化学实验绿色化设计的实践与体会

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  化学新课程从“提高学生的科学素养”出发,倡导“从实验中学习化学” 的教学理念.苏教版教材设置的“观察与思考”、“活动与探究”等栏目,使实验内容占有较高的比率,为学生提供了更多实验探究的机会.但是,在化学实验教学中,我们经常遇到困惑:有些有毒气体的性质实验没有在封闭体系中进行,难免毒气外逸,有碍师生身体健康;有些实验现象不明显,成功率不高,易产生失败的尴尬;有些实验装置复杂,所需的实验仪器和药品太多,不仅难以开展学生的探究活动,就是演示实验,准备起来也十分困难……面对教材中一些不尽合理的实验设计,教师要引导学生大胆改进,提倡绿色化设计,开展绿色化学实验教学,培养学生的创新精神和实践能力,从而让学生树立节约意识和环保意识.
  下面以“用四氯化碳萃取溴水中的溴”这个实验的绿色化设计为例加以阐述.一、问题的提出
  苏教版化学(必修1)第17页“观察与思考”栏目中,安排了“用四氯化碳萃取溴水中的溴”的实验,第18页有用分液漏斗对萃取后的混合液进行“分液”的实验操作.在教学过程中,我把这两个实验设计成学生分组实验,让学生完成.该实验现象明显,在实验过程中,学生能明显看到溴被四氯化碳从水溶液中萃取出来的现象以及两种互不相溶的液体分层的现象,也能够顺利进行分液操作.但在实验过程中,由于溴的大量挥发,使教室里弥漫着一股很浓的溴蒸气的气味.在实验过程中,我观察到有的学生用手捂住口鼻,有的学生屏住呼吸,这不但使学生实验的热情和积极性降低,而且直接影响到每个学生的身体健康.实验结束以后,还回收到大量的废液,如果不加以处理,对环境将造成严重的污染.因此,对这个实验进行绿色化的设计与改进已势在必行.二、化学实验的绿色化设计的实践
  在对化学实验进行改进与设计的过程中,怎样才能既保证化学实验的科学性,又能体现绿色化学实验的思想,实现实验过程始终无污染或尽量减少污染?课题组根据绿色化学实验的基本理念(即减少用量、循环利用、回收再用、拒绝使用危害物),在保证实验现象明显的基础上,对以上实验进行了深入研究.
  1.实验药品、试剂的绿色化设计
  根据绿色化学的要求,结合溴比碘易挥发的性质,决定实验中萃取物选用碘,从源头上解决由于溴的大量挥发造成的空气污染问题.常用的萃取剂有苯、汽油、四氯化碳.由于苯易挥发,且有毒,汽油常常呈现黄色,易挥发且多数为裂化汽油,所以被排除,故萃取剂选用四氯化碳.
  2.实验药品、试剂用量的绿色化设计
  首先,确定实验中碘水的浓度.得出的结论是:碘水的浓度宜小不宜大.因为实验中碘水的浓度过大,不但萃取的效果不好,萃取后水层、四氯化碳层液体颜色对比不明显,而且还会增加萃取剂的用量,造成浪费.实验证明,用质量分数约1%的碘水实验效果较好.其次,要确定实验中药品、试剂的用量问题.考虑实验现象明显和实验绿色化的要求,在能够保证实验现象明显、操作方便的前提下,尽量减少药品与试剂的用量.经过反复实验验证,最终确定实验中取用10mL碘水和5mL四氯化碳进行萃取实验为宜.
  3.实验过程的绿色化设计
  在实验过程中,要求学生严格按照预先设计好的用量取用药品、试剂.萃取、分液实验结束后,要求学生将实验后得到的水溶液和碘的四氯化碳溶液分别倒入指定的容器中, 以便集中处理.
  4.废液处理的绿色化设计
  萃取、分液实验结束后,萃取物和萃取剂的回收和处理便成为师生关注的焦点.怎样处理,才能够既能体现绿色化学的理念,变废为宝、降低污染,又能提高学生的实验创新能力呢?课题组结合本实验后废液的处理问题,引导化学兴趣小组的学生进行了研究性学习.要求学生查阅相关的资料,了解处理该废液可能的途径和方法,经过小组讨论,设计出科学合理的废液处理方案.学生经过研究,提出了多种研究方案,如蒸馏法、过氧化氢法、硝酸银法、亚硫酸钠法、氢氧化钠法等.但多数方案只考虑到萃取剂的回收,而没有考虑碘的回收和利用问题.结合学生的方案,师生共同讨论,最终设计了如下绿色方案进行萃取物、萃取剂的回收.(具体步骤略)三、化学实验绿色化设计的体会
  通过对实验方案的绿色化设计,实现了实验过程基本无污染、零排放.在实验中,碘水和四氯化碳均实现了循环使用,而且绿色化的废液回收、处理方案简单易行,有很大的推广价值.
  总之,对于教材中某些污染比较严重的传统实验,只要我们多动脑筋,对原实验方案进行绿色化的设计与创新,就会减少实验带来的环境污染问题,使师生在良好的实验环境中工作和学习.这样,环境教育将不再是口号,不再是形式.
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