平凡人
第1楼2009/09/17
1 寻找替代品
绿色化学的理念在于不再使用有毒、有害的物质, 不再产生废物, 从而也就不再需要考虑废物的处理。遵照绿色化学的理念, 从源头上阻止污染,可以根据实验目的, 在能够达到同样教学效果的前提条件下, 寻找替代品, 尽量用低毒或无毒化学试剂替代有毒化学试剂。比如无机化学实验中多相离子平衡这个实验,实验的目的是根据溶度积规则及平衡移动原理验证沉淀的生成、溶解、分步沉淀及沉淀的转化。传统实验中, 沉淀离子及沉淀剂大部分使用的是Pb(NO3 ) 2和K2 CrO4 ; 采用这些沉淀离子及沉淀剂,现象比较明显, 但是Pb、Cr是有毒重金属, 实验废弃物排放到水中, 会对水资源造成严重污染。为了既保留传统实验的精华, 又减少实验废弃物对环境的污染, 我们根据绿色化学的理念以及多相离子
平衡的实验原理重新选择沉淀离子及沉淀剂, 并对传统实验和改进后的实验进行了对比见表1。
表1 传统实验和改进实验的对比
传统实验改进实验
沉淀
生成
沉淀离子Pb2 + Cu2 +
沉淀剂KI NaOH
实验现象
黄色沉淀
(PbI2 )
浅蓝色沉淀
(Cu (OH) 2 )
沉淀
转化
沉淀离子Ag + Cu2 +
沉淀剂①K2CrO4 ②NaCl ①NaOH ②Na2S
实验现象
砖红色沉淀→白色沉淀
Ag2CrO4 AgCl
浅蓝色沉淀→黑色沉淀
Cu (OH) 2 CuS
分步
沉淀
沉淀离子Ag + Pb2 + Cu2 + Fe3 +
沉淀剂K2CrO4 NaOH
实验
现象
先现黄色沉淀(PbCrO4) ,
后现砖红色沉淀(Ag2CrO4)
先现红棕色沉淀(Fe (OH) 3) ,
后现浅蓝色沉淀(Cu (OH) 2)
结果表明: 改进后的实验效果也非常好, 现象很明显, 同样达到了实验目的, 而且减少了有毒物质的使用和排放, 实现了无机化学实验的绿色化。
2 推行微型实验
微型化学实验是绿色化学的一项实验方法[ 2 ] ,它是在微小型的仪器装置中, 在可能的实验条件下, 采用尽可能少的试剂来进行的实验。与传统实验相比, 它具有节约开支、减少污染等优点。微型化学实验不是常规实验的简单缩微, 也不是对常规实验的补充, 更不是与常规实验的对立, 它是在绿色化学理念下, 用预防化学污染的新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结
果, 是化学实验方法的创新性的变革。由于微型化学实验的成套仪器较贵, 要完全实现无机化学实验的微型化, 还有一些困难; 但可以在能够达到实验目的的前提下, 在可能的实验条件下, 通过改造实验装置, 使之趋于微型化。比如无机化学实验中的一些性质实验, 传统的做法都是在试管中进行, 试剂使用量一般为1~2 mL, 我们采用点滴板操作, 试剂用量减少为几滴, 同样可以达到实验效果, 减小了化学药品对环境的污染, 使这部分实验趋于绿色化。
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第2楼2009/09/17
3 发展封闭式实验
对于一些有有毒气体产生的实验, 传统的做法是在通风橱中进行, 这样只能避免实验室小环境的污染, 有毒气体排放到空气中还是造成了环境污染。应用绿色化学的理念, 可将这部分实验设计成封闭式实验, 让反应在封闭体系内进行, 而且能在反应系统内将尾气吸收掉, 实现零排放。比如硫酸亚铁铵的制备, 该实验通常选用机械行业产生的废弃物———铁屑为原料。从环境保护的角度来说, 属于变废为宝的环保型实验; 然而由于传统实验装置为敞开式, 废铁屑中含有的硫、磷等杂质和硫酸反应时生成H2 S、H3 P等有毒气体, 导致实验室弥漫着强烈的刺激性气体, 直接危害师生的身体健康, 不符合绿色化学的要求。我们改进实
验的第一步, 将硫酸亚铁的制备改为闭路回收式,借鉴文献[ 3 ] 的实验装置采用碱性吸收液吸收第一步反应产生的H2 S、H3 P等有毒气体, 实现零排放, 大大改善了实验环境。
4 发展串联实验
串联实验是指通过调整实验教学计划, 巧妙地安排实验项目和次序, 充分利用相关反应, 尽可能地使第一个反应的产物转变成下一个实验的反应物, 实现实验的连续性。这也是实现无机化学实验绿色化的一个重要途径, 它在一定程度上减轻了对环境的污染, 有利于环境保护。比如铁系元素的性质实验, 传统实验是将铁、钴、镍三种元素的同一个性质搁在一起做, 这样做的好处是可以对3种元
素的同一性质进行比较, 便于学生理解元素周期表中元素性质的递变规律; 但不便于学生对物质转化关系的了解, 而且没有充分利用反应产物, 实验废弃物量比较大, 不符合绿色化学的要求。根据绿色化学的理念, 我们重新安排实验内容, 有效地利用同一元素物质之间的转化关系, 设计成串联实验,以铁的化合物的性质为例说明如下。用煮沸过的去离子水配制(NH4 ) 2 Fe ( SO4 ) 2溶液, 酸化后, 把装有煮沸过的NaOH溶液的滴管插入(NH4 ) 2 Fe ( SO4 ) 2溶液底部, 慢慢放出NaOH溶液, 观察Fe (OH) 2沉淀的生成, 静置一段时间,观察沉淀颜色的变化, 了解Fe ( Ⅱ)的还原性; 滴加少许稀盐酸, 观察沉淀的溶解, 了解Fe (OH) 3在稀盐酸中的溶解性; 将溶液分成两份, 一份滴加KSCN溶液, 观察溶液颜色的变化, 了解Fe3 +的定性检验, 接着滴加NH4 F溶液, 观察溶液血红色的褪去, 了解Fe3 +与F—的配位反应; 另一份滴加K4[ Fe (CN ) 6 ]溶液, 观察蓝色沉淀的析出, 了解Prussian蓝的生成。实践证明, 改进实验后, 不但可以大大减少实
验废弃物的排放量, 实现无机化学实验的绿色化,而且可以促进学生对物质转化关系的了解。
平凡人
第3楼2009/09/17
5 开发模拟实验
模拟实验是一种化学试剂和仪器装置“零投入”和“废弃物零排放”的特殊实验方式, 可以避免传统无机化学实验所带来的人体健康危害和环境污染问题, 从而实现无机化学实验的绿色化。
无机化学实验中有一些元素化合物的性质实验, 所需试剂比较多, 污染物的排放量比较大, 污染物组成又比较复杂, 对环境的污染比较严重; 而且学生做这部分实验时, 实验所用试剂都是实验室老师事先配好, 学生进实验室做实验, 只是简单地滴加、混合, 学生觉得简单, 没意思, 反应又瞬间完成, 印象不深刻, 很难达到教学效果。如果把这类实验开发成模拟实验, 让学生在计算机上模拟、完成实验, 凭借模拟实验的诸多优点, 既能够实现无机化学实验的绿色化, 又能够帮
助学生清晰、生动地学习无机化学实验。高敬群等[ 4 ]进行了计算机模拟实验教学的探索, 实践证明, 计算机模拟实验可以极大地提高学生对实验课的兴趣, 调动学生的积极性和主动性。
6 回收利用实验产物
回收利用实验产物也是实现无机化学实验绿色化的一个途径。在传统的化学实验中, 实验者观察到有关的现象和数据, 达到目的后, 就把实验产物直接弃置、排放, 污染环境。应用绿色化学的理念,可将每次实验的产物回收利用, 不仅节约药品, 又减少或避免有害物进入环境, 造成环境污染。比如硫酸亚铁铵的制备, 实验产物是硫酸亚铁铵, 如果将它废弃, 不仅污染环境, 而且是一种浪费。实际教学中, 我们先开设硫酸亚铁铵的制备,并将实验产物回收保存, 然后用作三草酸合铁的合成原料, 这样的结果是不仅节约了实验药品, 更主要的是减少了实验废弃物的排放量, 实现了无机化学实验的绿色化。
7 结束语
通过开展无机化学实验绿色化的研究, 我们认为, 要实现无机化学实验的绿色化, 需在绿色化学理念的指导下, 实行污染预防全过程控制。从教学管理角度出发, 在制定教学计划、教学内容、教学方式等每个环节都要考虑保护生态环境, 都要符合绿色化学的要求; 而且, 在实际教学过程中, 要在保证实验教学效果的前提下, 积极、合理地应用绿色化的措施, 实现无机化学实验的绿色化。