摘 要 對(duì)綠色化學(xué)及其特點(diǎn)進(jìn)行概述，闡述化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的重要性，在綠色化學(xué)的理念下就化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)策略提出幾點(diǎn)建議：規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作；合理處理“三廢”；微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)；降低藥品濃度、合理更換實(shí)驗(yàn)藥品，減少污染；建立虛擬化實(shí)驗(yàn)室。

關(guān)鍵詞 綠色化學(xué)；實(shí)驗(yàn)；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）05-0048-02

1 綠色化學(xué)的含義及特點(diǎn)

綠色化學(xué)又稱環(huán)境友好化學(xué)[1]，是一個(gè)多學(xué)科交叉的廣泛的研究領(lǐng)域，它涉及有機(jī)合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科，這些學(xué)科的知識(shí)關(guān)系綠色化學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展[2]。其核心內(nèi)容主要體現(xiàn)在5個(gè)“R”：Reduction、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection（即減量、重復(fù)使用、回收、再生、拒用）。即綠色化學(xué)的核心是從源頭減少使用有害物質(zhì)，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程達(dá)到零污染和零排放的理想狀態(tài)。世界上許多國(guó)家都把綠色化學(xué)作為新世紀(jì)的主要研究方向之一。

“綠色”意味著無(wú)污染。利用一系列方法和化學(xué)原理從源頭減少和避免工業(yè)生產(chǎn)中有毒有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，從而消除環(huán)境污染，這與治理污染的方法有本質(zhì)的不同。綠色化學(xué)的特點(diǎn)有：1）選用無(wú)毒、無(wú)害的原料，合理使用資源和能源；2）在反應(yīng)過(guò)程中盡量減少向環(huán)境排放有毒、有害的物質(zhì)；3）具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，反應(yīng)物的原子盡可能實(shí)現(xiàn)100%轉(zhuǎn)化，以避免產(chǎn)生副產(chǎn)物，最終實(shí)現(xiàn)零排放；

4）生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境、社會(huì)、人類友好健康的產(chǎn)品；5）循環(huán)利用，降低濃度或減量使用物質(zhì)。

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的重要性

綠色化學(xué)進(jìn)入化學(xué)教育領(lǐng)域是一個(gè)值得思考和探索的問(wèn)題。為了避免化學(xué)尤其是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室成為新的環(huán)境污染源[3]，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)行綠色化學(xué)教育，秉承綠色化學(xué)的理念，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)以及保護(hù)環(huán)境的責(zé)任感，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

讓學(xué)生從身邊做起，在細(xì)節(jié)之處注意對(duì)環(huán)境的保護(hù)。指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綠色實(shí)驗(yàn)，使綠色化學(xué)扎根于學(xué)生的頭腦中；引導(dǎo)學(xué)生用綠色化學(xué)的方法分析問(wèn)題，使這種理念貫穿在他們將來(lái)的工作中，以求從源頭上阻止污染，維護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類的和諧發(fā)展。

3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的教學(xué)策略

在綠色化學(xué)和可持續(xù)性發(fā)展理念的指導(dǎo)下，從實(shí)驗(yàn)入手對(duì)學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)教育最為直接有效。本文從規(guī)范操作、安全使用藥品、處理好“三廢”、微型化實(shí)驗(yàn)等幾方面進(jìn)行闡述。

規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作 化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要接觸和使用化學(xué)試劑，有些試劑有毒、有腐蝕性，且在實(shí)驗(yàn)中還會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，因此必須要求學(xué)生嚴(yán)格規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)路線，遵守實(shí)驗(yàn)步驟，正確合理地取用藥品，正確安裝實(shí)驗(yàn)裝置，科學(xué)處理實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的污染物，避免浪費(fèi)原料和能源、污染環(huán)境，同時(shí)防止在實(shí)驗(yàn)中發(fā)生危險(xiǎn)，給師生帶來(lái)傷害。實(shí)驗(yàn)室要安裝通風(fēng)櫥，以防有害氣體污染環(huán)境、危害健康。嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，既是保證自己和周圍人安全的需要，又具有環(huán)保意義。

合理處理“三廢” 化學(xué)實(shí)驗(yàn)特別強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，很少涉及“三廢”對(duì)環(huán)境的污染及處理，這使學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，認(rèn)為化學(xué)本身或工業(yè)生產(chǎn)一定會(huì)破壞環(huán)境，人類無(wú)法避免化學(xué)產(chǎn)生的污染和帶來(lái)的環(huán)境污染等問(wèn)題[4]。

1）廢氣的處理。對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的有害尾氣通常采用吸收法，有效消除廢氣污染。根據(jù)氣體的性質(zhì)選擇合適的吸收劑，如酸性氣體用堿溶液氫氧化鈉吸收，堿性氣體用酸性溶液吸收。

教材中的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，減小廢氣污染。進(jìn)行綠色化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，要從儀器裝置、藥品、操作方法等方面進(jìn)行分析改進(jìn)，在確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)試劑用量少、方便操作、現(xiàn)象易于觀察、污染小，具有科學(xué)性和實(shí)用性。

2）廢液的處理。分類處理實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的重要環(huán)節(jié)[5]。可從下幾個(gè)方面對(duì)廢液進(jìn)行無(wú)污染處理。

①分開收集酸液和堿液。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液中酸性和堿性殘留較多，分類回收，無(wú)雜質(zhì)的可以直接用于實(shí)驗(yàn)，不能直接使用的還可用于尾氣吸收，這對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化有著積極意義。

②學(xué)生實(shí)驗(yàn)廢液的回收。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，藥品用量大，會(huì)產(chǎn)生很多廢液，更需要回收處理利用，不僅可以降低實(shí)驗(yàn)成本，更是減廢的需要。

3）廢渣的處理。化學(xué)實(shí)驗(yàn)大多會(huì)產(chǎn)生殘?jiān)?，其中有的是沒參加反應(yīng)或沒有反應(yīng)完全的反應(yīng)物，有的是反應(yīng)產(chǎn)物。如過(guò)氧化氫分解中的催化劑二氧化錳，屬于重金屬類化合物，直接扔掉會(huì)造成污染，可以過(guò)濾、洗滌干燥后再利用?？茖W(xué)合理地回收和處理廢渣，變廢為寶，是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)[6]。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn) 開展綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)施綠色化學(xué)最直接、最有效的途徑，因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)理念是非常重要的[7]。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)中試劑的用量只有常規(guī)實(shí)驗(yàn)的幾十分之一到幾千分之一，以盡可能少的試劑來(lái)獲得所需的化學(xué)信息、實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)。實(shí)驗(yàn)微型化，在保證實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上，減少試劑用量，節(jié)省原料和時(shí)間，減少危害和污染，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)達(dá)到綠色化。高職化學(xué)中許多實(shí)驗(yàn)都可以微型化，并能取得較好的效果。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生節(jié)約的習(xí)慣，深化環(huán)保的意識(shí)。

如研究并驗(yàn)證二氧化硫（SO2）性質(zhì)的微型實(shí)驗(yàn)，圖1中有4條長(zhǎng)度少于試管直徑的試紙和濾紙條，分別為：1-濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙，2-蘸有品紅試液的濾紙條，3-蘸有KMnO4溶液的濾紙條，4-濕潤(rùn)的淀粉KI試紙。另外，5-Na2SO3晶體，6-吸有濃硫酸的膠頭滴管，7-盛有NaOH溶液試管。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中僅需滴幾滴濃硫酸就可以觀察到明顯的變化。

現(xiàn)象：濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅；蘸有KMn04溶液的濾紙條紫紅色褪去；品紅試紙褪色；濕潤(rùn)的淀粉KI試紙無(wú)

現(xiàn)象。

結(jié)論：SO2具有酸性、還原性、漂白性，氧化性弱于單質(zhì)I2。

優(yōu)點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)易嚴(yán)密，可操作性強(qiáng)，最后用NaOH溶液吸收多余的SO2氣體，安全綠色。

改良后的實(shí)驗(yàn)效果：簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置、少量藥品、環(huán)保無(wú)危害。微型實(shí)驗(yàn)不是依照傳統(tǒng)、簡(jiǎn)易的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，而是采用新思路、新方式的創(chuàng)新型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，它體現(xiàn)了綠色化學(xué)的核心理念，保護(hù)環(huán)境。

降低藥品濃度，合理更換實(shí)驗(yàn)藥品，減少污染 預(yù)防化學(xué)污染的理念是綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最大特點(diǎn)，因?yàn)槲廴疽坏┬纬?，就需要用物理、化學(xué)方法進(jìn)行治理，否則將會(huì)破壞環(huán)境，危及人類健康，造成損失。因此，優(yōu)先選擇預(yù)防污染而不是治理污染。要想解決這個(gè)問(wèn)題，就需要用綠色化學(xué)的方法避免或減少使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)[8]。

實(shí)驗(yàn)中從綠色化的目標(biāo)出發(fā)，適當(dāng)降低藥品的濃度，減少試劑的用量，更換無(wú)毒無(wú)害的實(shí)驗(yàn)藥品，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)展微型化實(shí)驗(yàn)，力求消除或減少污染源，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、操作過(guò)程中真正感受到保護(hù)環(huán)境的重要性。例如：實(shí)驗(yàn)室用H202分解制O2代替氯酸鉀分解的方法，從原料和反應(yīng)過(guò)程都達(dá)到綠色化目標(biāo)；常規(guī)“碘的萃取”實(shí)驗(yàn)中選擇苯做萃取劑，而苯是一種無(wú)色、易揮發(fā)、毒性很高的液體，更換成四氯化碳做萃取劑更安全、環(huán)保。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，建立虛擬化實(shí)驗(yàn)室 對(duì)于儀器、試劑價(jià)格昂貴，危險(xiǎn)或反應(yīng)條件苛刻，污染嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)，可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，采用多媒體系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)或觀看實(shí)驗(yàn)錄像等方法，建立虛擬化的實(shí)驗(yàn)室，不僅化學(xué)試劑和儀器裝置零投入，而且廢棄物也零排放。虛擬實(shí)驗(yàn)操作不受實(shí)驗(yàn)條件、藥品、儀器的限制，可以緊密結(jié)合當(dāng)今化學(xué)學(xué)科的最新成就和發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)結(jié)合綠色化學(xué)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)課件，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。將視頻和動(dòng)畫引入課堂，使課堂教學(xué)富于趣味性和啟發(fā)性。利用多媒體技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、裝置、流程、實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行仿真，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，消除不當(dāng)操作導(dǎo)致的不良后果，達(dá)到減少安全隱患、減少污染的目的，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

綠色化學(xué)是實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處、社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑。要不斷摸索和改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件做到物盡其用，點(diǎn)滴之中體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綠色化學(xué)的感悟和創(chuàng)新精神，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]楊家玲.綠色化學(xué)與技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[2]龍斌，張慶華，王虹.開展綠色化學(xué)教育 弘揚(yáng)綠色化學(xué)精神[J].衡水師專學(xué)報(bào)，2004（2）：27-30.

[3]李高峰，唐艷婷.科學(xué)概念教學(xué)五要素[J].生物學(xué)教學(xué)，2010（2）：9-11.

[4]劉元根.綠色化學(xué)與中學(xué)化學(xué)教育[J].高等函授學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000（5）：12-14.

[5]章小芳.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的嘗試[J].理科考試研究：綜合版，2013（7）：69-71.

[6]耿立廣.淺談如何在高中化學(xué)教學(xué)中滲透綠色化學(xué)教育[J].學(xué)知報(bào)，2010（10）：1-2.

[7]考其克.學(xué)習(xí)與教學(xué)策略[M].伍新春，等，譯.北京：北京師范大學(xué)出版社，2007.

作者：葉國(guó)華，山東中醫(yī)藥高等專科學(xué)校副教授，主要從事中藥化學(xué)分析的教學(xué)與科研工作（264199）。