绿色化学实验的改革探讨

摘 要：本文从环保角度出发，主要探讨绿色化学实验的改进及注意事项，以期为化学实验教学提供参考。

关键词：绿色化学 化学实验 可持续发展

中图分类号：G420 文献标识码：A文章编号：1673-9795（2012）10（b）-0043-02

绿色化学是一种不对生态环境和人类健康产生严重危害的化学过程，它要求利用一系列原理来降低或消除在化工产品的设计、生产及应用中有害物的使用和产生。同时也要求在化学品的生产过程中尽量提高原子利用率，不产生大量废物，而且生产原料尽量选择可再生资源，生产过程应尽量节约能源。实验室是化学教学的关键，但实验也会带来令人烦恼的环境问题。化学实验室的环境污染因范围小，一直未受到人们的足够重视，其实，化学实验教学与绿色化学联系最紧密、最直接，因此，在实验教学中贯彻绿色化学思想显得尤为重要。我们要重视绿色化学渗透，培养学生“从我做起”的环保意识。

1 绿色化学的产生

1.1 可持续发展观的形成

20世纪70年代，西方发达国家经济高速发展，物质十分充裕，与之相伴的工业污染问题也日益引起人们的广泛关注。首先，以Meadows为代表的“罗马俱乐部”（非官方学术团体）发表题为《增长的极限》的研究报告，在全世界引起了极大的反响。该报告指出：由于地球上的可耕地和矿产资源是有限的，生态环境的自净能力也是有限的，而世界人口却是在按几何级数增长。随着人口的膨胀和消费水平的不断提高，必然导致资源匮乏和污染加剧。从此之后人类的发展将面临困境，全球性灾难将会降临。那么“可持续发展”指的是既可以满足当代人的需要，又不危及可满足后代人需要的可能性，人类在满足当代人需求而进行的生产、生活等各项活动中不能以牺牲生态环境为代价，不能损害本应属于后代人的利益。正是这种观念，为后来绿色化学的诞生奠定了思想基础。绿色化学的目的就是要开发、利用先进的技术、工艺和手段来实现化学工业的可持续发展。

1.2 化学工业的必由之路

回顾化学工业的发展历史，从20世纪初以来，化学工业迅速发展，为人类的科技进步和社会发展做出了重大贡献，但同时也对生态环境和人类健康产生过严重危害。

从1913年合成氨化学肥料的生产，到1914年DDT等杀虫剂进入市场，化肥、农药的普遍使用使全世界的粮食产量在20世纪以惊人的速度增长，为全球几十亿人口提供了必须的食品。在石油化工方面，1921年人类开始由天然气轻烃蒸汽裂解制造乙烯，1930年开始生产聚乙烯，1938年生产出化工尼龙。此后，合成橡胶、塑料、化纤、洗涤剂、涂料、粘合剂等产品相继问世并得到了广泛的应用，成为工农业生产和人民生活各个领域不可缺少的重要材料从1928年发现第一抗生素—— Penicillin开始，医药化学工业生产出了大量的医药品，为防治疾病、提高人类健康水平、延长寿命起到了至关重要的作用。随着化学工业的迅速发展和化学品用量的增加，其对生态环境的破坏和人类健康的危害逐渐显露出来。20世纪40年代初，美国洛杉矶爆发了光化学烟雾事件；从20世纪50年代到70年代，日本先后发生了水俣病（1953—1956年）、骨痛病事件（1955—1972年）和米糠油事件（1968年）等一系列的污染事件使人们对化工和化学品感到恐惧，甚至有些人把化学品等同于危险品。

20世纪化学工业给人们留下了十分矛盾的两面印象：一方面人类离不开化学工业；另一方面化学工业又会造成环境灾难。化学工业将如何发展的问题就摆在了化学工作者的面前，唯一的选择就是既要生产出满足社会需要的产品，又不能对生态环境和人类健康产生危害。就是要改造传统化学工业，走绿色化学之路。

2 绿色化学的发展

绿色化学提出后，立即得到了科学界和各国政府的高度重视。1991年，美国环保署开始将绿色化学纳入其中工作的中心。1995年美国设立“总统绿色化学挑战奖”，其目的是鼓励和支持那些具有基础性和创新性并对工业又实用价值的化学新工艺、新方法，以减少资源消耗和防止污染。20世纪90年代，日本政府在和减少排放的简化生产工艺过程来实现未来的化学工业。1997年德国政府通过了一项名为“为环境而研究”的计划，将实施可持续发展的化学工业部分作为其一项核心内容。英国、荷兰等国也都制定了相关的政策支持绿色化学研究。1995年中国科学院化学部组织了“绿色与技术—— 推进化工生产可持续发展的途径”的院士咨询活动。在绿色化学提出后的很短时间里，它就成了各国政府重点资助的研究领域。

尽管绿色化学发展仅有十多年的历史，但发展异常迅速，已取得令人瞩目的成果，在理论上，美国的B.M.Trost教授提出的“原子经济性”概念为人们提供了一个全新的衡量化学反应优略的标准，用它能够判断一个化学反应的资源利用率或者说废物产出率，因此，成为绿色化学原理的核心内容之一。在应用技术上，绿色化学取得的成果更多，其内容主要包括绿色原料、绿色溶剂、原子经济反应、绿色催化剂、绿色化学品、绿色能源等。其范围涉及到有机合成、催化、生物化学、分析化学、化学工艺等学科。例如，1996年的奖项项目是将“废弃物质转化为动物饲料、化学品和燃烧技术”，1997年的是“二氧化碳的表面活性剂的设计和应用项目”，2000年的是“酶催化在有机合成中的应用”，2001年是“设计了一系列在水和空气中，而不是在有机溶剂和惰性气体中进行的过渡金属的催化反应、高选择性反应、简单反应方面成绩突出者。”例如，1996年的獲奖项目是“开发纯的二氧化碳作为与环境友好的聚苯乙烯泡沫包装材料的发包剂及其在商业中的应用项目”，1998年的是“以膜分离为基础的生产乳酸酯的新工艺”（替代卤代和有毒溶剂的无毒工艺）等。

3 挖掘教材中的绿色实验素材

教师利用课本中的绿色化学实验素材，采用学生乐于接受的形式和方法，渗透绿色化学思想。如对固体、液体试剂的取用给出限量要求；强调实验中常见的事故避免、应急处理措施；引入减量、减废的微型化学实验；增加家庭小实验，力求使实验生活化。有毒气体的制取及性质实验中采用防止和减少环境污染的装置及用NaOH吸收尾气，防止污染空气；铜与硝酸反应采用分液漏斗滴加硝酸的方法，有利于控制反应等。在化学实验教学中，严格按照绿色实验要求操作外还要多花心血培养学生规范、安全的操作实验，增强学生的安全意识和环保意识，进而渗透绿色化学教育。

4 将常规实验改为微型试验

微型化学实验就是用小型仪器的仪器装置、极少量的试剂来获取所需化学信息的实验方法和技术，虽然它的仪器装置一般比常用的要缩小十倍至几十倍，所用试剂的量也为常规实验的几十分之一乃至几千分之一，但却可以达到准确、明显、方便及防止环境污染等目的。在学习元素化合物性质和一些有刺激气味、有毒物质的制备时，可选用微型化学实验。实验中除了可使用已研制成功的井穴板等微型仪器外，还可以把集气瓶、烧杯、启普发生器等器材微型化。如学生在探究浓硫酸的吸水性时，可改在点滴板上进行，代替表面皿，既减少药品消耗及废物污染，又缩短试验时间，现象非常明显。又如硝酸与铜片反应的实验，可以改在针筒中进行，将铜片用透明胶固定在推进器的底部，抽入少量硝酸即可看到反应开始，只要将针头朝下即可中断反应，抽取的量可以合理掌握，减少了产生的NO2或NO后对教室的环境污染，也能达到浓硝酸产生红棕色的NO2而稀硝酸产生NO无色的，以及NO能转变成NO2的良好实验效果。

5 将有毒实验改为封闭实验

在化学实验中存在很多的有毒实验，如氯气的制备与性质实验、二氧化硫的制备与性质实验等。当气体的制备实验在封闭的情况下进行时，还应进行尾气处理。如氯气的制备实验，教材中就用NaOH进行尾气处理。而气体的性质实验我们可以做到完全封闭。如二氧化硫的性质实验：在若干个试管中收集好二氧化硫气体，并用医用滴瓶的胶塞封住试管口，用若干个注射器分别吸取Ba（OH）2、酸性KMnO4溶液、溴水、H2O2溶液，分别注入收集好的二氧化硫的试管中，观察实验现象。本实验完全在封闭的条件下进行，无任何有害气体溢出。

6 回收利用实验产物

实验试剂的回收再利用是减少试验对环境污染的有效途径。对于固体原料，无论剩余多少一律回收，留作下次试验用，对于产物，能综合利用的尽量综合利用。如有机实验阿司匹林制备实验的产物可作为无机实验乙酰水杨酸含量测定的原料；把甲基橙的合成实验得到的产品用作无机实验中的指示剂；又如在有机化学实验中，萃取实验用的有机溶剂四氯化碳、煤油等，如果废弃了，不仅污染了环境，而且会产生新的隐患。如果进行回收、集中处理，它们又可以重新使用。

7 妥善处理化学实验的废弃物

妥善处理化学实验的废弃物即能提高实验的科学性，为实验操作的规范化奠定基础，又能培养学生良好的实验习惯，使学生学到实际应用技术。有些废弃液在排放前要进行处理，如AgNO3溶液，BaCl2溶液等废弃物随意排放就会污染水质。可采用置换的办法是；将Ag置换出来再回收，采用沉淀的方法去Ba2+离子；用中和的方法将降低稀HCl，稀H2SO4，NaOH溶液的碱性后再排放。还有些固体药品可尽量回收，去锌粒、铜片、铁丝、银条等。

总之，在化学实验的教学中应尽量降低实验的危险因素。增强实验的环保意识，提高实验的安全系数。绿色化学实验不仅能使学生在良好的实验环境中学习，而且能使学生在实验过程中培养预防化学污染的思想或尽可能减少毒气污染的实验技术，让学生在安全的，愉快的环境中探究科学知识，让学生知道只有掌握了科学知识，合理地进行操作，实验会是一个很美好的过程。教师应不断探究绿色化学实验，让绿色化学走进实验室，以提高学生的实验能力和环保意识。

参考文献

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