绿色化学实验范文

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1 引言

绿色化学旨在从源头消除污染，是使人类可持续发展的化学，其内容包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源，是最为理想的环境污染防治方法。初中化学实验教学过程中，无论是演示实验还是学生实验，若处理不当，都会对环境会造成污染。就这一问题，要求对实验进行创新，进行绿色化设计。如何把绿色化学教育更好地贯穿于初中化学教学的全过程之中，是时代给化学教育提出的一个新的研究课题。

2 化学实验绿色化的意义

化学实验绿色化会给学生带来终身的影响，环境质量与学生及其家人的生活息息相关，通过化学实验绿色化的教育，可以使他们关心自己身边的环境，知道自己有能力改变世界，知道健康与环境之间的联系，了解个人利益与环境的关系。让大家知道并不是只有科学家和专业环境工作人员才能够为环境做出贡献，我们每一个人都可以为地球的绿色化做出自己的贡献。只有教师、实验员、学生、学校、社会共同努力，才能够早日真正实现化学实验的绿色化。

3 加强化学实验绿色化制度

3.1 提高实验员的素质是化学实验绿色化实施的前提。

只有了解化学实验绿色化的知识，才能够更好地运用这些知识实现化学实验绿色化。由于化学实验绿色化知识的缺乏，曾经有实验员用四氯化碳擦去黑板上的水笔印记，结果中毒被送进医院；也曾经有实验员不在水中切割白磷，结果着火，差点酿成大祸。只有高素质的实验员，才知道如何更好地保护自己，如何更好地保护环境。所以我们不能忽视实验员的工作，应该大力提高实验员的各方面的素养。为了帮助教师和学生配制实验试剂，制取实验气体，实验员经常接触高浓度、大剂量的液体和气体。首先需要让他们了解了各种试剂的具体危害。这样，即使是出于保护自身健康的需要，他们也能够积极主动地采用绿色化的实验。

3.2 配制低浓度药品。

初中化学实验很多并未指明所用药品浓度的大小，在保证实验成功的前提下，尽量配制较低浓度的药品。这样既能节约药品，又减少了污染。如初中实验中盐酸和氢氧化钠是最常用的药品，一般来说，稀盐酸的浓度为1：4（盐酸和水的体积比），氢氧化钠溶液的浓度为1%，如果是学生实验，还可以进一步稀释。当然也有特殊情况，为了保证实验的成功，也要用较浓的溶液，如在做鉴别葡萄糖演示实验时，氢氧化钠溶液的浓度为10%。做氢氧化钙溶液和碳酸钠溶液反应时，碳酸钠溶液必须是饱和状态，这样现象才会比较明显。

3.3 微型化实验仪器。

微型化学实验，是1982年开始在美国研究试用的一种新型的试验方法。被誉为化学实验的革命。微型化学实验是为减少资源消耗和化学污染而发展起来的一种化学实验的新方法、新技术，为化学实验教学改革开辟一条新的路径。它具有节约药品、节省时间、安全、减少污染、激发学生动手实验的兴趣等优点。所以对一些初中化学实验微型化设计体现绿色化学思想是很有必要的。

例如，在分组实验中药品的用量很大，特别是金属性质和酸碱盐性质实验。虽然在刚开始接触化学实验时就强调实验操作的规范性，但由于初中阶段的学生自律和自控能力较弱，实际操作中药品的用量很难控制，造成的浪费大，污染也大，考虑这些，我们申购了一批15×100规格小试管代替之前用的15×150规格的试管，尽量减少药品的用量从而减少污染。在做氨分子扩散运动分组实验时，科教版教材上用的是一只大烧杯罩住分别装有浓氨水和酚酞试液的小烧杯，实验所需药品量较大，实验耗时较长，且浓氨水有挥发性和刺激性气味，对环境有污染。为了减少环境污染，我们对实验进行微型化设计，用两个格子的塑料药片板代替两个小烧杯，固定在玻璃片上，分别滴加浓氨水和酚酞试液，再用50mL的小烧杯罩住药片板。这样的设计，大大减少了药品的用量、实验时间、环境污染等。该设计如果用于演示实验，可以利用投影，放大实验现象，提高演示实验的效果。

3.4 规范实验操作。

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二、尝试探索创新，推广绿色实验

众所周知，很多化学知识都是以化学实验引入并且加以验证的，实验是化学教学中的重中之重，如果能在基层教学过程中，大力推广绿色实验，势必会将绿色化学贯穿整个教学。传统化学实验所使用的实验药品，以及伴随实验所产生的各种废弃物，不但对环境造成污染，对师生的健康或多或少都会有一些影响。因此，在教学实验中，教师应严格把关，Anastas和Warner提出了绿色化学的12条原则，这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。

1.防止废弃物的产生，比先产生后治理要重要；

2.合成方法应设计尽可能将所有起始物嵌入到最终产物中去；

3.只要可能，合成反应应设计成反应中使用和生产的物质对人体和环境无毒或毒性很小；

4.设计的化学产品应在保证其应有功能的同时尽量使其无毒或毒性很小；

5.尽量不用辅物质（如溶剂、分离试剂等），当不得已使用时，也应使用无毒物质；

6.能量消耗应是越少越好，应能为环境和经济方面所认可，合成方法应在常温、常压下实施；

7.只要技术上和经济上是可行的，尽量选择可再生的原料；

8.应尽量避免不必要的派生过程；

9.尽量使用具有催化选择性的试剂；

10.化学产品中的设计应保留其功能，减少其毒性，当完成自身功能后不再滞留于环境中，使之降解为无毒的物质；

11.需要开发实时、跟踪监控的分析方法，预先监控有毒物质的形成；

12.化学物质及其在化工过程使用中的物态，应选择潜在化学随机事故（包括气体泄露、爆炸和着火）最小的，等等。从以上论点可以总结出，化学实验绿色化的内容包括：化学试剂、溶剂和催化剂的绿色化，尽量选择低毒和可再生资源，溶剂尽量选择水溶剂，避免采用有毒有害和挥发性溶剂，催化剂应首选采用无毒害、无腐蚀的物质；实验剂量绿色化，在保证完成化学反应的情况下，尽量使用最小剂量的试剂、溶剂和催化剂；对实验产生的“三废”进行无毒无害化处理，确保污染程度降到最低。

三、激发探究精神，完善绿色化学

（一）开展微型化学实验

微型化学实验，就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术。虽然它的化学试剂用量一般只为常规实验用量的几十分之一乃至几千分之一，但其效果却可以达到准确、明显、安全、方便和防止环境污染等目的。近年来，在我国化学实验教学改革领域中，微型化学实验蓬勃发展，引起国内化学教育界极大关注。目前微型化学实验开展到分析化学、物理化学、医用化学和高分子化学实验的微型化探索，并取得了骄人的成绩，逐渐形成了具有中国特色的微型化学实验特点：微型仪器价格低廉且配套比较完整，在国际上具有很强的竞争力。此外，微型化学实验与传统实验相比，具有明显的绿色环保、节约药品和节省时间的特点。微型化学实验的优势已经在教学中呈现出来，受到了广大师生的欢迎。目前，国内已有800余所大、中院校开始采用微型化学实验。

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引言

实验教学是化学教学的重要组成部分，结合当今时代特点，环境保护问题已成热点。绿色化学是在获取新物质的化学过程中充分利用每个原料原子，实现“零排放”，既充分利用资源，又不产生污染，对环境的治理从治标转向治本。

日前，我国环保部参与欧盟亚洲可持续生产和消费项目研讨会会上提出“采用废物跟踪系统，提高电子废物资源利用和环境保护水平”，可见环保问题全球关注。垃圾之多，却未用尽其能，眼看是不环保，实则是有限资源的浪费。中国南方素以水乡为其优势，由于工厂、化肥农药农业、生活、校园实验等排放的污染水，严重超过环境水体容量，打乱水体的自净能力，单方向的水治理困难重重，污水不同程度地影响着民众身心健康，同时治理污水耗重金耗时而且影响基本生活，如今真正能为民众享用的洁净水正急剧削减中，地表水污染引起的土壤污染影响农业的健康耕作，地下水的污染，源头水的保护，水污染污染物的扩散侵袭等一系列水问题引起我们深思。近日，对环境污染事件的关注度日益提高，尤其在水污染防治方面颇为重视。例如华北平原地下水污染防治开展淮水污染重点工程检查正要在2015年初步完成耗资数十亿建立的监测网，耗资巨大，耗时长久，若能减少污染，这些资源的便能得以节约。就高校来说，从实验排污源起，减少污染。

在高校中，通常做完实验就将试剂直接倒入水池中。这样的实验不停地进行着，而实验室很少有三废处理，致使实验室如一污染排放源向外排放着各种污染物（所用的化学药品种类多，消耗量大，而且大部分有腐蚀性或有毒，有的实验还伴随有毒或有害物质的产生）。不仅对水体造成污染，其对土壤、水生生物的副作用更强，尤其笔者深有感触的是所在学校中的湖泊，经常是发黑散臭气，而如在国庆假期之后的几日里能明显感受到湖的清爽，湖面也无明显漂浮的植物，这是由于没有污染行为的发生，可见实验室的绿色化势在必行。

一、绿色成果创意――激发学生兴趣

教师通过引导促使学生通过一些改良实验（如用无毒、弱毒试剂代替有毒试剂进行实验，发现新方法代替原本效率低的方法，等等），使学生感受到绿色化学创新带来的好处，产生学习兴趣，从而真正步入绿色化学实验的学习中。

二、绿色化学之源――网络微型实验

在当今网络迅猛发展的时代，网络化已具备各方面完善的功能。在网络环境下微型化学开放实验的开设具有显著的经济效益、环保效益和教学效果，代表了化学实验改革发展的方向，是贯彻两型社会（资源节约型、环境友好型）发展的战略指导方针。

创新是一个民族生存和发展的基础，是一个国家兴旺发达的不竭的源泉和动力。网络环境下微型化学实验教学模式有如下优点：实验的项目准备、操作等都是以学生为主体，使学生由过去被动“等待”和“接受式”的学习方式，变为“主动”和“探索式”的学习方式；培养了学生学习化学的兴趣，培养了学生实践和创新的能力。便于学生在课堂上进行实验探究和课外进行家庭小实验（而笔者认为学生的主动思考性实验即使有缺陷也远胜过安排性实验），能增强参与意识和动手能力，有利于创新思维的培养。由于微型实验使用剂量少，可以给学生更多的机会动手实验，有利于培养学生娴熟的实验操作技能。

三、绿色实验开展――融会贯通

1.实践绿色化学实验课程教学，提高学生开展绿色化学实验的能力。

（1）以学生为中心，使化学实验成为绿色工程。

要求学生做到“实验源头预防、实验中间控制、实验排放达标”。期间包括避免使用剧毒原料、用绿色溶剂代替易挥发性的有毒有机溶剂、用绿色催化剂替代有毒、易腐蚀的催化剂、对实验中产生的“三废”进行分类处理，等等。

（2）革新常规实验，开展微型、半微型化学实验。

微型化学实验是以尽可能少的试剂，获取与常规实验相当的化学信息的实验原理与技术。其主要优点是：试剂用量大大减少，仅为常规实验的1%～10%，减少了“三废”排放量，以及相关材料和水、电的消耗，降低了实验成本，节约了实验经费，缩短了实验时间，提高了实验的安全性，改善了实验环境，降低了环境的污染。

常规实验的半微量是指在不改变实验方法、不改变操作技术的前提下，采用常规的小容量仪器、药品用量减量，不用额外的经费投入，就可以充分利用实验室现有的资源而进行实验操作的方法，因为成熟的实验技术更容易推广。

2.实践课程教学中形成绿色工程理念，促使学生形成良好的绿色化学行为。

（1）绿色化学观念贯穿实习、实践。

毕业实习、课程实习及社会实践时，要求学生用绿色化学的思维审视生产单位的技术路线、生产工艺、生产管理、产品销售等环节，用绿色工程的12条标准验证各生产环节，总结出符合绿色化学标准的各环节，整理出不符合绿色化学标准的各个环节，并有针对性地提出解决措施。依据“5R”原则考虑和解决化学实验中出现的污染问题，做到实验药品的减量化、循环或回收再利用，选择污染少、装置简单、产物易分离、安全性高的实验方法，在无法避免使用或产生有毒有害物质时，必须采取有效的保护和消害处理措施。通过反复多次地实习实践、归纳总结，强化学生的绿色化学观。

（2）绿色化学观伴随毕业生终生。

要求学生在进行毕业论文及毕业设计时，从开题报告到论文答辩都必须体现绿色化学观。凡违背绿色化学观及绿色工程理念的毕业论文及毕业设计都视为不合格，要么修改，要么重做。指导老师要严格把关，及时跟踪指导，务必培养出合格的应用型人才。要让绿色化学思想扎根于每一位学生的心田。这既是对学生负责，更是对社会及历史负责。

结语

环境保护是我国的一项基本国策，从源头开始的绿色实验，使清洁生产跟上环保主题前进的步伐。绿色化学实验的进行促进学生在科研、实验的道路上保持绿色、清洁意识，使用绿色材料，开展节约型实验，拥有绿色洁净实验过程，排放低污染值三废。我们要清醒地认识到，化学实验的绿色化是一项大工程，需要学者、生产者持久地进行建设。

参考文献：

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[2]张康华，曹小华，谢宝华，陶春元.化学实验教学与绿色化学教育[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：123-125.

[3]黄树辉.问题教学法在环境化学中的应用[J].检验医学教育，2008，15（3）：15-172.

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一、绿色化学及其原则

（一）“绿色化学”定义

绿色化学概念最早是在1991年ACS提出的，又称清洁、环境无害、环境友好化学。绿色化学以在使用和生产化学品时有效利用原材料、不产生废物、避免危险和有毒的试剂及溶剂为目标，其最大的特征在于从产品生产的始端就采用科学手段来控制污染，通过“原子经济性”的原则来设计和实施化学转化，在化学转化中充分利用每个原料每一个原子来获得目标产物，并且在生产过程和最终产品使用中均做到零排放和零污染，它既充分利用了资源，又防止了污染。可见，绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学，不仅将给传统的化学工业带来革命性变化，是目前化学化工行业的研究热点和前沿课题，是开发从始端到终端解决污染的新兴学科，对保护环境、促进社会可持续发展有着重要的时代和历史意义。

（二）“绿色化学”原则

20世纪90年代对绿色化学提出的12条原则仍然适用于现代化学发展方向，也被国际公认，其指明了该学科的发展方向。近些年，化学研究者以12条原则为指导开展了深入、细致的工作，在绿色化学方面取得了突破性进展和突出的研究成果。绿色化学12条原则可概括为：①防止污染优于污染形成后处理；②设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中；③使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小；④设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性；⑤尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质；⑥能量使用应最小，并应考虑其对环境和经济的影响，合成方法应在常温、常压下操作；⑦最大限度地使用可更新原料；⑧尽量避免不必要的衍生步骤；⑨催化试剂优于化学计量试剂；⑩化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型；11分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质形成前加以控制；12化工生产过程中各种物质的选择与使用，应使化学事故的隐患最小。绿色化学从根本上对化学工作者提出了新的要求，要求其以全新的角度来考虑化学研究和生产过程。

二、高校开设“绿色化学实验”重要性

（一）绿色化学实验

“绿色化学实验”必须遵循“绿色化学”提出的十二原则，通过对指导思想、实验仪器、实验装置、实验内容、实验步骤、反应过程等的改变，对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。绿色化学实验对化学药品的使用以重复使用、回收、再生、减量、拒用等为基本原则。

（二）高校开设“绿色化学实验”的重要性

化学是一门实验学科，实验在高校化学教学中起着非常重要的作用，能够很好地培养学生的观察能力、动手能力、分析问题能力和解决问题能力，同时激发学生的创新力。高校化学实验涉及比较多的专业、学科，实验项目内容涵盖化学、化工和环境、生物、医药、医学、农业、检验、食品、护理等相关学科。高校中每天都有大批学生通过各种各样的化学实验来学习、理解各类基础知识，消耗的药品种类繁多、消耗量比较大，时常包含有腐蚀性或有毒药品、往往还会伴随有毒或有害物质的产生。目前，将“三废”直接排入环境的高校实验室还很多，仅有少数设有相应处理设施。虽然单独一个实验室排放三废量不大，但整个国家或地区排放的总量还是相当大的，不容忽视其对环境的累积破环效应，污染环境、破环生态平衡、威胁人类健康等等使社会发展走向不可持续。在高校建设绿色化学实验室，推行绿色化学实验，开展绿色化学研究，宣传绿色化学实验思想，将能够大大减少环境污染，维持生态平衡、保护人类健康，增强环保意识都会产生现实意义和历史意义。

三、高校开设非绿色化学实验的原因

（一）资金投入不足和管理者思想认识不到位

实验教学本身花费就很大，同时一些学校又对实验教学资金投入不足，购买实验药品往往也是唯价格论，能够开设的化学实验很有限，更没有处理实验“三废”的能力，凸显对污染的防治无能为力。此外，实验管理者思想认识不足，缺乏有效的管理方法。实验室管理人员中部分存在环保意识薄弱，更有甚者认为实验室产生的“三废”只是一点点，对环境构不成什么污染，完全认为是小题大作，这就导致在药品使用上存在浪费现象、废物排放处置上比较随意，增大了化学实验对环境的污染。在对学生实验管理上有时也存在不足，部分实验管理者和实验指导老师没有很好的要求学生，同时学生在实验中也缺少相关的环保意识，存在操作不规范，乱倒废液、废渣，任意排放废气等现象。

（二）实验有效指导缺乏、安排不合理

高校化学实验在教学上牵涉面比较广，往往涉及实验计划、实验内容、实验教材等等。很多高校还一直沿用老的实验内容，虽然实验教材经过了多次的修订和改版，但所做实验多年沿袭，疏于创新，在这种情况下实验本身就是非绿色的，所以只要做实验，就会带来污染。同时，通观现行的化学实验教材多数明确指出要求学生掌握实验目的、步骤、现象和结果讨论；然而在实验中使用的原料、试剂、添加剂、催化剂等药品的毒性、危害性，实验过程、后处理等可能产生的“三废”、带来的环境污染以及如何减少“三废”产生或避免污染很少涉及，没有做到人文关怀和环保意识的培养。另外，化学“三废”的种类较多，处理方法各异，耗资较大，再加上大家环保意识缺乏，致使至今还没有较全面的整理。

四、高校化学实验如何实现绿色化

根据绿色化学的十二原则，高校化学实验实现绿色化应从以下几个方面进行改革。（1）采用绿色化的化学试剂，例如选择无毒试剂和可再生资源用作实验试剂；（2）采用绿色化的溶剂，例如选择挥发性小、无害的溶液，避免有毒有害溶剂的使用；（3）采用绿色的催化剂，例如选取无害、无毒、无腐蚀性的催化剂；（4）选择无毒副产物生成或毒副产物生成最小化的反应条件，实现反应条件绿色化；（5）选择不具有原子经济性反应，避免“三废”的产生，实现化学反应绿色化；（6）反应的产物（包括副产物）应无害、无毒、环境友好，实现反应产物绿色化；（7）在保证实验效果的前提下，选择最小剂量的试剂、溶剂、催化剂，实现剂量绿色化；（8）合理分类收集“三废”，并做好无毒、无害化处理，实现“三废”处理绿色化。具体措施如下：

（一）培养实验人员的绿色化学意识

绿色化学意识的培养是高校绿色化学实验的保证。只有实验管理人员、教师和学生都有很强的绿色化学意识，才能为高校推行绿色化学提供有效的保证。当前，未进行传统化学实验教学内容改革的高校，在绿色化学实验方面的知识还比较缺乏，致使实验人员未能意识到绿色化学实验的重要性。目前实验人员的首要任务是更新观念、培养绿色化学意识，这就要求所有与化学实验有关的人员充分认识绿色化学实验的迫切性和重要性，系统掌握化学基础知识和实验技能，深入研究绿色化学实验理论和最新研究成果，积极实践、共同探讨，尽早实现传统化学实验到绿色化学实验教学的转变。同时，要加强宣传、严格要求、完善教学环节，使学生充分了解绿色化学实验，养成良好的实验习惯，确保化学实验教学中各个环节均实现绿色化。

（二）废除污染、毒性大的化学实验

依据高校化学实验教学的要求，在保证实验教学任务的前提下，修订实验课程教学体系，更新实验教学内容，选择污染小、毒性低、后续处理更环保的实验内容代替污染大、毒性高、“三废”产生多的实验内容，来完成高等学校对学生在化学实验基本操作方面要求的目的。这样不仅避免了实验对环境的污染，还增强了学生的环保意识。

（三）寻找有毒有害试剂、溶剂、催化剂的替代品

化学转化往往存在多种途径，高校化学实验教学应按照无毒或低毒化原则选择实验药品，尽量寻找选择无毒试剂和可再生资源用作实验试剂。选择挥发性小、无害的溶液，避免有毒有害溶剂的使用。例如，能够在水中进行的实验尽量使用水作为溶剂，使用更安全的甲苯代替苯。用无害、无毒、无腐蚀性的催化剂代替强腐蚀性催化剂。例如阳离子沉淀实验中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氢反应，乙酸乙酯制备中催化剂使用固体酸代替浓硫酸。

（四）推广减量、半微量或微量化学实验

在满足教学大纲要求通过高校化学实验获取化学信息的量，积极推广减量、半微量或微量化学实验。通过试剂用量、辅助材料、水电消耗的减少也可以大大降低实验成本，也就能够缓解学校对实验教学有限投入的压力；其次也能够减少实验过程中比如爆炸、中毒、燃烧等事故的发生，使得实验更具有安全性；同时由于用料的减少，实验中“三废”的排放也将减少，对环境的污染将减小，实验环境条件将会得到一定的改善。在保证高校实验教学效果的前提下，应大力推进微量实验的开发和推广。在没有更好的实验方案的情况下，通过微量实验减少污染也是目前实现化学实验绿色化的一个重要途径。

（五）开展串联实验

传统化学实验教学是在理论课开设的同时或紧跟理论课来开设实验课程，每个实验基本上都是单独开设的、孤立的，因重复实验增加实验投入和“三废”的产生。通过对实验进行分类、整合实验课程，将存在关联的实验进行研究并调整实验内容，打破学科间、实验间的壁垒，开展串联实验。如把无机实验中溶液的配制与分析实验中滴定串联，有机实验中化合物的合成与提纯与仪器分析实验中产品纯度测定串联，合成实验与化学动力学实验串联。经串联以后开设的实验课程，可提高试剂的利用率，减少环境污染，降低实验费用。

（六）开设微波、超声等先进技术实验

在高校化学实验中引入微波、超声波等先进技术，设计、开设相关的实验项目，比如微波辅助提取、微波灼烧、微波消化、超声提取、超声催化。微波、超声波等先进技术实验的开设将大大减少环境污染、提高效率、节约能源，更有助于拓展学生对相关先进科学技术的深入了解，激发学习兴趣，提高学习效率。

（七）建立虚拟仿真化学实验室

伴随着当前信息技术及互联网技术的快速发展，在国家信息化发展战略指导下，虚拟现实技术在教育教学领域和管理过程中的应用正在逐步深入，有力促进了教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。针对放射性、高危险、高污染、学生难以理解的抽象的理论和概念，以及中学化学实验中有毒有害、易燃易爆等真实实验难以开展的实验项目，设计并建设一系列化学虚拟仿真实验项目，通过虚拟仿真实验教学平台实现开放共享。根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，教育部高等教育司已在2013年开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。目前已立项两批国家级虚拟仿真实验教学中心建设项目。

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绿色化学是实现人与自然和谐相处的化学观念，能够实现清洁化学，其在刚开始使用时就是本着防止污染的要求的．绿色化学在应用的时候能够对原子进行充分地运用，能够实现资源的合理利用，既能够实现环境友好，又能够节约材料使用的费用．在高中化学实验教学中，在进行化学反应时，应该尽量减少材料的使用．

（一）绿色化学的发展观

绿色化学主要指的是人与自然的协调发展，而且又不会阻碍经济的发展，为子孙后代留下良好的生存环境，在发展经济的过程中要注意环境保护，而且要减少资源的使用．其实现自然、社会和经济的均衡发展，实现三者的稳定性．绿色化学教育，要求在科学技术的指导下，能够促进人的全面发展，从而能够使人们对科学有着正确的认识．

（二）绿色化学的价值观

环境的价值观指的是人们对环境的正确理解，应该改变传统的自我意识，强调人与自然共生，实现人与自然的和谐，在高中化学实验教学中，要分析化学实验会对人体产生的危害，而且要认识到绿色化学不仅仅要在化工行业实现，而且要在整个化学领域实现．

（三）绿色化学的道德观

现在，工业文明在迅速地发展，所以，应该树立环境道德观，实现环境与人的和谐共生，环境的价值在于主观和客观的有机结合，所以，要实现人与环境的统一．

（四）绿色化学教育观

绿色化学的目的在于将环境污染控制在最低的限度，从而能够为人们的生存和发展提供良好的环境，确保自然环境的优美，而且要完善化学学科的发展．绿色化学这一概念在高中化学教育中落实，已经成为了高中化学教育的重要构成，是绿色化学理念作为一种基础教育，深入学生的内心．

二、在实验中进行绿色化学观教育

（一）要大力完善化学微型实验的操作

微型化学实验并不是将通常的实验进行压缩，而是创造微型化的条件，使实验能够在微型化条件下进行，从而能够节省试剂的使用．微型实验主要表现在使用装备的小型化，以及尽量少的使用试剂，这样能够使实验更加便捷，而且还可以节约试剂，减少实验用过的试剂对环境造成的污染，是绿色实验的代表．在化学实验中，也可以采取变废为宝的方式，将身边一些废弃的材料制作成实验用品，可以运用一次性针筒当作试管使用．在化学实验中，对实验的仪器进行小型化处理，对那些实验中经常使用的试剂要制定限量，在试验中不能超过限量．在实验仪器的小型化过程中，要将烧杯、容量瓶等微型化．在进行实验分析时，可以借助多媒体技术将微型化实验放大，达到良好的观看效果．

（二）规范、科学地进行化学实验的操作

在进行化学实验时，应该规范实验操作的流程，在对药品进行称量时，应该称量规定的计量，实验过后，应该将那些废弃的试剂放入回收站中，这样不仅仅能够对一些试剂进行处理，也可以防止试剂间相互反应发生的安全问题．在进行化学实验时，在闻气体的时候，不能用力，而且，要检查实验的密闭性，防止实验中发生泄露的问题．

（三）找寻实验替代的仪器和药品

在实验的过程中，可以通过改变实验的方式，尽量选择一些不会对环境产生污染的试剂，对实验步骤可以进行重新的设计．当遇到一些存在危险系数的实验时，尽量不去做实验．在运用一些有毒的试剂时，老师要格外强调，在各类元素发生反应时，要防止在反应过程中产生有毒的气体，从而对学生造成损伤．

（四）正确处理实验废弃品和剩余的药品

在高中化学实验教学的过程中，应该强化对实验室的管理，老师应该将试验中应用的废弃品统一回收，可以采取分解和燃烧的方式对这些废弃品进行处理．有些实验的材料是可以回收利用的，老师要回收起来，以便下一次实验可以重新利用．在实验室内，可以设计尾气的吸收装置，这样就能够将大量的气体吸收，从而能够防止污染．

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关键词：环境保护；微型实验；绿色化学

【中图分类号】TQ016

环境保护是目前全世界人民最关心的问题，也是国际社会面临的严重问题。在新课标化学教材中实验所占的比重很大，实验过程中往往会产生、排放大量的有毒有害物质，这些物质的排放给环境造成了危害。我们可以用绿色化学观点改进中学化学实验，即对中学化学某些实验进行微型实验，使其向无污染方向发展。微型化学实验具有减少污染、现象明显、快速、节约、安全等优点，非常符合“绿色化学”的思想，既真正地保护了环境，又不失时机地把环保教育渗透于化学教学之中。笔者在教学实践过程中充分体现“绿色化学”的思想，将化学实验“微型”化，初见成效。

一、解决方案的内容与实施

1、在保证获取最有效实验信息的前提下，采用尽可能少剂量实验，对试剂“减量”或“降低浓度”或“微型”实验仪器

如实验室制取氯气及氯气性质实验中，因为氯气是有毒气体，泄漏到空气中会严重污染大气，影响身体健康。而且验证氯气性质实验较多，按照教材操作比较繁琐，且不可避免造成氯气泄漏。我们可以改进实验措施，实验用品及试剂有五条滤纸条，纸条上分别滴有（1）品红试液；（2）石蕊试液；（3）淀粉一KI试液；（4）Na2S溶液；（5）KBr溶液；（6）高锰酸钾晶体；（7）吸有浓盐酸的胶头滴管。实验步骤：实验时只须挤几滴浓盐酸即可发生变化。（1）褪色；（2）先变红后褪色；（3）变蓝；（4）出现淡黄色固体；（5）变为橙红色。这样设计实验后，实验装置简单、现象明显、所需药品少、无污染。

2、改“演示实验”为“演示实验和学生实验”的结合体

如电解饱和食盐水实验中，反应在U型管里进行，使得离子在两极之间迁移距离过长，造成整个电路的电阻较大，电源功率损耗大，使阴、阳两极产生的气泡较少，很难收集到足够的氢气；用铁棒作电极，电阻大，表面积太小，不利于氢气的产生，也难收集到足够的氢气进行验证实验；尾气不及时处理，会对环境造成污染，不符合绿色环保的新理念。我们也可以改进一下：将一块滤纸裁成两半，取一半平放在玻璃板上，用NaC1酚酞试液充分浸润，分别用旧电池芯、铁钉作阳、阴极按轻轻将电极卷在其中，并接通电源。通电2分钟后，立即打开裹有碳棒的一端滤纸，滴人一滴碘化钾淀粉溶液，滤纸变蓝，证明阳板有氯气生成，再打开另一端，发现滤纸变红，证明NaOH在阴极生成。

这样，实验中药品用量少，电极产物检验简单，现象直观，节省时间；实验操作简单，效果明显，可用作教师演示实验和学生实验，以提高学生学习的参与度。

3、尽可能密闭可控、处理尾气

例如，在铜和浓硝酸的反应中，利用注射器代替试管进行试验：取一支10mL的注射器，抽出活塞，在针筒内装入0.04g铜屑，推上活塞并吸入0.1mL的浓硝酸，观察现象，等反应完毕后将注射器中的液体小心排入废液瓶中，装有无色气体的针筒内再吸入空气，可看到无色气体变成红棕色。改进后的装置是封闭体系，易于对比观察，效果明显，药品用量比改进前少得多，同时能防止有毒气体二氧化氮的泄漏并污染空气。结合汽车、飞机等运输工具排放废气污染空气而形成光化学烟雾的实例，对学生进行环境意识的教育，以提高学生的环保意识。实验完毕，启发学生利用已学知识对废弃物进行处理，以防止重金属铜和有气体二氧化氮的污染，使学生养成从我做起，保护环境。

4、回收和重复使用试剂，提高药品的利用率

回收未反应的原料、副产物（含“三废”），如用KMnO4制取O2所得到的剩余物质中主要含有MnO2、K2MnO4和未反应掉的KMnO4，这三种物质的混合物均可用来加入浓盐酸制取氯气。再如像在《乙酸乙酯的制取》实验中，由于最后的混和液中尚有相当的浓硫酸，就要求学生集中倒在指定的废物桶中，处理后再排放。还可以回收催化剂等非反应试剂，如《化学反应速率化学平衡》的催化剂对化学反应速率的影响实验中，MnO2是H2O2分解生成O2的催化剂。在实验结束时，要求学生将小试管中的H2O和MnO2一起倒入指定的回收容器（烧杯等）中，以便集中回收MnO2。

重复使用主要是将上一个实验步骤中剩余的药品以及回收来的化学药品用到下一个实验步骤中或用到其他的实验中去。如前面提到的浓硫酸稀释后，不是直接倒掉，而是用到后面的浓、稀硫酸的性质比较实验中去。再如回收的MnO2、K2MnO4和KMnO4用于浓盐酸制取氯气的实验中。这样，大大减少了药品用量，提高了药品使用效率。

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摘 要：化学实验教学改革的重要内容之一就是实验教学绿色化，通过对实验的研究和设计实现减少对环境的污染，是可持续化发展的必要选择.本文就绿色化学概念、意义、原则等方面，浅析高校绿色化实验的必要性，并初步探讨了如何实施绿色化学实验.

关键词 ：实验教学改革；绿色化学实验；环境保护

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0222-02

化学是一门以实验为基础的自然学科，但在实验中由于药品用量大、危险性大和使用一些易挥发、易燃、有毒的试剂很难避免对人体产生危害、对环境造成污染.在全球环境问题日益严峻化的现在，珍惜资源和保护环境是人类面临的重大课题.自20世纪80年代明确提出的绿色化学，是具有明确社会需求和学科目标的新的、重要的交叉学科，近年来受到更多的高校重视[1].绿色化学实验正是在此要求下，按照预防化学药剂造成环境污染的思想指导下，应用新方法、新技术对常规实验教学进行改革而形成的新的化学实验方法.现在有很多高校在实验教学中针对绿色化学的要求对实验进行设计和改进做出了很多有益的尝试，也取得了理想的效果，而且实践证明实验教学的绿色化对激发学生对化学的兴趣、强化动手能力、培养创新思维和对树立环境保护意识上有重要的促进作用.

笔者结合多年的实验教学经验，针对实验教学绿色化的要求、意义、原则等方面进行了初步的探讨.

1 绿色化学实验教学的必要性

1.1 绿色化学的定义

绿色化学是20世纪80年代提出的新的概念，进而产生了一个新的交叉学科，其目的是用化学的技术和方法来减少那些对人类健康和环境有害的催化剂、试剂、原料等的使用，所以又被称为环境无害化学或是环境友好化学[2].绿色化学主要是从原材料的安全行、过程的节能性、反应的经济性和产物的环境友好性几个方面来评价一个化学反应的可行性.其中“4R”原则是其核心内容：即拒绝使用危害品原则（Rejection）、对实验中必须使用的有毒物质或是产生有毒物质的实验实行减量原则（Reduction）、对一些催化剂等非反应试剂的循环利用原则（Recycling）、对可重新利用原料和试剂按照“省资源、少污染、减成本”的目标的重新利用原则（Reuse）[3].在生态环境问题日益严峻的今天，绿色化学的出现，为人类利用化学来解决环境问题带来了希望.

1.2 实验教学绿色化的必要性

化学是以实验为基础的自然学科，在高校化学课程中实验教学占了很大的比重，是学生学习化学的关键.化学实验教学的目的在于让学生观察、认识和理解化学反应、验证已有理论和方法；熟练掌握实验方法和技能是进行科学实验工作的初步，能培养学生独立思考能力、对待科学严肃的态度、严谨的学风和良好的实验习惯和创新能力.近年来环境保护问题越来越被重视，且在实验室逐步开展清洁实验的概念，通过对实验“三废”的集中处理和科学的回收利用，达到对贵重金属和试剂的重复利用和对“三废”的达标处理.但实际过程中需要大量的人力，为此在绿色化学原则的指导下，开展实验教学的绿色化是非常必要的.所以在日常教学中，应在教师和学生头脑中树立绿色化学的意识，从环境保护等各个方面来考虑实验的设置、实验方法手段等因素，使化学对环境保护发挥积极作用.

绿色化学概念也是21世纪大学生应具备的基本素质，只有较强的绿色化学理念和保护环境意识才能适应社会经济发展的需要.当代大学生的知识面应该是复合型、综合型的[4]，而学科的交叉渗透是学科发展的必然趋势，因此在实验教学中不但要知道学生使用绿色的实验方法更要向学生灌输绿色化学理念，积极开展绿色化学实验，努力推进实验教学绿色化具有十分重要作用.

2 绿色化学实验教学的要求和原则

2.1 实验设计要求

绿色化学实验要求实验产物对环境无物质种类改变，或是影响极小，具体细化以下几个方面：

（1）最佳利用率，即实验反应中原料利用率尽可能达到百分之百.

（2）不向环境排放有毒物质或者排放物质是正常环境中本身具有的，例如N2、O2、CO2等.例如在进行有NO2气体的实验时，如果在普通条件下加热一定会有一部分气体进入空气中，对人体和环境造成影响，但是用密封的U型胖肚管进行温度对平衡影响的实验时，则不会排放有毒气体NO2.

（3）如果实验现象明显，可以设计微型实验或是利用多媒体模拟实验来减少药品使用量和使污染物达到最小值.

（4）在处理“三废”时尽量回收利用或是转化为非污染物，例如实验室常用的铬酸洗液，在处理废液时可将pH值调到3以下，再加入亚硫酸氢钠使其实的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)，然后调节废液pH在7.5-8.5之间，使Cr(Ⅲ)形成沉淀析出[5].

2.2 绿色化学实验的原则

绿色化学实验首先要遵循一般的实验原则即目的性、安全性、可行性、简约性等，但更要遵循绿色化学原则.P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出绿色化学12项原则，这些原则目前被国际所公认，它反应了近年来绿色化学领域的工作内容也指明了今后发展方向，它包括从试剂使用出发的5R原则和从化学反应出发的绿色化学原则.具体为：原来最高利用率，理想达到100%、目标产物无污染或是现有物种改变影响、反应原料和试剂绿色化、反应溶剂和催化剂等的重复利用.

3 化学实验绿色化实现的途径

3.1 实验微型化

所谓实验微型化即是在实验中尽量减少反应物质来获得所需要的化学信息的方法与技术，虽然在实验过程中使用的试剂剂量很小但是也能达到准确的效果，更方便、安全、减少对环境的污染[6].从中学化学实验到大学化学有机、无机化学实验很多都可以用少量的试剂来进行，所以微型化学实验覆盖面很广，可行性强.更值得注意的是美国的《化学教育》杂志从20世纪末就开辟了Zippo博士主持的微量化学实验专栏，这表示微型化学实验已成为国际化学教育的发展趋势，国内也在这方面做了大量工作取得了丰盛成果.微型化学实验是着眼与环境保护和实验安全的需求，除了具有方便、安全、节省经费、保护环境的作用，还能提高学生的环保意识更能培养学生的科学素质.虽然微型化实验兴起早于绿色化学，但它的理念与绿色化学是一致的，在推广绿色化学的今天微型实验具有相当重要的意义.但是，在进行微型化实验时，由于试剂剂量很小很可能带来大的结果误差，由此更需要注意操作的准确性与规范性.

3.2 微波化学实验

某些实验可以使用家用微波炉来进行，因其体积小、造价低、适应性强的特性，微波实验一般分为湿反应和干反应.湿（液相）反应一般需要对微波炉进行改造，设计可以进行回流的微波装置；干（非溶剂）反应使用一般的微波炉就可以.干反应由于避免了使用溶剂试剂，对环境污染较小，是微波化学反应研究的热点.微波反应一般有以下三个特点：一是加热速度快，反应完成时间大大缩短，符合经济效益；二是操作简单，适应性强，一般学生都能操作，劳动强度低；三是微波化学反应剂量很小，很多微型化学实验都可以重新设计成微波实验，大大减少对环境污染.

3.3 计算机辅助实验

在设计实验教学时既要考虑到实验的可靠性与可行性，又要考虑经济因素和尽可能少产生废物，由此计算机辅助实验就体现出了自身的优越性.它的做法首先是建立起一个尽可能全面的有机反应资料料库，在确定明确产物之后找出一切可能产生目标产物的反应，再以此反应的原料为中间目标再去寻找可能的反应，直到找出与我们事先设计好的原料一致的路径.这样不但可以节省原料试剂、大大节省实验时间，更能做到零排放物达到对环境的零污染.

有些实验是可以通过计算机进行仿真实验的，通过文字、图片、动画向学生展示实验的基本原理、实验过程以及注意事项，让学生在电脑屏幕上做实验.例如展示某些有毒气体例如NO2的化学结构，或是金刚石等晶体结构，搭建各种复杂分子的微观模型来直观展示微观世界，可以激发学生学习的兴趣[7].

4 结束语

化学实验教学的绿色化需要很长的时间来完善，一方面需要在理论上对绿色化学进行深入研究，另一方面需要从事教学工作的科研人员共同努力.而且在实施的时候也意识到了绿色化是一个理想状态，有些经典的实验是无法达到绿色化的要求，即使使用计算机仿真模拟也难以达到教学要求，现在能够做到的就是尽量妥善处理“三废”或是最大化的回收利用.总之，在每一次的实验教学中都向学生传输绿色化学的理念，把绿色化学要求的实验方法、技术贯穿到整个实验教学中，培养学生的绿色化学意识和环境保护意识.

参考文献：

〔1〕汪朝阳，李景宁.大学化学教学中绿色化学教育的渗透[J].大学化学，2001，16（2）：19-24.

〔2〕汪敏，等.基础化学实验绿色化的改革与实践[J].锦州医学院学报，2004，2（1）：24-26.

〔3〕宋广治.在实验室及实验室建设中实施绿色化学教学[A].全国大学化学实验绿色化教学研讨会论文集，2000.134-136.

〔4〕闵恩泽，等.绿色化学与化工[M].北京：化学工业出版社，2000.

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绿色化学作为一门新兴学科，尚有许多不成熟的地方，但经过10年来的研究与探索，该领域的先驱研究者已总结出许多理论和原则。Anastas和Warner曾提出绿色化学12条原则，这些原则可作为化学工作者设计一个化学实验是不是绿色化学实验的指导方针和标准。

氨气的制取和性质实验是高中化学（必修1）一个重要实验。现行教材中的实验都是采用氯化铵与氢氧化钙混合直接加热来制取氨气，然后用另一套装置进行喷泉实验。由于反应有水生成，在加热时或停止加热后，所用大试管极易炸裂，尤其是学生实验，试管破损率达70%以上，造成浪费。从绿色化学原理出发，改用氧化钙和氯化铵反应来制取氨气，并将氨气的制备、收集、性质实验组合为一体，形成半封闭式装置，有效防止传统方法中试管易炸裂、操作时对环境污染和人体危害等弊端。经反复验证及学生实验，这种实验新方法反应速度快、集气量大，喷泉实验持续有力，实验操作简便、时间短、成功率高，是一种无污染、经济易行的绿色化学实验。

二、通过微型化学实验实现化学实验绿色化

微型化学实验（microscale laboratory，ML）是近30年来发展很快的一种化学实验新方法、新技术，被誉为“化学实验的革命”。微型化学实验是着眼于环境安全和污染预防的需要，用尽可能少的药品，在微型化的仪器装置中进行的化学实验。微型化学实验不是常规化学实验的简单缩微或减量，而是在微型化的条件下对实验进行重新设计与探索，达到以尽可能少的试剂来获得尽可能多的化学信息和目标。微型实验试剂用量少，是在微型装置中以少量试剂来进行的实验。

在化学实验中，经常用到或实验过程中经常会产生易燃、易爆和有毒等危险品，从绿色化学的角度出发，化学实验应尽量减少这些危害环境和人身安全的危险品的使用和产生，而这正是微型化学实验的优势所在。例如，气体的制备与性质实验在基础化学实验中占有相当大的比例。如Cl2、HCl、HBr、H2S、NO2、NH3、CO都是有毒气体，排入环境会导致环境污染，在通风设备不良的实验室还可能导致中毒事故的发生。而这些实验如果改为微型实验，由于产生的气体量极小，处理所产生的废气较为方便，即使偶尔散发到环境中也较易控制在安全浓度以下，因而不存在中毒的危险。

微型化学实验的研究着眼于环境保护和化学实验安全的需要，体现了现代科学技术发展水平的要求，是公认的以尽可能少的试剂来获取所需化学信息和实验原理和技术。微型实验除了具有现象明显、操作简单快速、节省经费、减少污染、安全、便于携带等优点外，在培养、提高人的科学素质上也发挥着不可估量的作用。它的兴起和推广虽然早于绿色化学，然而他的理想目标和方法与绿色化学是完全一致的，因此，实验的微型化实际上就是实现实验绿色化的成功的途径之一。

三、通过小量———半微量化学实验实现化学实验绿色化

小量———半微量实验方法采用常规的小量实验仪器和设备，对化学实验的基本操作、基本原理、综合实验采用小量化，元素及其化合物的性质实验采用半微量化。小量———半微量实验方法避免了微型化学实验的一些局限性，是在绿色化学思想的指导下，用预防化学污染的新思想对常规实验进行改革而形成的实验方法。常规实验的小量化是指在不改变实验方法和实验操作技术的前提下，采用常规的小容量仪器，药品用量减量。无论从实践基本操作的规范化，还是强化技能训练，养成良好的科学态度与习惯方面，常规实验都是不可缺少的环节、常规实验的小量化不存在微型实验中的实验室“转型”问题，不用额外的经费投入，反而可以充分利用实验室现有资源，因为成熟的实验技术更容易推广。在实验现象明显、效果显著的前提下，实验中试剂的浓度和用量降至最低限度。半微量实验试剂的用量或浓度仅为常量的1/10~1/5，其试剂用量比对应的常量实验节约80%以上。如焰色反应实验的改进：取一根干净的玻璃棒，在一端缠绕少许脱脂棉使之成球状。先滴2~3滴乙醇于其上，然后滴2滴1mol?L-1的待测溶液，在氧化焰中灼烧，观察火焰的颜色。观察完毕去掉脱脂棉，洗净玻璃棒，用同样的方法进行其它待测金属盐溶液的焰色反应。这种方法是传统铂丝圈（或镍———铬丝圈）的最佳替代方法，其灼烧呈现的焰色与铂丝做的焰色完全一致，而且具有成本低、操作方法简单、火焰持续时间长等优点。对于钾的焰色反应，采用本实验方法，不用蓝色钴玻璃片滤光也能清楚地观察到其焰色，现象明显。实践证明，药品用量的半微量化在实验结果的准确性与严密性上与常量法并无明显差别，反而使学生在做实验时更细心、认真，避免了照方抓药、粗放式的实验方法。小量———半微量化学实验方法在激发学生对化学的兴趣、强化动手能力的训练、培养创造性思维、树立绿色化学观念上同样有着独特的作用。

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【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2013）09B-0021-02

化学造福人类，但同时在一定程度上也给人类生存的环境带来负面影响。自工业革命以来，环境问题日渐突出，有关资料显示，目前全球每年产生的有害废弃物达3亿～4亿吨，使环境不堪重负，并严重影响着人类的生存。1991年，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，并得到了全世界的积极响应。绿色化学又称环境友好化学，其核心是利用化学原理尽可能将反应物全部转化为人类期望的最终产物，从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。

用绿色化学的理念对化学实验进行改革与创新，应成为新课改背景下中学化学实验发展的主流。在中学开展绿色化学实验有以下三个方面的效益：一是环境效益，绿色化学实验有助于从源头控制污染，减少污染物的排放；二是经济效益，绿色化学要求我们改进实验方法，创新实验设计，从而节约化学药品，提高原子利用率，减少污染物的排放；三是教育效益，在化学教学中实现实验教学绿色化可以为师生提供创新的空间和施展才华的机会，提高师生的环保意识和综合素质。笔者在教学中主要从以下几方面对绿色化学实验进行了初步的实践与探索。

一、用绿色化学观指导实验创新

要实现化学实验教学绿色化，必须从源头上减少化学污染物的生成和排放，这就要求我们对实验方案和实验装置进行必要的优化或改进。例如，钠在空气中燃烧的实验，常规方法中生成的过氧化钠呈烟状释放到空气中，既污染环境，又不易观察生成物的颜色。为此，笔者对实验作了一些改进：用一块白铁皮（或铝片）折起四边成小盒状，将一绿豆大小的钠吸干煤油后放在白铁皮（或铝片）上，并将其置于三角架上，用酒精灯加热，钠很快便熔化、燃烧。改进后的实验具有如下优点：生成的过氧化钠基本留在白铁皮（或铝片）上，既有利于环保，又容易观察产物的颜色；冷却后取出燃烧产物，可将白铁皮（或铝片）清洗干净擦干以备后用。

又如“氯气的性质”的实验经常要用到新制氯水，需要通过二氧化锰与浓盐酸共热制取氯气，或把氯气通入水中而制得，制取装置复杂，步骤繁琐，安全性差，污染物排放多。为了弥补这些实验缺陷，可进行如下改进：取2g氯酸钾放入烧瓶中，用量筒量取10mL的浓盐酸加入烧瓶，迅速塞紧橡皮塞，充分振荡，可观察到黄绿色气体充满整个烧瓶，再向烧瓶加入100mL的水，充分振荡，可制得氯水。改进后的实验，可最大化地利用生成的氯气，避免残留氯气泄露到空气中，引起空气污染，而且药品用量少，操作简便。

二、提倡化学实验微型化

微型实验有许多优点：其一，微型实验的试剂用量少，产生的尾气和其他废弃物也大大减少，可减少环境污染；其二，微型实验仪器体积小而价格较便宜，药品用量减少而反应时间短，设计简单而装洗容易等，在中学化学中推广微型实验可节约资金，提高教学效率；其三，由于微型实验仪器、装置小，药品用量少，学生在操作时必须更加小心谨慎，可培养学生专心致志、勤俭节约的精神，加强学生的低碳环保意识。在近几年的化学实验教学中，笔者也设计了一些微型化学实验，例如初中化学“碳还原氧化铜”的实验，课本所用方法过程相对复杂，实验时间长，现象不明显，为了避免这些缺点，可进行如下改进：在研钵中将木炭粉与氧化铜按质量比1∶9混合均匀，并填装于直角玻璃管中，玻璃管一端用橡皮管和止水夹封住，另一端插入盛有澄清石灰水的小试管中，后将玻璃管置于酒精灯火焰上加热，其装置图如图1。

本实验的优点是：仪器易得，装置微型，操作简易，反应时间短，药品用量少，现象明显。

三、规范实验废弃物处理，减少对环境的污染

中学化学实验室是一种不容忽视的污染源，其污染种类复杂，虽然每次的排放量不大，但聚沙成塔，累积起来会造成较大的毒害。据教育部2010年的统计数据，目前我国拥有普通高中14058所，初中5.49万所。每天数以万计的中学生在做着各种各样的化学实验，从中产生了大量的污染物。因此，在中学化学实验室规范废弃物处理刻不容缓。在对实验废弃物的回收处理中本校实验室有这样一些做法：（1）废气处理：对于碱性气体可用酸液吸收，酸性气体可用碱液吸收，有毒的可燃性气体可燃烧处理；（2）废液处理：一般将重金属盐溶液用石灰乳或硫化物进行处理；综合废液一般在酸化和碱化处理后，加入高分子混凝剂，清液可直接排放，沉淀物作废渣处理；（3）废渣处理：化学实验室的固体废弃物相对比较少，毒性也比较小，因而主要做填埋处理；（4）实验室的很多废弃物可以回收利用，如：废弃的玻璃导管可以改装为滴管；底部穿了孔的试管可用作简易启普发生器；回收的废酸液可用于清洗厕所；对于用来做萃取实验的CCl4废液，可加入Na2SO3溶液把I2转化为I-，分液后回收使用。教师可以让学生参与到废弃物的处理中，使学生在实验中养成环保节约的意识和回收废弃物的良好习惯。

四、采用多媒体技术，模拟化学仿真实验

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1999年6月13日颁布的《****中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》中明确指出：实施素质教育是“以培养学生的创新精神和实践能力为重点”。化学创新教育是对学生实施素质教育的重要组成部分之一。

1化学教学中创新教育模式的研究

化学是一门以实验为基础的学科，在化学教学中，要把培养学生的创新精神和实践能力作为素质教育的重点，就要改革“填鸭式”的化学教学模式，积极实行启发式和讨论式教学，激发学生独立思考和创新的意识，切实提高教学质量。要让学生感受、理解化学知识产生和发展的过程，培养学生的科学精神和创新思维习惯，重视培养学生收集信息的能力、获取新知识的能力、分析问题和解决问题的能力。

培养学生的创新精神，必须遵循思维科学的规律。人的大脑两半球基本上是以不同的方式进行思维的[1]，左脑倾向于对抽象材料（概念、数字、理论）形成概念、作出判断、用推理的方式进行抽象思维；右脑则通过对形象材料、表象的加工改造进行形象思维。一个人的思维分为三种：抽象（逻辑）思维、形象（直觉）思维和灵感（顿悟）思维。创造思维是思维的最高形式，创造活动是通过抽象思维和形象思维协同进行的。通过对创造过程四个阶段的研究结果说明，形象思维在创新过程中，起着关键的作用[2]。所以，我国著名科学家钱学森说[3]：“我建议把形象思维作为思维科学的突破口。”

可是在教学理论上，由于“左脑优势”理论的长期影响，多年来化学教学一直偏重于运用左脑的功能，而忽视了右脑的开发。长期以来在化学教学中对操作性知识，主要是由老师“代劳”（演示实验），理论知识是由课本和老师先入为主地描述给学生，这对右脑的开发和真正学好化学是无太大价值的，从而使化学教学失去了在对学生实施素质教育系统中别的学科不可替代的特殊作用。

在化学教学中实施素质教育，就要根据化学的学科特点，有意识的开发学生右脑智力，把两种思维有机地结合起来，这样才会使教育思想、教育方法、和教学过程发生深刻的变化。

化学教学的创新教育模式[4]中，关键的一环是必须尽可能让学生在课堂上边学边做实验。在教师引导下，学生自己做未知的实验（而不是由老师进行演示实验），强烈的好奇心和丰富多彩的实验现象，能激发学生认真地进行实验操作，仔细地观察实验现象，深入地分析和探索实验现象的本质。在这种生动活泼的启发式和讨论式教学中，大量的实验表象在学生的右脑里积累，能促进学生形象思维能力的发展；积极主动地对化学实验现象本质进行探索，能促使学生左脑抽象思维能力的提高。这种左右脑协调发展，创新思维能力得到提高[5]，实践能力得到增强的化学课堂教学，是我们在实施素质教育过程中要探索的化学教学创新教育模式的重要组成部分。

2绿色化学实验是实施化学教学创新教育模式的重要保证

绿色化学（Greenchemistry）是一门从源头上阻止污染的化学[6]，是可持续发展战略在化学领域里的体现。它是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的化学物质的使用和产生。把绿色化学思想贯穿在化学教学的全过程中，一方面是为了从小培养有强烈环保意识的人，另一方面绿色化学实验本身就是化学教学中实施创新教育的重要内容和必要保证。

让学生在课堂上边学边做实验，应该具备以下基本条件：

（1）有适合于学生在课堂上操作的小型、便携、易掌握、能快捷装配的实验仪器；

（2）取药品方便，实验安全，试剂用量少，产生的废液少，几乎没有毒气污染。

我们研制的“大学中学通用化成套微型化学实验仪器”为学生在课堂上边学边做实验提供了硬件实验设备。学生手提实验箱进入课堂，在没有通风设备并且坐得满满的课堂里边学边做实验，重要的问题之一，就是学习过程几乎得在没有毒气污染的环境中进行。所以，对绿色化学实验的研究，就成为我们在实施化学创新教育过程中必须认真研究的问题。

2．1绿色化学实验的研究

化学教学中绿色化学实验的研究，涉及到实验指导思想、实验内容选择、实验仪器研制、化学反应过程、实验装置和步骤的设计等实验各方面绿色化的研究。目前我们主要在以下方面进行了初步的研究与教学实践：

（1）研究新的绿色的化学实验：根据化学教学需要，发现、设计或选择没有污染和安全的实验取代那些污染严重或危险性大的实验。

（2）深入对微型化学实验的研究：在能获取所需化学实验信息的前提下，采用“尽可能少剂量实验”，以减少或消除实验废物。

其中，加强对无毒气污染实验的研究是绿色化学实验研究的一个重点，因为，消除了有毒气体的污染就是消除了基础化学实验中最大的污染源。我们在采用微型化学实验进行“化学教育中的创新教育模式”实验班的教学实践中，对绿色化学实验问题进行了初步的研究与实践，营造了较为良好的课堂实验教学环境。

2．2绿色化学实验研究实例

不同浓度的HNO3与Cu的反应，是证实不同浓度的HNO3氧化性不同的典型实验，在高中和大学的化学实验里都有。实验中，浓烈的有刺激气味的NO2毒气，弥漫在实验场所，严重地影响着师生的身体健康。为了能保留这一典型实验，又不污染环境，我们进行了无毒气污染的Cu与HNO3反应实验研究，并在贵阳清华中学高一年级57人的实验班中进行了教学实践检验。

2．2．1实验过程

铜与硝酸反应

我们使用的是由教育部中国教学仪器设备上海公司推广的大中学校通用化成套微型化学实验仪器。

仪器：微型化学实验操作台120mm×200mm、10mL的双颈烧瓶、小胖肚滴管(每毫升约20滴)、连接管、U形管反应器。

试剂：浓HNO3（0.5mL）、细铜屑（芝麻大小的约6粒）。

材料：PH试纸（0.5cm2）。

学生在1分钟内安装好了实验装置（如图1所示）。向双颈烧瓶内放入4粒左右的铜屑；将吸入了浓HNO3的小胖肚滴管紧塞在双颈烧瓶的左颈上；把2粒铜屑放入U形管反应器的弯管处，并向弯管处滴入约6滴蒸馏水（水刚好封住弯管）；把润湿的PH试纸放在U形管反应器的右管口（只留约0.2mm的缝）。

向双颈烧瓶内先滴入约4滴浓HNO3，Cu与浓HNO3反应，双颈烧瓶内立即充满了红棕色的NO2气体：

Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

NO2气体经连接管进入U形管弯管处的水里，并与水反应，生成HNO3和HNO2:

2NO2+H2O=HNO3+HNO2

在室温下HNO2迅速歧化，因而总反应是：

3NO2+H2O=2HNO3+NO

当双颈烧瓶内的反应减缓时，可以再逐滴滴入4滴浓HNO3，使不断产生的少量NO2气体，能缓缓通入U形管中的水里，充分与水反应，生成稀HNO3。

在这过程中，我们可以明显地观察到：起初放入U型管内水中的铜屑，没有与水反应，但当NO2通人水中后，慢慢地发现铜的表面产生了气泡，生成的气体是无色的NO气体：

3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O

NO气体升到U形管管口，被空气中的氧气氧化：

2NO+O2=2NO2

生成的NO2气体与U形管管口上润湿的PH试纸里的水反应，生成HNO3，使PH试纸变红。当PH试纸变红后，可以把用水或碱液润湿的小棉花球放在U形管管口上，把产生的剩余NO2吸收掉。

为了验证是NO2与水生成HNO3使PH试纸变红，而不是NO与水反应使PH试纸变红（NO几乎不溶于水）。

把稀硝酸与铜反应生成的无色NO，直接通人水中，结果，经过较长时间不能使水中的PH试纸变红，而洗气头出口处的NO气体与空气中O2反应生成NO2后，与管口润湿的PH试纸里的水反应生成HNO3使PH试纸变红。

2．2．2实验的优点

（1）前一步反应的有毒产物是下一步反应的反应物，使前一步的有毒产物能得到很好的利用，在实验过程中几乎没有毒气散发在实验场所的空气里：

Cu与浓HNO3反应的产物NO2，是U形管内NO2与H2O生成稀HNO3的反应物；

N

O与O2在U形管口反应的产物NO2，是润湿试纸上的水与NO2反应的反应物。

（2）与常规实验相比较，这个实验能较好地显示出浓硝酸与稀硝酸、NO与NO2的区别与联系。

（3）该实验的试剂用量少，仅为常规量的十分之一左右，使实验的废弃物大大减少，而实验现象明显。

（4）该套仪器装置小巧，使用方便，全用标准10号磨口进行连接，可以快捷地安装实验装置。

（5）有利于进行启发式和讨论式教学：带着“不同浓度硝酸的氧化性相同吗？”的问题，在课堂上由教师指导，每个学生边学边做图1的实验（也可以分组边学边做实验）。在认真观察的基础上，深入对实验现象的本质进行深入研究，并对讨论结果进行验证，有利于对学生的创新精神和实践能力得到培养。

3绿色化学实验研究的展望

绿色化学实验是绿色化学新理念在化学教学中的具体体现，是化学教学中实施创新教育的重要内容和必要保证。在化学教学过程中，绿色化学实验不仅能使实验者在良好的实验环境中工作和学习，而且能使学生在实验过程中培养预防化学污染的思想和学习消除或尽可能减少毒气污染的实验技术。对绿色化学实验的研究，将为我们在化学教学中实施创新教育作出应有的贡献。

4参考文献

[1]T.R.布莱克斯利.右脑的奥妙与人的创造力，国际文化出版公司，1988：102.

[2]温寒江.开发右脑，浙江教育出版社，1997：44-50.

[3]钱学森.关于思维科学，上海人民出版社，1986：129-141.

[4]钱贵晴.微型化学实验与创新教育，化学通报，1999，（5）：2-6.

篇11

一、绿色化学12条原则

Anastas和Warner提出了绿色化学的12条原则,这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准：

(1) 最好是防止废物的产生而不是产生后再来处理；

(2) 合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌并入最终产物中；

(3) 只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小；

(4) 设计的化学产品应在保持原有功效的同时,尽量使其无毒或毒性很小；

(5) 应尽量不使用辅物质(如溶剂、分离试剂等)，如果一定要用，也应使用无毒物质；

(6) 能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；

(7) 只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；

(8) 应尽量避免不必要的衍生过程(如基团的保护与去保护，物理与化学过程的临时性修改等)；

(9) 尽量使用选择性高的催化剂，而不是靠提高反应物的配料比；

(10) 设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产物；

(11) 分析方法也需要进一步研究开发，使能做到实时、现场监控,以防有害物质的形成；

(12) 一个化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减小实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。

综观以上12条，可以看出:绿色化学提出的目标和任务不是被动地治理环境污染，而是主动地防止化学污染。这也是绿色化学与环境保护二个概念不同的地方。绿色化学是“防”，环境保护是“治”，只有从根本上切断污染源，才能真正做到保护环境。同时，我们也看到，绿色化学是一举多得的事情。

二 、开展绿色化学实验教学的尝试

(1) 开展微型化学实验　微型化学实验(microscalechemicalexperiment或microscalelaboratory简称M.L.)是20世纪80年代经济发达国家的高校为解决化学专业,耗资巨大的三废处理问题、实验安全问题及一些试剂价格过于昂贵而发展兴起的一种新实验方法,它的试剂用量是常量实验的十分之一至千分之一。微型化学实验是绿色化学实验的重要组成部分，我们应该把握住微型化学实验的精髓，积极开展化学实验的微型化研究。微型化学实验是以尽可能少的试剂，来获取所需化学信息的实验原理与技术，而不一定要在微型仪器中进行。由于试剂用量大大减少，产生的“三废”量也非常少，基本解决了对环境的污染问题，也大大地节约了实验费用。多年来，我们对传统的实验进行了改进，采用了“性质实验点滴化，分析实验减量化，合成实验微型化”，用已有的仪器就能完成大多数实验，从而实现了“以尽可能少的试剂获取所需化学信息”的目标。如性质实验，在不影响实验效果的前提下，尽可能降低试剂的浓度，减少试剂的用量；滴定分析实验，将标液的浓度由0.1mol·L降至0.01mol·L～0.02mol·L,滴定管使用25mL的，锥形瓶改用100mL微型化学实验的主要优越性在于：试剂用量大大减少，减少了相关辅助材料、水电的消耗，降低了实验成本，也提高了实验的安全性；产生的“三废量很少，改善了实验环境条件，极大的减少了对环境的污染。微型化学实验具有减少污染、安全、节约实验经费与时间等优点，是化学实验绿色化的重要手段，值得大力提倡和采用。

(2) 串联实验以及试剂的回收利用　串联实验是指通过调整实验次序，使一个实验的产物成为下一个实验的原料。如把萃取和蒸馏实验安排在一起，利用四氯化碳萃取碘的水溶液，得到碘的四氯化碳溶液，然后在碘的四氯化碳溶液中加入氢氧化钠溶液至紫色刚好消失，利用反萃取把四氯化碳分离出来，最后进行蒸馏，使四氯化碳回收再利用串联实验以及试剂的回收利用在一定程度上减轻了常规实验对环境的污染，有利于环境保护。

(3)　寻找替代性试剂、溶剂、催化剂 实现同一变换可能存在几种可供选择的试剂、溶剂、催化剂,只要可能，实验过程中应尽量寻找实现同一变换最无害的试剂替代有毒有害的试剂；通过改变反应的溶剂，用不易挥发、无害的溶剂(H2O)代替挥发、有毒的溶剂；用高效、无毒、无害的催化剂代替腐蚀性严重的催化剂。如无机实验中，可用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氢进行阳离子沉淀实验；有机实验中，甲苯可用来代替苯作为更安全的有机溶剂；酯类合成实验中，可用无机盐、离子交换树脂、高效固体酸Fe2O3-SO4代替浓H2SO4作催化剂，不仅具有较高的选择性、转化率，还可避免浓H2SO4腐蚀性，而且反应速度快，催化剂易于分离回收重复使用等特点是一类理想的环保催化剂。

(4) 妥善处理实验产生的“三废”　化学实验室的环境保护应规范化、制度化，应对每次产生的“三废”进行处理。把用过的酸类、碱类、盐类等各种废液、废渣，分别倒入各自的回收容器内，按照国家要求的排放标准进行处理，可采取中和、吸收、燃烧、回收循环利用等方法来处理废弃物，对于实验过程中产生大量有毒有害及腐蚀性的气体，在通风橱内完成实验，并将尾气进行集中收集，采用吸收、中和等方法集中处理，对于重金属废液一般采用回收的方法进行处理。在开放实验中，鼓励学生设计一些废液的处理或回收实验，如银废液回收银、含碘废液回收碘、含铬废水的处理等，这有利于提高学生的环保意识。

三、实现绿色化学实验教学的其他途径

(1)　开放研究性课题,让学生自主探求解决环境问题的新方式。研究性课程的设置,意在培养学生独立思考、自主学习,应加以合理引导,抓住机遇,从课题选择上适当调整,促进学生关注社会、关注环境的意识。

(2) 提高教师实施绿色化学教育的能力和专业水平。高素质的教师是培养造就高素质学生的基本保证。绿色化学是化学科学与环境科学、生物科学、医学科学等学科结合的产物,是化学科学的发展与进步,仍然属于化学范畴,因此,化学教育工作者不仅要系统地学习关于绿色化学的理论知识,学习有关绿色化学技术的最新研究成果和发展方向,以及与之相关学科的知识,还必须有扎实宽厚的化学基础知识、理论和技能。

(3) 要改进教学方法,提高教学手段的现代化水平。传统的教学方法是伴随着应试教育产生的,不利于培养学生的创新精神和实践能力。要积极实行启发式和讨论式教学,激发学生独立思考和创新意识。电化教学手段(包括投影、录像、光盘等)和信息网络手段(如上网、使用多媒体等)能更直观、形象的体现绿色化学内容,更迅速地获取有关绿色化学知识及技术的最新成果,便于教师教和学生学。还要开发能辅助设计的计算机软件,以帮助设计和实施绿色化学,这对绿色化学的发展进步大有裨益。

环境保护是我们的立国之策，强国之本，必须予以高度重视。作为一名化学教师，在教给学生知识和技能的同时，还要教给学生保护环境防止污染的思想和方法,最大限度地消除或减轻实验对环境所造成的危害，使化学实验绿色化。总之，全面实现化学实验绿色化的道路还很漫长，这期间，不但需要对化学实验教学进行绿色化改革,更需要高校化学教育工作者对化学实验绿色化的方法进行深入的研究与探索。

参考文献

[1] 钟国清. 化学实验教学的绿色化改革与实践[J] 2006,12,23,12(18).

[2] 闵恩泽,傅军.绿色化学的进展[J]1999,6,18,2(81)

[3]朱文祥.绿色化学与绿色化学教育[J]化　学　教　育2001, 1(1).

[4] 田江红.绿色化学与微型化学实验[J]2005,23,1(81)

篇12

［关键词］物理化学实验；绿色化学；教学改革

随着科学技术的发展和社会的进步，人们越来越清醒地认识到经济发展所带来的环境污染问题已经对人类生存和社会发展构成了巨大威胁。引起生态环境破坏的污染物中很大一部分都是在人类自身的生产、生活过程中产生的。因此建设绿色生态环境已成为人与自然和谐发展的基本前提。绿色化学（GreenChemistry）就是近些年发展起来的与防治污染、保护生态环境密切相关的一门学科，目前已经成为国际化学学科领域研究的热点。绿色化学又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”等。绿色化学倡导利用化学的技术和方法减少或避免在工业生产及日常生活过程中使用、生产对人类健康、社区安全、生态环境有害的化学物质。[1][2][3][4]高等院校中物理化学实验的绿色化改革正是契合了绿色化学的研究发展方向，向化学实验的无毒、无害化迈出了积极的一步。其目的是将绿色化学的研究思想传递给学生，使学生在今后的科学研究、生产、生活中也能积极主动地践行绿色化学观念；其方法是将绿色化学的实验设计理念融入基础物理化学实验教学进程之中；其核心内容是最大限度地减少或避免使用有毒、有害的化学物质，最大限度地减少或避免产生化学废物，也无需再处理废物，从源头处减少或消除环境污染。

一、物理化学实验教学绿色化的总体设想

物理化学是东北大学应用化学、生物工程、材料科学、冶金工程、环境科学、资源与矿物等专业的基础课程之一。而物理化学实验是物理化学教学的重要组成部分，是培养学生实践能力和科研能力的重要教学环节。[5]学校的化学实验中心每年为全校12个专业的近1200名学生开设数十个不同的物理化学实验项目。其中的“液体饱和蒸气压的测定”、“酸碱中和反应热效应的测定”、“铋－锡二元相图的绘制”等这些我们耳熟能详的、经典的物理化学实验项目曾经见证过几代学子的成长。毋庸置疑，这些实验设计得简单易行。通过实际的操作，实验者很容易理解其中蕴含的物理化学原理。然而，这些实验过程中都不可避免地会使用或产生某些有毒、有害的物质。如果不对这些物质进行无害化处理而直接排放，日积月累，不仅会影响师生的身体健康，还会污染周围环境。因此，物理化学实验绿色化是化学实验教学改革发展的必然趋势。在长期的物理化学实验教学改革过程中，我校化学实验中心高度重视贯彻绿色化学的教学理念，将绿色化学作为实验教学改革的重要组成部分。在对物理化学实验教学进行绿色化改革的进程中，我们从实验内容、实验设计、实验设备、经典实验项目整合、教学方法和教学理念等方面进行了积极的研究和探索，并取得了一定的效果。

二、物理化学实验教学绿色化的实践

（一）实验内容的绿色化

在实验项目的选择和实验内容的调整方面，尽量排除或减少对环境污染大、对人体毒性大的实验项目。在不影响实验效果的前提下，选用环境友好的试剂替代有毒或后处理困难的试剂，从而实现物理化学实验的绿色化。例如，“弛豫法测定铬酸根－重铬酸根离子反应速率常数”是以往我校应用化学专业学生必修的一个化学动力学实验项目。这个实验过程中需要使用的主要化学试剂是重铬酸钾。然而，通过对重铬酸钾性质的学习不难知道，它不仅有化学毒性和致癌性，而且还是一种强氧化剂，长期吸入，能破坏鼻粘膜，引起鼻膜炎和鼻中隔软骨穿孔，使呼吸器官受到损伤，甚至造成肺硬化。皮肤接触重铬酸钾溶液时易引起铬疮和皮炎。不仅如此，化学实验中心每年还需要投入高昂的实验经费用于处理由此产生的铬酸废液。因此，为保证实验教师和学生的身体免受危害，现已将其改为另一动力学实验“旋光光度法测定蔗糖水解反应的速率常数”，实验中用到的原料蔗糖无毒，而且使学生有机会学习旋光仪的使用方法。又如，在“气泡最大压力法测定溶液的表面张力”实验中，原来所使用正丁醇水溶液的最大浓度达到了0．35mol•dm－3。为了降低正丁醇使用浓度，我们曾对实验方案和实验装置进行了多次改进，使正丁醇的最大浓度降至0．1mol•dm－3。而且，实验操作也更加简便易行，实验中气泡的逸出平稳、连续。上述改进已经过多次教学实践检验，结果表明，正丁醇浓度的降低不仅节约了实验药品，而且低浓度正丁醇水溶液的表面吸附量随浓度的变化规律更符合吉布斯吸附等温式，有利于得出好的实验结果。

（二）实验微型化、小型化设计，减少药品用量

所谓微型化实验是指在微型的仪器设备中，用尽可能少的试剂获取所需的化学信息的实验方法。在保证可观测到与普通实验相同的实验现象的前提下，微型化实验还具有节约实验材料和时间、减少环境污染、操作安全等优点。所以，开展微型化实验是实现化学实验绿色化的好方法。在长期的物理化学实验教学过程中，在保证实验方案合理、实验结果稳定、实验效果显著的前提下，我们积极推行实验的微型化、小型化设计。例如，在“差热分析”实验中采用微型化实验样品管后，每份CaC2O4样品使用量减少到不超过0．05克，每学期仅CaC2O4试剂的使用量就减少到原来的十分之一。对于目前尚无法实现微型化的实验项目，我们采取了小型化设计或减少化学试剂使用量等方法，以期将物理化学实验对环境的污染降至最低。例如，在“金属二元相图的绘制”实验中，由于金属铋和锡具有熔点低、化学稳定性好、数据重现性好、原料易得、价格低廉等特点，所以，铋－锡二元系统一直以来都是我们进行此项实验教学的首选系统。若使用以往的实验设备，在实验过程中，以各种比例混合的金属铋和金属锡试样被放置在瓷坩埚中，上面覆盖一层硅油，以防止加热过程中金属样品被氧化。但是，通过查阅相关化学数据手册可知，金属铋的熔点为271℃，而硅油的燃点为320℃，仅仅比铋的熔点高约50℃。这意味着，在加热纯铋试样时，若操作者没有控制好升温速率而导致系统温度上升过快，那么样品温度很容易冲高至硅油燃点而引燃硅油。这不仅会造成大量硅油的损耗，容易引起教学事故，而且硅油高温挥发及不完全燃烧的产物还会污染空气。为此，我们放弃使用瓷坩埚而改用金属样品管盛装样品。这样不仅使单个样品的质量从过去的120克减少到几克，而且使用时很容易将金属样品管抽真空后密封，并循环使用。这种全封闭的手段有效避免了大量使用硅油作为样品保护层所带来的空气污染问题的发生。又如，在“酸碱中和反应热效应的测定”实验中，我们更换了体积更小的杜瓦瓶，使氢氧化钠和盐酸的用量减少到原来的四分之一。减少试剂用量后的中和反应系统由于溶液体积大幅减少，搅拌效率更高，系统各处的温度更趋一致，对温度变化的监测更容易，温度数据也更准确。除此之外，我们对“凝固点降低法测定分子量”、“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”等实验项目也进行了小型化改进，不同程度地减少了化学试剂使用量，显著降低了实验成本，改善了实验环境。实践证明，物理化学实验的微型化、小型化设计不但可以达到与常规实验相同的实验目的和效果，而且可以大幅减少试剂用量、不同程度地减少实验过程中产生的化学废弃物、节约后处理费用、减少污染、改善实验环境，因此，此举已经成为物理化学实验教学改革的一个重要发展趋势。

（三）实验仪器和设备的选择

与其他化学分支学科的基础实验相比，物理化学实验需要的中、小型实验仪器设备种类较多。其中多个实验需要测定温度和压力。传统的测温、测压装置都是含汞的，不但操作步骤繁琐复杂，而且易造成实验室汞污染，危及教师及学生的身体健康。例如，在“液体饱和蒸气压测定”实验中，过去常用U型水银压力计测定系统压力差。此种压力计中需要使用大量的金属汞，汞面用水液封。然而，由于此装有汞的U型玻璃管不宜经常清洗，所以管壁会吸附环境中的气体分子及尘埃等颗粒物。而在实验过程中U型管内汞液面会不断变化，会有少量汞由于与管壁上的吸附物作用而产生挂壁现象，从而使汞暴露于空气中并挥发为汞蒸气，这会对人体产生极大危害。目前，我们物理化学实验室中全部的测压装置均用数字式低真空测压仪替代水银压力计，从根本上消除了汞蒸气可能对教师和学生产生的危害。又如，在“凝固点降低法测定物质的摩尔质量”、“酸碱中和反应热效应的测定”及“燃烧热的测定”等热力学实验中，过去一直使用贝克曼温度计来监测实验体系温度的变化。贝克曼温度计虽然测量精密度高，但在实际使用时，存在操作繁琐且易碎等缺点。目前我们用数字式温度温差测量仪替代贝克曼温度计，不仅使实验操作难度降低，实验过程简化，而且也规避了由于操作不当造成温度计破裂而引起环境污染的风险。上述实验仪器设备的替换无疑使物理化学实验的测温测压手段更安全、更方便。

（四）综合经典实验内容

通过长期的教学实践和教学研究我们发现，传统的物理化学实验门类齐全、架构完整，大量的基础实验内容至今仍值得我们继承和发展。但囿于当时实验条件的限制，导致许多简单的实验耗时费力。因此，我们在保留经典实验内容的前提下，致力于整合实验方案，不仅大幅减少了试剂用量，有效降低了环境污染风险，而且还提升了学生综合分析实验结果的能力。例如，“原电池电动势的测定”、“电解质溶液电导率的测定”及“原电池温度系数的测定”这三个实验同属于电化学基础实验，内容相对简单。但是在过去，由于实验设备和实验手段的落后，完成这三个实验中的任何一个都需要很长时间，所以每一个都被设计为一个相对独立的实验项目，而这显然不利于学生将所学到的电化学基础知识融会贯通。通过认真分析、研究这三个实验的目的及内容，我们将它们融合并设计成了一个新的电化学综合实验。经过精心的实验方案设计和内容的整合，这个新的综合实验得到了学生和教师的广泛好评。由于实验试剂循环使用，避免了浪费和对环境造成的污染，为化学实验中心节省了实验经费。同时，学生对理论课中学到的电化学基础知识也有了比较全面且更为深刻的理解。

（五）合理分工协作

在实验教学过程中，我们不仅对经典内容重新进行综合设计，而且还会根据不同实验的特点，实时调整学生所做实验的部分内容。例如，学生在进行“双液系气液平衡相图”实验过程中需要测定的实验点较多，做出一个完整相图大约需要6个小时的时间，显然在规定的4学时内是无法完成的。为此，我们设计由两组学生分别测定相图的左半支和右半支，之后将两组数据合并，从而做出一个完整的相图。这就要求每组学生在实验过程中都必须认真仔细地完成操作并记录好数据，否则可能会因而某一环节的失误而导致合作双方的数据都出现偏差。实践结果表明，这种分工合作，在保证实验教学质量的前提下，既节省了药品，又有利于培养学生的协作精神和良好的操作技能。因此，对于复杂的实验项目，我们认为这不失为一个值得尝试和推广的好办法。

（六）规范操作方法，提升绿色化意识

长期的教学实践表明，在物理化学实验教学过程中，严格规范实验操作方法、督促学生养成良好的实验习惯是学生科研素质教育的重要内容。规范的实验操作方法和良好的实验习惯不仅是提升学生实验操作技能的重要基础，也是培养学生自觉进行绿色化实验的前提。在实验过程中，指导教师要认真监督学生不要随意丢弃药品，并纠正学生中普遍存在的“药品用量越多，实验现象就越明显”的错误观念，杜绝学生在做实验时随意加大试剂用量的现象，鼓励学生用最少的试剂做出成功的实验。同时也要求学生每次实验之前都要充分预习，提高实验成功率，减少重复实验引起的药品损耗现象。此外，教育学生从实验过程中的每件小事做起，逐步树立起绿色化科研意识和对社会的责任感。

三、改革后的成效

多年以来，经过对物理化学实验教学改革的绿色化探索与实践，在提升了教师自身的绿色化学教学理念的同时，在培养学生的协作精神、综合科研素质等方面也取得了良好效果。这些效果体现在学生在校学习期间养成了良好的实验操作习惯，明晰并理解了实验设计中绿色化改进之处，学会了用绿色化学知识设计实验等方面。而且，近几年来，我们对大量本科生就业后反馈的信息进行了分析并从中了解到，经过我们多年的绿色化实验教学训练，毕业生们在各自的工作岗位上都表现出较高的实验技能和良好的团队合作精神，综合素质高，受到用人单位的广泛欢迎。

［注释］

［1］平措，马橘红．物理化学实验室绿色化建设初探［J］．实验技术与管理，2009（12）：132－133．

［2］张康华，曹小华，谢宝华，等．化学实验教学与绿色化学教育［J］．实验室研究与探索，2010（5）：123－125．

［3］徐英，王桂清，陈灵谦．物理化学实验教学改革的探索［J］．高校实验室工作研究，2010（4）：5－6．