生的以及實驗后殘留的有毒氣體進行適當(dāng)處理,消除危害。強調(diào)尾氣吸收的重要性,使學(xué)生深深認(rèn)識到只要涉及氣體的制備問題就應(yīng)考慮尾氣處理。
4.規(guī)范實驗操作,使實驗在嚴(yán)密的情況下進行,體驗綠色化學(xué)。
實驗中,師生都要接觸有害物質(zhì)和無害物質(zhì),也會聞到有害和無害氣體。因此,必須指導(dǎo)學(xué)生要嚴(yán)格按照實驗操作的程序,有條不紊地進行各種實驗。嚴(yán)格教育學(xué)生規(guī)范操作,正確地聞氣體、取藥品、取有毒性原料。實驗結(jié)束后,處理化學(xué)廢物和實驗中產(chǎn)生的廢氣。把儀器洗滌干凈放回原處,擦洗干凈實驗桌面,這些都要認(rèn)真細(xì)致指導(dǎo),使實驗活動從使至終成為對學(xué)生進行環(huán)境教育的課堂。
5.發(fā)展微型實驗,節(jié)約資源、減少污染。
目前在常規(guī)實驗中,藥品用量較多不僅造成浪費,還污染環(huán)境。因此,在實驗中用玻璃管制成各種可加熱儀器的替代實驗儀器、用點滴板等進行微型系列實驗。這種方法藥品用量少、反應(yīng)產(chǎn)物少、操作安全,實驗不會造成危險,對環(huán)境的污染程度較輕。同時也達(dá)到了實驗的目的。
(三)課外實踐活動中體驗綠色化學(xué)
課堂教學(xué)是對學(xué)生進行綠色教育的主陣地,但課外活動形式多種多樣,內(nèi)容豐富多彩,是課堂教育的很好補充。為了全面提高每個學(xué)生的綠色素質(zhì),組織學(xué)生積極參與課外社會實踐活動。
1.課外實驗。積極利用課外實驗配合課堂教學(xué),開展環(huán)保教育?!昂铀?、雨水酸堿性的檢測”、“模擬水體受硝酸汞、硫酸銅等污染的檢測及危害”、“干電池的收回河利用”等,讓學(xué)生在實驗過程中既鍛煉動手能力又強化了綠色意識。
2.實地參觀社會調(diào)查。組織學(xué)生參觀本地鄰近的自來水廠、污水處理站、化工廠并進行實地調(diào)查。如空氣污染調(diào)查、水污染及對策調(diào)查等調(diào)查報告,并進行交流,培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、實事求是的科學(xué)態(tài)度,而且能使他們感知環(huán)境污染的危害性河環(huán)境保護的迫切性。
三、高考中的綠色化學(xué)
例1.(2005年全國高考理綜題)現(xiàn)有以下幾種措施:①對燃燒煤時產(chǎn)生的尾氣進行除硫處理,②少用原料煤做燃料,③燃煤時鼓入足量空氣,④開發(fā)清潔能源。其中能減少酸雨產(chǎn)生的措施是(C)
A、①②③B、②③④C、①②④D、①③④
例2. (2010江蘇卷)化學(xué)與能源開發(fā)、環(huán)境保護、資源利用等密切相關(guān)。下列說法正確的是(D)
A.為提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,應(yīng)大量使用化肥和農(nóng)藥
B.綠色化學(xué)的核心是應(yīng)用化學(xué)原理對環(huán)境污染進行治理
C.實現(xiàn)化石燃料清潔利用,就無需開發(fā)新能源
關(guān)鍵詞:綠色化學(xué)理念;化工專業(yè);有機化學(xué);實驗教學(xué)
綠色化學(xué)也可以稱為環(huán)境無害化學(xué)或者是清潔化學(xué),其對有害人類健康、生態(tài)環(huán)境的原料、溶劑及副產(chǎn)物等盡量少用或者是不用,綠色化學(xué)理念是不再使用有毒、有害物質(zhì),也不產(chǎn)生廢物等等,從源頭上阻止污染。有機化學(xué)實驗教學(xué)與綠色化學(xué)關(guān)系緊密,許多高校的有機化學(xué)實驗室教學(xué)存在一些問題,排放較多的污染物,污染了生態(tài)環(huán)境,應(yīng)及時解決好這個問題,使綠色化學(xué)理念滲透其中。
1化工專業(yè)有機化學(xué)實驗教學(xué)貫徹綠色化學(xué)理念的必要性
實驗是化學(xué)教學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ),對于有機化學(xué)教學(xué)來說更是如此,有機化學(xué)實驗中常常會用到一些酚類、芳香烴及醛等一些有害、有毒物質(zhì)。學(xué)校的有機化學(xué)實驗室空間較小,而做實驗的學(xué)生較多,因此在其做實驗時會產(chǎn)生并擴散較多的有害物質(zhì),這些物質(zhì)會污染教學(xué)環(huán)境,不僅危害師生健康,也不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境意識。此外,有機化學(xué)實驗過程中會產(chǎn)生大量廢氣、廢水及廢渣,這些污染物如果不及時處理好就直接排放到自然環(huán)境中,會造成環(huán)境污染,實驗室就會成為一個污染源,因此教師進行有機化學(xué)實驗教學(xué)時應(yīng)積極給學(xué)生滲透綠色化學(xué)思想,培養(yǎng)有綠色化學(xué)意識、理念的人才[1]。
2基于綠色化學(xué)理念的化工專業(yè)有機化學(xué)實驗教學(xué)模式
2.1精選實驗內(nèi)容,突出綠色化學(xué)思想
以往教師開展有機化學(xué)實驗教學(xué)時,通常會考慮實驗內(nèi)容的典型性、代表性及高復(fù)現(xiàn)性等等,并不重視實驗是否會對環(huán)境產(chǎn)生污染。教師應(yīng)以綠色化學(xué)理念開展教學(xué),優(yōu)化有機化學(xué)實驗內(nèi)容,選擇實驗時,最好選那些圍繞基本原理、基本實驗操作內(nèi)容展開。實驗用品最好使用無毒原料、溶劑及催化劑,化學(xué)物質(zhì)合成路線也應(yīng)是綠色的。對化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物的需求量進行精確計算,確保能產(chǎn)生實驗結(jié)果前提下,盡可能地減少試劑用量,促進反應(yīng)物盡量全部轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,將綠色化學(xué)的“原子經(jīng)濟性”精神體現(xiàn)出來?;瘜W(xué)實驗項目選擇過程中,應(yīng)堅持低能耗、低毒篩選原則,例如實施“己二酸的制備”實驗時,最好能使用高錳酸鉀氧化法,不用硝酸氧化法,這樣就能防止有機化學(xué)實驗中出現(xiàn)大量有毒氧化物氣體、或者是產(chǎn)生強腐蝕性,這樣化學(xué)實驗安全性就得到了有效提高。還有就是合成硝基苯甲酸乙酯時,一般使用濃硫酸做催化劑進行合成,這種催化劑價格低廉、活性高,但是其反應(yīng)比較復(fù)雜、產(chǎn)生的副產(chǎn)物也較多,濃硫酸具有腐蝕性,會腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境[2]。因此可以使用價格低廉、容易得到的苯磺酸作為催化劑進行化學(xué)合成,能夠有效地克服這些缺點與不足,并具有較高的產(chǎn)率。
2.2改進實驗裝置,設(shè)計合理關(guān)聯(lián)實驗
有機化學(xué)實驗中占比較大的內(nèi)容是制備有機物實驗,而且多數(shù)有機物都是有毒物質(zhì),傳統(tǒng)常規(guī)實驗操作方法在通風(fēng)櫥中實施,這減少了對實驗室的環(huán)境污染,但是產(chǎn)生的有毒化學(xué)物質(zhì)還會排放到空氣中。因此可以改進實驗裝置,例如制備乙酸乙酯實驗過程中,將一個干燥管與反應(yīng)裝置相連接,并在碳酸鈉溶液中插入細(xì)口這樣就能防止倒吸,也能防止乙酸、乙醇等氣體進入空氣中,并且減少了一半以上的反應(yīng)物用量,達(dá)到了較好的減少污染的目的。教師進行化學(xué)有機實驗教學(xué)時,應(yīng)研究并理順各個實驗間的關(guān)系,對實驗次序進行合理安排,設(shè)計實施相關(guān)實驗,將一個實驗產(chǎn)物作為另一個實驗原料,構(gòu)成鏈接關(guān)系,從而互相循環(huán)利用輔助劑、產(chǎn)物及剩余物等等。例如實施苯甲酸合成實驗時,可以將反應(yīng)合成的苯甲酸粗品作為“重結(jié)晶”的實驗材料,之后得到的苯甲酸純品又能夠作為“熔點測定”的實驗材料,這樣不僅節(jié)省了實驗時間及原料,也能通過實驗測定學(xué)生化學(xué)實驗生成的產(chǎn)品是否合格。
2.3借助多媒體技術(shù),模擬化學(xué)仿真實驗
以往實施的化學(xué)有機實驗常常要使用消耗大量的藥品及水資源,尤其是那些要使用昂貴試劑、容易發(fā)生爆炸的實驗,那些必須使用有毒有害試劑、化學(xué)反應(yīng)后會在實驗室中排放較多有毒氣體的實驗也都會消耗許多藥品及大量水資源,因此這樣看來有機化學(xué)實驗的綠色化有一定限度,課本教材中的一些經(jīng)典實驗并不符合綠色化條件,對此教師應(yīng)積極利用現(xiàn)代化多媒體技術(shù)作為實驗教學(xué)的輔助手段,借助多媒體技術(shù)對化學(xué)仿真實驗進行模擬,將各種化學(xué)實驗?zāi)M出來,這種技術(shù)下的實驗現(xiàn)象也呈現(xiàn)地非常明顯,操作起來方便快捷,基本上沒有污染。教師應(yīng)使用多媒體技術(shù)仿真有機化學(xué)實驗原理、裝置、流程等等,通過文字、聲音及圖像等方式生動形象地展示給學(xué)生,讓其身臨其境好像真地置身于實際化學(xué)實驗操作中,并在一旁適當(dāng)?shù)剡M行講解、引導(dǎo),幫助學(xué)生體會總結(jié)出較準(zhǔn)確的實驗結(jié)果,促進化學(xué)有機實驗的綠色化。
3結(jié)語
綠色化學(xué)理念符合現(xiàn)代社會發(fā)展趨勢,是可持續(xù)發(fā)展觀的重要內(nèi)容,當(dāng)代化工專業(yè)學(xué)生應(yīng)樹立起這種理念,并積極將其應(yīng)用至實際生活、學(xué)習(xí)中。綠色化學(xué)理念對保護生態(tài)環(huán)境、節(jié)約能源資源意義重大,教師在有機化學(xué)實驗教學(xué)中,讓學(xué)生明確綠色化學(xué)理念的重要性,并積極探索有機化學(xué)實驗的綠色化模式,培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)理念、逐步樹立起環(huán)保意識,為環(huán)保工作作出貢獻。
作者:馬光路 單位:內(nèi)蒙古化工職業(yè)學(xué)院
參考文獻:
[關(guān)鍵詞]初中化學(xué) 綠色 教學(xué) 環(huán)保
1 綠色化學(xué)的含義
化學(xué)對人類作出了巨大的貢獻。人類生活的各個方面,從衣、食、住、行的生活必需品到汽車、電視、洗衣機等家用品,無不與化學(xué)有關(guān)。可以說化學(xué)改變了人類的生活方式,提高了人類的健康與生活水平。但化學(xué)的這些巨大貢獻卻同時伴隨著一定的代價,那就是制造、使用與處理這些合成物質(zhì)對人類健康及生活環(huán)境造成的負(fù)面影響。綠色化學(xué)的口號最早是由美國提出的。綠色化學(xué)即是用現(xiàn)代化學(xué)和化工生產(chǎn)的技術(shù)去減少或消除對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有毒的原料、催化劑、溶劑和試劑的使用,不產(chǎn)生有毒有害的產(chǎn)物、副產(chǎn)物和廢物。綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)最根本的區(qū)別就在于綠色化學(xué)是對環(huán)境不產(chǎn)生污染的化學(xué),發(fā)展不產(chǎn)生污染的新化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)產(chǎn)品,從源頭上消除污染,使化學(xué)產(chǎn)品既能為人類服務(wù)又不污染環(huán)境,有利于社會的可持續(xù)發(fā)展。它是化學(xué)發(fā)展的新階段,是促使人類與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的更高層次的化學(xué)。
2 教師要樹立綠色化學(xué)實驗意識,并在教學(xué)活動中實踐
初中生的年齡尚小,自主學(xué)習(xí)和規(guī)范的能力有限,因此需要老師進行引導(dǎo),尤其是在綠色理念背景下進行化學(xué)實驗,這是一個比較新穎的話題,學(xué)生有一定的陌生感,也缺乏理論的指導(dǎo),因此必須依靠老師的力量讓他們明確綠色化學(xué)實驗理念的精髓,并在實驗中進行運用。作為學(xué)生們的領(lǐng)路人,化學(xué)教師首先要樹立綠色實驗意識,然后明白具體的實驗操作方法,指導(dǎo)學(xué)生進行綠色化學(xué)實驗。多數(shù)化學(xué)實驗會消耗大量的藥品,產(chǎn)生各種有毒有害的氣體、液體或固體,對外界環(huán)境產(chǎn)生污染,處理不當(dāng)會損害學(xué)生的健康。
3 規(guī)范實驗操作
化學(xué)實驗中,師生都要接觸有害物質(zhì)和無害物質(zhì),在實驗中也會聞到有害和無害氣體。因此,必須指導(dǎo)學(xué)生要嚴(yán)格按照實驗操作的程序,有條不紊地進行各種實驗。正確地聞氣體、取藥品、取有毒性原料,甚至如何蓋瓶蓋、放置試劑、取藥品的各種工具的選用、取用藥品量的多少都要向?qū)W生交代清楚;改進實驗方法,設(shè)計合理的實驗裝置。盡量采用封閉措施,減少師生被動接受有毒有害氣體的污染。實驗結(jié)束后,處理化學(xué)廢物和實驗中產(chǎn)生的廢氣。把儀器洗滌干凈放回原處,擦洗干凈實驗桌面,這些都要認(rèn)真細(xì)致指導(dǎo),使實驗活動從始至終成為對學(xué)生進行環(huán)境教育的課堂。
4 引入習(xí)題內(nèi)容滲透綠色化學(xué)理念
在初中化學(xué)教學(xué)的過程中,有很多的化學(xué)練習(xí)題,教師可以通過利用引用化學(xué)習(xí)題的方式,滲透綠色化學(xué)理念,使學(xué)生在長時間的練習(xí)過程中,形成良好的綠色化學(xué)理念。例如教師可以通過為學(xué)生布置“在我們生活中,燒烤、油炸食品通常被稱之為‘垃圾食品’,這種食品在生產(chǎn)的過程中會對我們的生活帶來哪些的不利因素?在油炸的過程中會產(chǎn)生哪種化學(xué)物質(zhì)?”等問題,指導(dǎo)學(xué)生對問題的分析和研究。
5 重視培養(yǎng)實驗活動中的綠色化學(xué)意識
化學(xué)作為一門實驗學(xué)科,化學(xué)實驗在教學(xué)中占有重要的不可替代的作用。要實現(xiàn)綠色化學(xué)真正的深入人心就必須重視其在實驗活動中的滲透。
在實驗活動中加強綠色化學(xué)意識就要注重實驗細(xì)節(jié)的改進。以往的教學(xué)中,因為課時條件的限制,或者是教師不在意,有些有害的實驗氣體會被學(xué)生們隨意排放。那么在綠色化學(xué)的教學(xué)模式下,就要求教師注意這些細(xì)節(jié)。教師可以在實驗過程中告誡學(xué)生,實驗氣體要盡量排放入玻璃瓶中,并把這個細(xì)節(jié)廣泛運用到每一個實驗中去。
6 擴大實驗影響面,深化綠色化意識
有機化學(xué)實驗中最重要的部分就是有機合成實驗,它在有機合成相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,通過實驗教學(xué),訓(xùn)練學(xué)生的實驗操作技能,并掌握有機化合物合成的步驟和技巧,強化理論知識.然而,在有機合成實驗中存在著諸多問題:常規(guī)型實驗需要大量溶劑導(dǎo)致開支大;合成產(chǎn)物量多給環(huán)保帶來負(fù)擔(dān);實驗內(nèi)容不成體系導(dǎo)致制備產(chǎn)物種類多,不便處理;實驗設(shè)備傳統(tǒng)老化,使得合成時間長,不利于培養(yǎng)學(xué)生對實驗的熟練程度.綠色化學(xué)遵循“減量化”、“循環(huán)使用”、“回收再利用”、“再生重復(fù)使用”、“拒絕危險化學(xué)品”的5R原則,以“原子經(jīng)濟性”為核心內(nèi)容,是改變有機合成實驗教學(xué)現(xiàn)狀的不二理念選擇.因此,如何更有效地減少有機化學(xué)實驗過程中對實驗環(huán)境所產(chǎn)生的污染,培養(yǎng)學(xué)生的綠色化意識是有機化學(xué)實驗教學(xué)改革的重點,實現(xiàn)有機化學(xué)實驗綠色化教學(xué)、培養(yǎng)“綠色化學(xué)”人才勢在必行.
一、實驗規(guī)模綠色化
常規(guī)的有機合成實驗量是經(jīng)過長期實踐確定的工業(yè)化生產(chǎn)最基礎(chǔ)的實驗量,但是過多的實驗藥品量在加大教學(xué)經(jīng)費的同時,也加重了對環(huán)境的污染.高中化學(xué)中有機合成實驗教學(xué)主要是為了驗證某一個理論或事實,培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思考和動手能力,因此,采用微量型的有機合成實驗是符合綠色化學(xué)思想的.微量化學(xué)實驗縮小了實驗的規(guī)模,它使用的實驗儀器一般都偏小,如5 mL的圓底燒瓶、微型裝置、微型儀器,實驗試劑用量范圍控制在100~200 mg,這種縮小實驗儀器、減少實驗試劑的做法不僅節(jié)約了實驗時間,還減少了污染程度.例如,在合成對硝基苯甲酸時,常規(guī)實驗中把6.8 g的硝基苯甲放入250 mL的三口燒瓶中進行氧化反應(yīng),合成物為4~7 g,如果采用微量合成,把硝基苯甲的用量減少到2 g,再將其放入100 mL的三口燒瓶中氧化反應(yīng)得出反應(yīng)物為1~2 g,是不妨礙實驗結(jié)果的.
二、合成方法綠色化
現(xiàn)代有機合成正朝著高選擇性、原子經(jīng)濟性和環(huán)境保護型三大趨勢發(fā)展,,重點在于開發(fā)綠色合成路線及新的合成工藝,尋找高選擇性、高效的催化劑,簡化反應(yīng)步驟,開發(fā)和應(yīng)用環(huán)境友好介質(zhì).合成方法對于實現(xiàn)現(xiàn)代有機合成來說非常重要,在教學(xué)過程中教師在選擇合成方法時要注重體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念.例如,在制備乙酸乙酯時,為了防止?jié)饬蛩嵩斐刹槐匾膶嶒炇鹿?,減少空氣污染,我們可以選擇固體路易斯酸來取代它.現(xiàn)在的有機合成實驗中幾乎都會裝一個回流的裝置,這種做法雖然會降低合成物的產(chǎn)量,但是它會恰到好處的吸收合成反應(yīng)中產(chǎn)生的一些有害物質(zhì),是值得提倡的行為.
三、合成原料綠色化
目前的有機合成實驗中用到的原料大多都是從石油中提煉的有毒化工原料,例如,有機合成時常常用到的甲酸會灼傷人體,刺激皮膚和粘膜;甲醇遇見明火容易引起爆炸,吸至體內(nèi)易氧化成甲酸不利于人體健康;乙酸具有中等程度的腐蝕性和毒性;乙醇無色透明,殺菌效果強,容易誤食.合成原料一般包含三方面,即溶劑、催化劑和原料.首先,我們要選擇綠色的溶劑,雖然在有機合成實驗中都不會選擇水作為反應(yīng)介質(zhì),其實水溶劑不僅有特殊的疏水效應(yīng),能夠有效地進行重要的有機轉(zhuǎn)化,而且它是低價、無毒無害的存在.有些化學(xué)家發(fā)現(xiàn)在水相加成反應(yīng)中,選取水溶劑的反應(yīng)比在有機溶劑中的反應(yīng)產(chǎn)量高.其次,綠色催化劑的作用也不可忽視.縮酮目前的合成大都采用HCl催化,若用SnCl4/NaHSO4催化,則可以減少酸催化劑帶來的污染,并且還提高了產(chǎn)率.最后,選擇綠色的合成原料,阻止污染源,防止污染的發(fā)生.如果實驗定的原料含有毒性、易揮發(fā)性,教師應(yīng)當(dāng)想法設(shè)法用綠色原料進行替換,如果替換不了,就減少用量并警示學(xué)生.
四、合成路線綠色化
高中化學(xué)有機合成實驗內(nèi)容基本都是相對獨立的,為了覆蓋所有有機合成實驗的操作內(nèi)容,實驗過程往往造成資源浪費.把看似獨立的實驗內(nèi)容組合起來設(shè)計出全新的實驗步驟,一方面促使學(xué)生認(rèn)真對待實驗的每一步,細(xì)心操作,把有機合成知識融會貫通,另一方面減少了合成原料的使用,綜合利用了實驗產(chǎn)物,體現(xiàn)了綠色化學(xué)的原則.例如,我們可以用環(huán)己醇做原料設(shè)計一次組合式有機化學(xué)實驗方案,首先用催化劑FeCl3?6H2O催化環(huán)己醇脫水制備環(huán)己烯,再把合成物環(huán)己烯作為原料經(jīng)過H2O的氧化和Na2WO4/H3PO4的催化制備出己二酸,這樣的做法深刻體現(xiàn)了綠色化學(xué)的思想,節(jié)約了成本,減輕環(huán)境污染,為學(xué)生樹立綠色化學(xué)的觀念做了一個良好的示范作用.
五、處理“三廢”綠色化
關(guān)鍵詞:化學(xué);實驗;教學(xué)
如何利用實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),如何提高化學(xué)實驗的教學(xué)效率,一直是我們化學(xué)教育工作十分關(guān)注的問題。在傳統(tǒng)的教學(xué)中為了應(yīng)付各種考試,很多老師忽視了化學(xué)實驗的教學(xué),偶爾做些實驗,也只是為了調(diào)節(jié)一下學(xué)生的心情,學(xué)生也把做化學(xué)實驗當(dāng)做玩的一種手段。隨著新課程教學(xué)改革的深入,化學(xué)實驗在教學(xué)中的作用被凸顯出來,尤其在發(fā)展學(xué)生的能力方面,實驗所起的作用是關(guān)鍵的。但在實際教學(xué)中我們常常發(fā)現(xiàn),盡管一些老師重視了實驗,課堂教學(xué)的氣氛也變得活躍了,但教學(xué)效果卻并不滿意。那么,如何提高初中化學(xué)實驗教學(xué)的質(zhì)效呢?筆者結(jié)合多年的教學(xué)實際,在此談點個人的體會。
一、改進裝置,增加實驗的教學(xué)效果
化學(xué)教學(xué)中有許多演示實驗,只是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力,理解化學(xué)知識、原理所必須的教學(xué)手段,很多老師常常一成不變的照著教材給學(xué)生做,這樣做雖然不能遭受非議,但教學(xué)效果卻并不高。比如,電解水這個實驗,用教材上的裝置來演示實驗,反應(yīng)的速度十分緩慢,有時候一堂課的時間都難以完成,學(xué)生枯燥的看著這樣緩慢的實驗,心急如焚!造成電解水實驗反應(yīng)過慢的原因主要是,電極與水的接觸面太少,水分解的量少。假如,我們改進實驗裝置,將普通的導(dǎo)線,換為較粗的銅線,并在兩個銅導(dǎo)線上綁上碳棒,就能增加電極與水的接觸面,從而水電解的速度大大增加,這樣能大大縮短演示實驗的時間,從而更好的利用有限的課堂教學(xué)時間,提高教學(xué)的效率。但在實際的操作中發(fā)現(xiàn),電解速度快,產(chǎn)生的氣泡卻沒有增大,這就影響了實驗的可視化程度,那么,如何使電解產(chǎn)生的氣泡變大呢?可以在水中加些NaOH或H2SO4溶液,使它們的水溶液的濃度在10%左右,因為10%左右的電解水溶液,在電解的時候能產(chǎn)生最大的氣泡,學(xué)生很容易觀察到,否則,學(xué)生只能看到一股很細(xì)的氣流,可視化程度很低,影響教學(xué)效果。
二、適當(dāng)補充些化學(xué)實驗
對于重點知識,即使教材上沒有安排實驗,我們也可以補充一些,這樣能增加學(xué)生的感性認(rèn)識,也可以使我們的化學(xué)課堂變得更加生動。比如,補充做一個碳與氧化銅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的實驗,從而說明碳與一氧化碳一樣具有還原性。又如,在學(xué)習(xí)NaOH性質(zhì)的時候,我們可以補充做一個它與二氧化反應(yīng)的實驗:將少量的NaOH溶液置于充滿CO2的燒瓶里,然后將帶有小氣球的橡皮塞迅速塞緊燒瓶,過一會兒,學(xué)生會看到小氣球會變大,然后組織學(xué)生分析其原因(燒瓶中的CO2與NaOH反應(yīng),氣壓減低,小氣球膨脹)。這不僅增加了學(xué)習(xí)的趣味性,還鍛煉了學(xué)生的思維,使他們的分析、解決實際問題的能力得到提高。事實上,化學(xué)是以實驗為主的學(xué)科,在新課程理念下的教學(xué),無論我們怎么重視實驗,都是不為過分的。
三、開展探究性實驗教學(xué)活動
新課程教學(xué)的主旨是為了不斷提高學(xué)生解決實際問題的能力,要重視對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),新課程大力提倡開展探究性學(xué)習(xí)活動,尤其要重視探究性實驗。探究性實驗?zāi)苡行У呐囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力,為學(xué)生適應(yīng)未來社會的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。那么,在初中化學(xué)教學(xué)中,如何組織學(xué)生有效的開展探究性實驗活動,使學(xué)生收到良好的學(xué)習(xí)效果呢?
首先要創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境,誘導(dǎo)學(xué)生提出問題。比如,我們每個人都吃過皮蛋,誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)問:包裹在皮蛋外面的原料的主要成分是什么呢?其次是引導(dǎo)學(xué)生進行猜測。學(xué)生可以進行各種猜想,但憑肉眼觀察是很難猜想其主要成分的。老師可以組織學(xué)生進行資料查詢,也可以上網(wǎng)查詢。經(jīng)過查詢發(fā)現(xiàn):包括生石灰、純堿、草木灰、食鹽等物質(zhì)。再次是確定驗證的實驗方案:1、向燒杯里加入研碎的外包裹物,再加入適當(dāng)?shù)乃?jīng)過攪拌、靜止后,可以觀察燒杯底部的白色固體,這種固體可能是___2、為了分析上述燒杯內(nèi)的溶液中可能含有的物質(zhì),需要學(xué)生做進一步的探究,老師組織學(xué)生進行討論,確定探究的實驗方案,形成初步的、統(tǒng)一的意見后,可以分組做實驗。驗證包裹物中是否有純堿或碳酸鉀,可以加稀鹽酸,看看有沒有氣體產(chǎn)生;驗證包裹物里是否含有NaOH等物質(zhì)的時候,應(yīng)重新取樣,可以先加過量的氯化鈣溶液,再加酚酞溶液,看看溶液是否變紅色。
從上面看出,開展探究性實驗活動,不僅能將學(xué)生學(xué)到的知識運用起來,鞏固了所學(xué)的內(nèi)容,最重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力,提高了分析問題、解決實際問題的能力。有些探究性實驗,需要學(xué)生開動腦筋,創(chuàng)造性的解決所面臨的問題,這就培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。事實上,開展探究性實驗教學(xué)的意義遠(yuǎn)不至這些,在傳統(tǒng)的教學(xué)中老師只重視對學(xué)生進行知識與技能的灌輸,學(xué)生從學(xué)校走向工作崗位后,沒有再學(xué)習(xí)的能力,無法適應(yīng)科技迅速發(fā)展的社會需要,因為現(xiàn)在社會的知識更新速度很快,教學(xué)質(zhì)量再好的學(xué)校都不可能讓學(xué)生學(xué)全適合未來社會發(fā)展所需要的所有知識,只有讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),學(xué)會求知,讓他們具備在任何崗位上都能完成再學(xué)習(xí)的能力,才能使我們的學(xué)生真正的適合未來社會發(fā)展的需要,而開展探究性學(xué)習(xí)活動,就能培養(yǎng)學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)的能力。
關(guān)鍵詞: 高中化學(xué)教學(xué) 綠色實驗 環(huán)保理念
隨著自然環(huán)境和人類生存環(huán)境的不斷惡化,越來越多的人開始關(guān)注環(huán)境保護問題。在學(xué)校教育中,促使學(xué)生樹立環(huán)保理念成為了各學(xué)科新的目標(biāo)?;瘜W(xué)作為一門基礎(chǔ)性的自然學(xué)科,自誕生以來,就給人類帶來了諸多益處,然而,與益處相伴隨的是,化學(xué)學(xué)科的發(fā)展也帶來了很多環(huán)境問題。對于化學(xué)學(xué)科來說,如何更加環(huán)?;闪艘粋€非常重要的課題。在化學(xué)教學(xué)中,實驗教學(xué)是非常重要的一部分,雖然學(xué)校實驗產(chǎn)生的污染量較小,但是成千上萬的學(xué)校所產(chǎn)生的實驗污染就不容小覷了。因此,我們要想推動化學(xué)學(xué)科的環(huán)?;l(fā)展,就要重視開展綠色的學(xué)?;瘜W(xué)實驗,努力減少實驗教學(xué)中的污染,這樣不僅可以減少化學(xué)實驗對環(huán)境造成的危害,還可以在綠色實驗的推廣過程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識。與傳統(tǒng)的實驗理念相比,綠色實驗的理想目標(biāo)是不使用有毒物質(zhì),不產(chǎn)生任何廢棄物。然而,在化學(xué)實驗中,完全無污染是不可能實現(xiàn)的,我們只能在化學(xué)實驗中從各個方面努力朝著這個理想的方向靠近,盡量不使用有毒的物質(zhì),不產(chǎn)生或者盡量少產(chǎn)生實驗廢棄物。那么,要想在化學(xué)實驗中盡量減少實驗污染,培養(yǎng)學(xué)生的綠色環(huán)保理念,我們可以從哪些方面著手呢?
一、實驗設(shè)計綠色化
要想開展綠色化的實驗,從實驗設(shè)計環(huán)節(jié)開始就要貫徹綠色理念。在設(shè)計實驗的過程中,我們要積極地查閱資料,充分考慮實驗過程中藥品的用量問題,有害物質(zhì)的排放與處理問題,選擇污染程度最小的具有可操作性的實驗方案。對于一些污染較為嚴(yán)重的實驗,我們在設(shè)計實驗的過程中注意對實驗方案進行一定的改進,達(dá)到減少污染的目的。對于一些具有一定相關(guān)性的實驗。我們也可以化零為整,把幾個小實驗組合在一起變成一個實驗,例如,氯氣的制備實驗、鹵素間的置換反應(yīng)實驗、二氧化硫的制備實驗、硫化氫的制備實驗,考慮到這幾個實驗之間的相互關(guān)系,我們就可以采取把這些實驗組合在一起的方式進行實驗。這樣,幾次污染就變成了一次污染,并且在幾個實驗的相互利用中,污染量也大大減少了。由此可見,在實驗開始前,多動動腦筋,做好實驗設(shè)計工作,可以為接下來綠色實驗的開展做好充分的準(zhǔn)備。
二、實驗過程綠色化
實驗操作過程是整個實驗的核心部分。在實驗前的設(shè)計環(huán)節(jié),通過綠色理念的灌入,設(shè)計出相對環(huán)保的實驗,然而,如果我們在操作過程中不注意環(huán)保問題,就會使得前面的設(shè)計工作前功盡棄。因此,到了實驗操作環(huán)節(jié),我們所要做的就是貫徹設(shè)計好綠色實驗方案,使得化學(xué)實驗過程能夠真正地體現(xiàn)綠色化。為了保證實驗操作過程的綠色化,我們可以從以下幾個環(huán)節(jié)入手:首先,試劑藥品的取用要做到適量。在能夠保證實驗效果的前提下,盡量減少試劑藥品的取用量。如果取用的試劑藥品過量,在實驗過程中用不完,則不僅會造成試劑藥品的浪費,還會增加余下試劑藥品的處理成本,增加污染的可能性。例如,在實驗操作中,我們可以把試紙分割成小片來使用,在取用藥品的時候,用小滴管逐滴增加,一旦達(dá)到實驗要求則立即停止。這樣,在實驗操作的第一環(huán)做到精簡節(jié)約,可以為接下來綠色化實驗的開展起一個好的開頭;其次,在選擇實驗儀器的時候,要盡量選擇一些簡單輕便的儀器,這樣既可以降低實驗成本,又可以在一定程度上簡化不必要的步驟,減少實驗污染。如果有可能,還可以選擇一些廢品進行廢物利用,如礦泉水瓶、氣球等就是在化學(xué)實驗中經(jīng)常出現(xiàn)的“平民工具”;再次,對于一些會產(chǎn)生有毒氣體的實驗,要裝置氣體吸收工具,例如,我們可以采取袋封法,用塑料袋或者氣球等工具把有害氣體收集起來,再對其進行無害化的處理,對于一些實驗氣體也可以采取火封法,利用燃燒,使得有害氣體變得無害化。這樣經(jīng)過處理的有害氣體就不會污染空氣,影響到學(xué)生的安全;最后,待實驗結(jié)束以后,要對實驗廢棄物進行處理,把實驗廢棄物倒入指定的容器內(nèi),切記不能隨意地倒入垃圾桶和下水道。對于一些可以重復(fù)利用的藥品或者一些可以再利用的實驗廢棄物,要在實驗結(jié)束后保存好,以備下次實驗用。
三、適當(dāng)開展多媒體實驗
隨著計算機技術(shù)的普及,以計算機為核心的多媒體工具開展越來越廣泛地運用于教學(xué)活動中。在化學(xué)教學(xué)中,利用多媒體工具進行一些模擬性的實驗是如今一種新型的實驗教學(xué)方式。與傳統(tǒng)的化學(xué)實驗相比,利用多媒體開展模擬實驗一個最大的優(yōu)勢就是實驗的綠色化。在模擬實驗中,既不會用到實驗藥品、試劑,又不會產(chǎn)生實驗廢棄物,教師只需要從網(wǎng)絡(luò)上下載一些視頻,然后把它們與Flas結(jié)合起來,給學(xué)生模擬出整個實驗過程,這樣就能讓學(xué)生清楚地觀察到實驗現(xiàn)象、總結(jié)相關(guān)規(guī)律、了解操作方式和操作過程。可以說,模擬實驗是一種完全無污染的實驗方式。因此,推進化學(xué)實驗的綠色化,教師一定要懂得適當(dāng)?shù)亻_展多媒體實驗。還有一點需要注意,那就是模擬實驗一定要適度,一般只是對于一些缺乏實驗條件或者污染較為嚴(yán)重的實驗比較適用。例如,探究氯氣的漂白作用的實驗、電解飽和食鹽水的實驗等,這些實驗不但容易產(chǎn)生污染,而且在操作的過程中還帶有較大的危險性。而除此以外的一些常規(guī)性的實驗,教師還是要盡量采取真正的實驗方式。
在化學(xué)實驗中,樹立綠色實驗理念,不僅是化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重要趨勢,而且是化學(xué)學(xué)科素質(zhì)化發(fā)展的必然要求。作為高中化學(xué)教師,我們在開展化學(xué)實驗教學(xué)的過程中,一定要從思想到實踐,多途徑地培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識、環(huán)保能力,使得化學(xué)實驗?zāi)軌蛘嬲貙崿F(xiàn)綠色化、環(huán)?;?/p>
參考文獻:
[1]郭莉莉.高中化學(xué)實驗綠色化的探究[J].大慶社會科學(xué),2009(06).
關(guān)鍵詞 綠色化學(xué)教育 精細(xì)化工工藝學(xué) 教學(xué)實踐
綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué),是一門從源頭上阻止污染的化學(xué),核心是“原子經(jīng)濟性”和“5R”(Reduciton、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection)原則[1],其與轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式,建立環(huán)境友好與資源節(jié)約型社會,實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展緊密相連。
“精細(xì)化工工藝學(xué)”是應(yīng)用化學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)課,主要介紹精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原理、工藝、設(shè)備等內(nèi)容,使學(xué)生對精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)工藝有較系統(tǒng)的了解和掌握[2]。精細(xì)化學(xué)品與人們的生活息息相關(guān),其傳統(tǒng)工藝往往具有三高(高能耗、高污染、高排放)的特點,這與綠色化學(xué)背道而馳。為此,筆者將綠色化學(xué)教育滲透于“精細(xì)化工工藝學(xué)”教學(xué),取得了良好的教學(xué)效果。
1 進行綠色化學(xué)教育滲透的意義
人類所共同面對的環(huán)境問題決定了開展綠色化學(xué)教育的必要性和緊迫性。綠色化學(xué)教育既是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容,也是培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感的需要,更是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的需要。
立足于專業(yè)課的綠色化學(xué)教育,有利于綠色化學(xué)知識和專業(yè)知識的有機融合,有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識及科學(xué)人文素養(yǎng),有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,更有利于培養(yǎng)未來“工程師”們的綠色化學(xué)能力,為從長遠(yuǎn)和根本上防止污染、實現(xiàn)人類與環(huán)境的和諧發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。因此,21世紀(jì)綠色化學(xué)教育必將迎來新的機遇與挑戰(zhàn),在專業(yè)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)內(nèi)容,加強學(xué)生的綠色化學(xué)意識,具有極其深刻的意義[3]。
2 進行綠色化學(xué)教育滲透的措施
2.1 培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)意識
教師必須適時灌輸綠色化學(xué)思想,教導(dǎo)學(xué)生依據(jù)“5R”原則選擇綠色的工藝路線,在無法避免使用或產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)時,必須采取有效的保護和消害處理措施。同時引導(dǎo)學(xué)生觀察和認(rèn)識生活、生產(chǎn)中的綠色化學(xué)現(xiàn)象,鞏固和加深綠色化學(xué)知識,如:觀察并理解在日常生活中使用帶有“無氯氟烴”標(biāo)志的冰箱、空調(diào)產(chǎn)品有利于防止對臭氧層的破壞;使用無磷洗衣粉可以減輕水體富營養(yǎng)化等。
教師必須結(jié)合教學(xué)實際,采取積極有效的方法和途徑,切實提高學(xué)生的綠色化學(xué)意識,使學(xué)生在潛移默化中受到良好的綠色化學(xué)教育,使綠色化學(xué)教育在學(xué)生思想中達(dá)到由“要求”變成“需求”的境界。
2.2 以實驗“綠色化”促進綠色化學(xué)教育滲透
在“精細(xì)化工工藝學(xué)”和“精細(xì)化工實驗”教學(xué)內(nèi)容“理實一體化”的基礎(chǔ)上,將理論課中的典型案例和實驗項目對應(yīng)起來,并引入綠色化學(xué)方法來設(shè)計實驗教學(xué)。在改裝后的微波爐中進行了“食品添加劑苯甲酸合成”實驗教學(xué)[4],具體步驟是:(1)在圓底燒瓶中投入1 g無水碳酸鈉、0.015 mol高錳酸鉀、0.01 mol氯化芐、0.2 g四丁基溴化銨及50 mL水放入微波爐,接好微波截止管和冷凝管,設(shè)置微波功率為750 W,反應(yīng)時間15 min,啟動微波爐。(2)反應(yīng)完畢,冷至室溫,濾出二氧化錳回收。(3)濾液用6 mol/L鹽酸中和,可析出苯甲酸。(4)加熱趕出二氧化碳,冷卻,抽濾,干燥,得苯甲酸晶體,產(chǎn)率85%~87%。整個實驗試劑用量少,副產(chǎn)物回收,不污染環(huán)境,避免了常規(guī)合成用亞硫酸鈉或草酸溶解副產(chǎn)物二氧化錳的操作工序,實現(xiàn)了工藝綠色化。
將綠色化學(xué)理念引入到精細(xì)化工實驗教學(xué)中,通過采用微波技術(shù)、微型實驗等手段,讓學(xué)生在實踐中親身體驗綠色化學(xué),促進了綠色化學(xué)教育在“精細(xì)化工工藝學(xué)”教學(xué)中的滲透。
2.3 以綠色化學(xué)案例進行綠色化學(xué)教育滲透
案例教學(xué)法具有生動具體,直觀易學(xué)的優(yōu)點,能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,達(dá)成良好的教學(xué)效果[5]。由于精細(xì)化工產(chǎn)品數(shù)量眾多,筆者對每一大類精細(xì)化學(xué)品都精選出3~5個典型案例(如:表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉合成、非離子表面活性劑OP-10的合成、增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的合成、食品添加劑乳酸的合成、食品添加劑苯甲酸的合成、聚醋酸乙烯乳液的制備及應(yīng)用等)進行教學(xué),然后根據(jù)綠色化學(xué)“5R”原則,分別從原料、催化劑、反應(yīng)、溶劑、產(chǎn)品、綠色化等不同角度對案例進行綠色化學(xué)設(shè)計,以培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)能力。
2.3.1 以“原料綠色化”案例進行滲透
綠色化學(xué)致力于采用無毒、無害原料――碳酸二甲酯(DMC)、雙光氣、三光氣等替代傳統(tǒng)的對環(huán)境有害的物質(zhì)如氫氰酸、光氣、苯、氯氟烴、硫酸來生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品。例1:在第4章“合成材料助劑”中,介紹了可廣泛應(yīng)用于聚酯等工程塑料阻燃劑溴代聚碳酸酯[6](BPC)采用非光氣物質(zhì)碳酸雙(三氯甲酯)代替劇毒光氣,實現(xiàn)了安全環(huán)保的綠色工藝技術(shù)。例2:在第7章“涂料”中,分析了涂料主要成膜物質(zhì)之一的聚氨酯的主要原料氰酸酯單體HDI的合成工藝[7],傳統(tǒng)工藝采用劇毒光氣(COCl2)嚴(yán)重污染和危害環(huán)境,現(xiàn)以綠色原料DMC代替光氣來合成。原料綠色化,可從源頭上控制和減少污染,也是實現(xiàn)綠色化學(xué)的一個重要方面。
2.3.2 以“催化劑綠色化”案例進行滲透
催化劑是許多化學(xué)反應(yīng)中必不可少的,而傳統(tǒng)精細(xì)化學(xué)品合成中催化劑主要是一些酸堿或重金屬做催化劑,排放到環(huán)境中會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。近年來,國內(nèi)外都在大力開發(fā)高效、環(huán)境友好催化劑,如:分子篩、固體超強酸等。
例3:在第3章“表面活性劑”中,對表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉[2]合成案例進行了分析,其首先采用綠色催化劑分子篩合成十二烷基苯,同采用HF催化合成工藝相比較,易于自然分解和高洗滌特性的十二烷基苯異構(gòu)體分別提高了37%、5%。例4:第4章“合成材料助劑”的通用增塑劑鄰苯二甲酸辛酯(DOP)合成時,用固體超強酸綠色催化,通過催化劑循環(huán)使用和省略了H2SO4中和工序,減少了三廢排放,提高了產(chǎn)品收率和品質(zhì)。
2.3.3 以“化學(xué)反應(yīng)綠色化”案例進行滲透
綠色化學(xué)注重最大限度地利用原料,最大限度地減少副產(chǎn)物,減少廢物的排放,或使此反應(yīng)的副產(chǎn)物成為彼反應(yīng)的原料。從原子的角度講,盡可能使原料中的原子百分之百參與目標(biāo)產(chǎn)物的形成,從而達(dá)到提高原子經(jīng)濟性。例5:在第3章“表面活性劑”中“非離子表面活性劑OP-10的合成”的案例中,剖析了涉及的主要原料環(huán)氧乙烷的綠色化學(xué)反應(yīng):
(1)傳統(tǒng)工藝:
原子利用率為:[44/(28+71+74)]×100%=25%
(2)綠色化學(xué)工藝:
原子利用率為:[88/(56+32)]×100%=100%
和工藝(1)相比,工藝(2)原子經(jīng)濟性大大提高,是典型的綠色化學(xué)工藝。
2.3.4 以“溶劑綠色化”案例進行滲透
精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)所出現(xiàn)的污染,不僅來源于原料和產(chǎn)品,往往還會源自于溶劑。大部分精細(xì)合成工藝均需要有機溶劑,傳統(tǒng)有機溶劑如苯、甲苯、甲醛等都存在有毒、易揮發(fā)、易燃燒等諸多不足,不符合綠色化學(xué)要求,因此在教學(xué)過程中有必要對綠色溶劑(如水、超臨界流體、離子液體等)加以介紹。例6:在第7章“涂料”中,介紹了在涂料的制備過程中,往往要用到大量的甲苯、二甲苯等對環(huán)境有害的溶劑,引導(dǎo)學(xué)生在滿足工藝的條件下用綠色溶劑――水取代有毒有機溶劑。例7:在第8章“香料”中,介紹了CO2在超臨界狀態(tài)下具有常規(guī)液體的溶解度,高的傳質(zhì)速度,大的可壓縮性,且無毒、不可燃、廉價的諸多優(yōu)點,從而可取代萃取法提取天然植物香料中的有毒、有害溶劑。此外,CO2還可以用來代替氟氯烴作苯乙烯泡沫塑料發(fā)泡劑,實現(xiàn)綠色化學(xué)生產(chǎn)。
2.3.5 以“產(chǎn)品綠色化”案例進行滲透
產(chǎn)品綠色化就會減少甚至杜絕對環(huán)境造成損害,實現(xiàn)綠色化學(xué)。例8:在第3章“食品添加劑”中,對“食品添加劑乳酸的合成”案例進行了綠色化學(xué)設(shè)計,介紹了綠色產(chǎn)品――聚乳酸,乳酸可由再生生物質(zhì)資源通過發(fā)酵的方法得到,聚合后成為聚乳酸。聚乳酸因其優(yōu)良的物理化學(xué)性能、生物相容性、生物可降解性、對環(huán)境及人體無毒害作用,可代替帶來“白色污染”問題的聚苯乙烯材料,是可再生并循環(huán)利用的綠色塑料[8]。
例9:在第7章“涂料”教學(xué)時,綠色化設(shè)計了“聚醋酸乙烯乳液的制備與應(yīng)用”案例,向乳液樹脂添加中空陶瓷珠子后得到的乳膠涂料是良好的節(jié)能涂料[9],具有高反射比、高輻射率、低導(dǎo)熱系數(shù)、低蓄熱系數(shù)、保溫隔熱等優(yōu)異性能,是綠色精細(xì)化工產(chǎn)品。
3 結(jié)束語
總之,教師要依據(jù)綠色化學(xué)5R原則,從原料、催化劑、反應(yīng)、溶劑、產(chǎn)品的綠色化等角度出發(fā)充分挖掘和加工教材內(nèi)容,并始終堅持把綠色化學(xué)教育滲透于專業(yè)課程教學(xué)之中,從而讓學(xué)生認(rèn)同綠色化學(xué),從事綠色化學(xué)工作與研究的能力得到培養(yǎng),成為未來“綠色化學(xué)”的堅決踐行者。
參考文獻
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