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摘要:本文以苏教版高中化学(必修1)“用四氯化碳萃取溴水中的溴”这个实验的绿色化设计为例,阐述对化学实验的绿色化设计,不但可以解决化学实验所带来环境污染问题,实现实验过程无污染、零排放,而且可以培养学生创新能力与环保意识。
关键词:化学实验;绿色化;环保意识
文章编号:1008-0546(2010)06-0071-02中图分类号:G633.8文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2010.06.029
化学实验是学生学习和研究化学的基本途径。在化学实验教学中,教师若将绿色化学的思想贯穿于日常教学中,对培养学生的创新精神和实践能力、树立节约意识和环保意识都具有十分重要的意义。近年来,我们以绿色化学的思想理念为指导,对中学化学教材中的部分实验进行了绿色化的设计与改进,取得了很好的效果。下面本人以苏教版化学(必修1)中“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,这两个实验我们是设计成学生分组实验,在课堂上由学生来完成的。该实验现象明显,在实验过程中,学生能很明显地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。基于以上几个方面的原因,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
在对化学实验的改进与设计过程中,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,实现实验过程的始终无污染或尽量减少污染?我们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、再生、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的研究。具体的措施概括如下:
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,我们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,故萃取剂我们选用四氯化碳。
2.实验药品、试剂用量的绿色化设计
实验中碘水的浓度应该多大呢?实验时碘水、萃取剂四氯化碳各取用多少为宜?
首先,我们通过对比实验,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%(其配制方法:在100 mL蒸馏水中先加入少量碘化钾固体,再加1 g碘晶体,搅拌使其溶解)的碘水实验效果较好。
接下来,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,我们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10 mL碘水和5 mL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,我们要求学生要严格按照预先设计好的用量取用药品、试剂。萃取、分液实验结束以后,要求学生将实验后得到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?我们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,最终我们设计了如下绿色方案进行萃取物、萃取剂的回收。具体实验步骤和原理概括如下:
【步骤1】向萃取、分液后回收的碘的四氯化碳溶液中加入6 mol/L氢氧化钠溶液,直至四氯化碳溶液由紫色变为无色,碘单质与氢氧化钠溶液发生了如下反应:3I2 6OH-=IO3- 5I- 3H2O,把混合液静置,液体分为两层,通过分液操作,分离出下层的四氯化碳液体可以反复使用。从分液漏斗的上口倒出上层水溶液做下面的实验。
【步骤2】向上述步骤1实验后回收的水层溶液中滴加4mol/L的硫酸,调节溶液的pH=7,此时溶液呈棕黄色,反应原理如下:IO3 5I- 6H =3I2 3H2O,所得到的碘水与萃取实验回收得到的水层溶液混合,可以作为碘水继续进行萃取实验。经过多次循环使用后,碘水的浓度会降低,实验中可根据比例再补充加入适量的碘单质,使碘水的浓度保持在1%左右。
三、化学实验绿色化设计的体会
从以上案例可以看出,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。
可见,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,就会大大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。
参考文献
[1]陈静.中学化学教学中绿色化学意识的渗透[J].中国现代教育装备,2007,(8)
[2]夏凯.萃取实验的绿色化研究[J].中学化学教学参考,2008,(7)
[3]满旭.从碘的四氯化碳溶液中回收四氯化碳的探究[J].化学教学,2007,(9)
关键词:化学实验;绿色化;环保意识
文章编号:1008-0546(2010)06-0071-02中图分类号:G633.8文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2010.06.029
化学实验是学生学习和研究化学的基本途径。在化学实验教学中,教师若将绿色化学的思想贯穿于日常教学中,对培养学生的创新精神和实践能力、树立节约意识和环保意识都具有十分重要的意义。近年来,我们以绿色化学的思想理念为指导,对中学化学教材中的部分实验进行了绿色化的设计与改进,取得了很好的效果。下面本人以苏教版化学(必修1)中“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,这两个实验我们是设计成学生分组实验,在课堂上由学生来完成的。该实验现象明显,在实验过程中,学生能很明显地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。基于以上几个方面的原因,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
在对化学实验的改进与设计过程中,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,实现实验过程的始终无污染或尽量减少污染?我们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、再生、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的研究。具体的措施概括如下:
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,我们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,故萃取剂我们选用四氯化碳。
2.实验药品、试剂用量的绿色化设计
实验中碘水的浓度应该多大呢?实验时碘水、萃取剂四氯化碳各取用多少为宜?
首先,我们通过对比实验,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%(其配制方法:在100 mL蒸馏水中先加入少量碘化钾固体,再加1 g碘晶体,搅拌使其溶解)的碘水实验效果较好。
接下来,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,我们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10 mL碘水和5 mL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,我们要求学生要严格按照预先设计好的用量取用药品、试剂。萃取、分液实验结束以后,要求学生将实验后得到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?我们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,最终我们设计了如下绿色方案进行萃取物、萃取剂的回收。具体实验步骤和原理概括如下:
【步骤1】向萃取、分液后回收的碘的四氯化碳溶液中加入6 mol/L氢氧化钠溶液,直至四氯化碳溶液由紫色变为无色,碘单质与氢氧化钠溶液发生了如下反应:3I2 6OH-=IO3- 5I- 3H2O,把混合液静置,液体分为两层,通过分液操作,分离出下层的四氯化碳液体可以反复使用。从分液漏斗的上口倒出上层水溶液做下面的实验。
【步骤2】向上述步骤1实验后回收的水层溶液中滴加4mol/L的硫酸,调节溶液的pH=7,此时溶液呈棕黄色,反应原理如下:IO3 5I- 6H =3I2 3H2O,所得到的碘水与萃取实验回收得到的水层溶液混合,可以作为碘水继续进行萃取实验。经过多次循环使用后,碘水的浓度会降低,实验中可根据比例再补充加入适量的碘单质,使碘水的浓度保持在1%左右。
三、化学实验绿色化设计的体会
从以上案例可以看出,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。
可见,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,就会大大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。
参考文献
[1]陈静.中学化学教学中绿色化学意识的渗透[J].中国现代教育装备,2007,(8)
[2]夏凯.萃取实验的绿色化研究[J].中学化学教学参考,2008,(7)
[3]满旭.从碘的四氯化碳溶液中回收四氯化碳的探究[J].化学教学,2007,(9)