李永娟++周紅艷++虎玉森

摘要：無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為高?；瘜W(xué)及相關(guān)專業(yè)開設(shè)的一門必修課，在教學(xué)過程中產(chǎn)生了大量的危險(xiǎn)廢棄物。高校通過對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢棄物的回收和處理等實(shí)施一系列綠色化教學(xué)改革措施，旨在適應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展和和諧發(fā)展的趨勢，同時(shí)把綠色化學(xué)理念融入到教學(xué)過程中，滲透綠色化學(xué)思想，培養(yǎng)具有深厚綠色意識和較強(qiáng)環(huán)保能力的高素質(zhì)綜合型人才。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；綠色化學(xué)；微型化實(shí)驗(yàn)；環(huán)境保護(hù)

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）10-0034-03

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)學(xué)習(xí)和研究的重要手段，在鞏固和加深學(xué)生對化學(xué)基本理論和基本知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、解決問題的能力，以及提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力中起著舉足輕重的作用[1-3]。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院?；瘜W(xué)及化學(xué)相關(guān)專業(yè)所開設(shè)的第一門必修實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課，學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣都是通過該門課程來學(xué)習(xí)和養(yǎng)成的，該門課程的教與學(xué)也是大學(xué)新生學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)思維從高中到大學(xué)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵一步。然而，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在開設(shè)的過程中會(huì)產(chǎn)生各種形式的廢棄物，雖然實(shí)驗(yàn)教學(xué)中每個(gè)學(xué)生用的化學(xué)試劑的量并不是很大，但大量的學(xué)生不斷地開展實(shí)驗(yàn)也會(huì)出現(xiàn)積少成多、聚沙成塔的效果，尤其是一些毒性較強(qiáng)的廢氣、廢液，不僅對環(huán)境造成污染，也對實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生的身體健康產(chǎn)生不良影響。所以，如何對無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行改革，在保證教學(xué)質(zhì)量的前提下，減少實(shí)驗(yàn)過程中有毒試劑的用量和廢棄物的排放量，提高試劑的利用效率，已成為我們迫切需要解決的問題。

21世紀(jì)以來，隨著工業(yè)的發(fā)展，化學(xué)在改善生活的同時(shí)也帶來了諸如酸雨、溫室效應(yīng)、水體和土壤的重金屬污染等各種環(huán)境問題。作為教師，在講授化學(xué)化工技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，重視技術(shù)對環(huán)境造成的沖擊，對學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)教育也是十分必要的。綠色化學(xué)是指用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或杜絕那些對人類健康、社會(huì)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。它的最大特點(diǎn)是在始端就采用預(yù)防污染的科學(xué)手段，從而實(shí)現(xiàn)過程和終端的零排放或零污染。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是以綠色化學(xué)思想為準(zhǔn)則，將綠色化學(xué)的原則應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，解決實(shí)驗(yàn)室與環(huán)境污染之間的矛盾，使實(shí)驗(yàn)室能更好地服務(wù)于教學(xué)和科研。在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理過程中滲透綠色化學(xué)教育思想和理念，不僅可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，更重要的是讓學(xué)生在大學(xué)起始階段就學(xué)會(huì)用綠色化學(xué)原則思考問題和解決問題，培養(yǎng)他們具有深厚的環(huán)保意識。

一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇的綠色化

要實(shí)現(xiàn)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化，就必須要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行綠色化的改革和創(chuàng)新，篩選與化學(xué)學(xué)科進(jìn)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，刪去內(nèi)容陳舊、儀器落后、教學(xué)效果不佳的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；增加與甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教師科研方向相近的體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展前沿、適合實(shí)驗(yàn)室開設(shè)并有利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膶?shí)驗(yàn)項(xiàng)目；替換環(huán)境污染嚴(yán)重、對師生身體健康有危害的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；對現(xiàn)有必須開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，并讓學(xué)生參與改進(jìn)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的過程。即選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)要盡量選擇既能保證學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能得到訓(xùn)練，又對環(huán)境產(chǎn)生影響較小的環(huán)保型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從源頭上減少有害廢棄物的排放。如“硫酸銅的制備與提純實(shí)驗(yàn)”的主要目的是讓學(xué)生進(jìn)一步練習(xí)并熟練掌握加熱、蒸發(fā)、減壓過濾、重結(jié)晶等基本操作，弄清重結(jié)晶提純物質(zhì)的基本原理，但該實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生大量有毒的二氧化氮?dú)怏w，且銅離子作為重金屬離子進(jìn)入環(huán)境對動(dòng)植物和人類的危害也較大，因此我們將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目換成了“轉(zhuǎn)化法制備硝酸鉀”，其既可以達(dá)成相關(guān)的基本操作練習(xí)和使學(xué)生掌握重結(jié)晶提純原理的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，也將因?qū)嶒?yàn)產(chǎn)生的廢棄物給環(huán)境和人體帶來的危害降到最小。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的綠色化

（一）微型化實(shí)驗(yàn)方法的引進(jìn)

微型化實(shí)驗(yàn)是在微型化學(xué)儀器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，它崛起于20世紀(jì)80年代的美國，是一種以盡可能少的化學(xué)試劑獲得較明顯和準(zhǔn)確的化學(xué)信息的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，也是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)綠色化的主要途徑[4]。元素及其化合物性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，對于高校學(xué)生化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)有著不可或缺的重要作用。該類實(shí)驗(yàn)所用的藥品種類多達(dá)上百種，涉及有毒性的鋇鹽、錫鹽、鉻酸鹽、鉛鹽及易揮發(fā)的四氯化碳、乙醚、戊醇等有害物質(zhì)，而且在實(shí)驗(yàn)的過程中還會(huì)釋放出刺激性或毒性氣體如硫化氫、氯氣、二氧化氮、二氧化硫等，對環(huán)境和實(shí)驗(yàn)人員的健康造成很大的危害。對此類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化改革，既可以有效減少實(shí)驗(yàn)室“三廢”的排放，降低實(shí)驗(yàn)成本，也可以縮短反應(yīng)時(shí)間，給學(xué)生更充足的時(shí)間去思考或探討實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和機(jī)理。常規(guī)元素實(shí)驗(yàn)多數(shù)是在試管中進(jìn)行，為觀察到明顯的現(xiàn)象，所用試劑的量相對來說還是比較大的，如果將反應(yīng)容器改為點(diǎn)滴板或井穴板，就可以大大減少試劑的使用量，而且多孔的設(shè)計(jì)也可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)，利于學(xué)生觀察對比不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象[5]。同時(shí)使用帶有刻度的小試管和多用滴管可以在取液時(shí)更加準(zhǔn)確快速，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和嚴(yán)密性并不亞于常量實(shí)驗(yàn)。對于顯色的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，在達(dá)到讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)了解該反應(yīng)現(xiàn)象存在的實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那疤嵯?，“濾紙?jiān)囼?yàn)”用起來更方便簡單且現(xiàn)象明顯[6]。如二價(jià)鎳的鑒定是加丁二酮肟（鎳試劑）生成鮮紅色的沉淀，在濾紙上進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)不僅產(chǎn)生顏色鮮艷的產(chǎn)物，而且實(shí)驗(yàn)后不需進(jìn)行廢液回收和儀器洗滌，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本。

（二）實(shí)驗(yàn)裝置的積極改進(jìn)

對無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置進(jìn)行積極的優(yōu)化改進(jìn)，使一些無機(jī)合成實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)原料減量的同時(shí)，取得較好的教學(xué)效果并減少廢棄物的排放。硫酸亞鐵銨是一種復(fù)鹽，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)藥上都是重要的合成原料，它的制備是無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。該實(shí)驗(yàn)不僅可以讓學(xué)生了解復(fù)鹽的一般特征和制備方法，還能綜合訓(xùn)練學(xué)生的蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶、干燥、過濾等相關(guān)的一系列基本操作。常規(guī)的硫酸亞鐵銨的制備是將4.0 g鐵屑經(jīng)過10%碳酸鈉煮沸除油后與3mol/L的硫酸30 ml反應(yīng)生成硫酸亞鐵再與等摩爾硫酸銨反應(yīng)生成硫酸亞鐵銨晶體。該方法存在著試劑量大、污染嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量不高、耗時(shí)較長等缺點(diǎn)。我們的實(shí)驗(yàn)則采用1.0 g鐵屑與3mol/L的硫酸8ml在錐形瓶中采用水浴加熱控溫60℃的方法，錐形瓶通過橡膠塞和玻璃彎管與安全瓶相連，安全瓶再通過玻璃彎管連接尾氣接收瓶[7-8]。該裝置既可以通過封閉控溫系統(tǒng)減少水分蒸發(fā)，避免生成的硫酸亞鐵被氧化，又可以將廢鐵屑與硫酸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的硫化氫等有毒有害氣體吸收，減少對環(huán)境的污染和人體的危害。

“硫代硫酸鈉的制備”也是大學(xué)本科無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中經(jīng)常開設(shè)的一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該實(shí)驗(yàn)通常采用的方法是將亞硫酸鈉和硫酸反應(yīng)生成二氧化硫，生成的二氧化硫和硫化鈉反應(yīng)得到新制備的單質(zhì)硫之后再與亞硫酸鈉合成出硫代硫酸鈉。該方法所用裝置復(fù)雜，操作繁瑣，學(xué)生按此法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，燈用酒精消耗量大，實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間較長，且在實(shí)驗(yàn)過程中常發(fā)生倒吸和二氧化硫泄漏的現(xiàn)象，產(chǎn)率較低，有時(shí)甚至可能得不到產(chǎn)品，產(chǎn)品形態(tài)也不是很好，經(jīng)常是白色粉末狀而非晶形。微波輻射法是近年在化學(xué)合成中備受關(guān)注的一種方法[9]，通

過微波照射合成物質(zhì)已應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域，我們將其用于硫代硫酸鈉的制備中，以亞硫酸鈉和硫粉在水溶劑中置于微波爐加熱，通過對反應(yīng)時(shí)間、火力大小、結(jié)晶方式等實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化，獲得了一套較為成熟的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)的效果良好。利用微波輻射法制備硫代硫酸鈉，改變了傳統(tǒng)的酒精燈加熱的方式，既可以讓學(xué)生了解一種較新的合成方法，也可以利用微波加熱快速、均勻的特點(diǎn)，節(jié)約能源，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高制備產(chǎn)率，減少對環(huán)境的危害。

（三）現(xiàn)代化教育技術(shù)的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，一些新的實(shí)驗(yàn)方法和現(xiàn)代化教育技術(shù)層出不窮，因此需將能反映學(xué)科發(fā)展新動(dòng)向和具有良好教學(xué)效果的教學(xué)手段及時(shí)充實(shí)應(yīng)用于無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程，改變過去教師演示為主、學(xué)生訓(xùn)練為輔的教學(xué)模式。隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也逐漸擺脫了單一模式而逐漸向多樣化發(fā)展，這其中微視頻以其短小、內(nèi)容廣泛、形態(tài)多樣等特點(diǎn)受到教師和學(xué)生的青睞。微視頻一般是指播放時(shí)長在30s到20min左右的視頻短片，它可通過電腦、手機(jī)在網(wǎng)絡(luò)社交媒體如微信朋友圈、QQ空間等傳播交流，制作簡單、可隨時(shí)隨地拍攝并可重復(fù)播放是其最大特點(diǎn)。

在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的授課中，除了實(shí)驗(yàn)室安全操作和實(shí)驗(yàn)基本技能操作可以制成微視頻以利于學(xué)生在課前和課后觀看學(xué)習(xí)之外，通過微視頻與課程網(wǎng)站相結(jié)合，將一些毒性較強(qiáng)、危害較大或者實(shí)驗(yàn)成本較高的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制成微視頻的形式，讓學(xué)生既可以有直觀的印象，便于理解掌握實(shí)驗(yàn)的原理，也可以減少對環(huán)境的危害，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。比如三氧化二砷的性質(zhì)、二氧化氮的性質(zhì)和制備、砷酸鹽的性質(zhì)等，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容因其具有高毒性而在無機(jī)實(shí)驗(yàn)開設(shè)中被漸漸取消，現(xiàn)在將其制成微視頻的形式則可讓學(xué)生觀察相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象從而對抽象的理論知識產(chǎn)生具體的印象。另外將多媒體教育技術(shù)與計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合，一些傳統(tǒng)的污染性高的實(shí)驗(yàn)，以模擬實(shí)驗(yàn)取而代之，學(xué)生通過相關(guān)軟件進(jìn)行操作，不僅可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的“零污染”，也可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高。

三、廢棄物處理的綠色化

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的廢棄物主要是各種化學(xué)廢液，固體廢棄物和廢氣較少?；瘜W(xué)廢液根據(jù)其危險(xiǎn)特性一般包括具有較強(qiáng)腐蝕性的酸堿廢液、較強(qiáng)毒性的金屬鹽溶液和少量的有機(jī)溶劑等，這些廢液如果隨意傾倒和排放，不僅會(huì)腐蝕下水管道，還會(huì)對水質(zhì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。無機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢棄物的處理要想實(shí)現(xiàn)綠色化，主要從以下幾方面入手。

1.分類回收：盡管無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢棄物種類較多，但基本上都是已知的種類，實(shí)驗(yàn)室管理人員要清楚每一種化學(xué)試劑和藥品的危險(xiǎn)性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的類別，分類擺放不同的回收缸，做好廢液回收和標(biāo)記工作，簡化后續(xù)處理的難度。同時(shí)盡可能將回收缸放置在通風(fēng)櫥中，定期檢查廢液收集量，積累到一定程度就及時(shí)處理，避免長期放置廢液。

2.區(qū)別處理：廢液在回收處理之前需要判斷其具體性質(zhì)，掌握化學(xué)廢液的簡單處理辦法。針對回收的酸堿廢液，可以進(jìn)行中和處理，檢驗(yàn)中和液的pH值基本在7左右即可，中和之后的廢液直接倒入下水管道中并用大量水沖洗。而對有毒有害的金屬鹽類廢液則采用沉淀法如硫化物沉淀法分離鎘、汞離子，絮狀沉淀法分離鋁、鋅離子，氧化還原沉淀法除鉻離子等[11]，同時(shí)將過濾之后的沉淀物保管好后送危險(xiǎn)廢棄物處置中心統(tǒng)一處理。少量的有機(jī)廢棄物元素組成相對簡單的除了回收再利用外，不可回收的則采用焚燒法處理；氯仿、四氯化碳等易揮發(fā)有機(jī)溶劑可在回收瓶上面覆蓋一層水，減少其揮發(fā)；不適合焚燒的廢棄物如戊醇則可采用吸附法將廢液中戊醇濃度降低到一定程度之后再排放。

3.循環(huán)利用：高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室通常包括無機(jī)、有機(jī)、分析、物化等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢棄物，處理之后可能變成另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)原料或輔助物。如將無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)回收的乙醇溶液作為有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原料通過蒸餾得到較為純凈的乙醇可以作為燈用酒精；將含汞的廢液調(diào)節(jié)pH到8—9后加硫化鈉生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亞鐵作為共沉劑，過濾后，清液排放，沉淀可再制成汞溶液[10]；實(shí)驗(yàn)室常用的鉻酸洗液失效后進(jìn)行濃縮冷卻，再用高錳酸鉀進(jìn)行氧化濾去生成二氧化錳，沉淀后可以再用；銀鹽沉淀法得到的副產(chǎn)物氯化銀，通過鋅粒置換法可以回收金屬銀；酸堿廢液較多的時(shí)候還可以通過自然蒸發(fā)技術(shù)提取鹽類等可再利用產(chǎn)品，制得的粗鹽可用于粗鹽的提純與分離實(shí)驗(yàn)，也可作為防凍除冰劑等[12]。

四、教學(xué)過程中綠色化學(xué)意識的培養(yǎng)

在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)、廢液處理等方面實(shí)行綠色化的同時(shí)，任課教師還要在授課的過程中時(shí)刻體現(xiàn)綠色化學(xué)的原則，傳授綠色化學(xué)知識，滲透綠色化學(xué)理念。在每次實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，教師指出本次實(shí)驗(yàn)從設(shè)計(jì)、準(zhǔn)備到操作、儀器清洗、廢物處理等實(shí)驗(yàn)各部分所涉及的綠色亮點(diǎn)，對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)、啟發(fā)，同時(shí)為充分發(fā)揮學(xué)生的主觀性和能動(dòng)性，在進(jìn)行一定的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練后，采用項(xiàng)目教學(xué)法開展綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)綠色化的實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施，教師參與指導(dǎo)和輔助，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極能動(dòng)性，讓學(xué)生在項(xiàng)目的開展實(shí)施中滲透綠色化學(xué)思想，提高學(xué)生的環(huán)保意識和獨(dú)立思考學(xué)習(xí)能力；教師在授課過程中則多穿插講解一些破壞環(huán)境的實(shí)際例子，讓學(xué)生了解環(huán)境污染給人類帶來的危害，提高學(xué)生對環(huán)境保護(hù)的責(zé)任感，使他們樹立起綠色化學(xué)的使命感，而自覺成為未來環(huán)境的保護(hù)者。

在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中融入綠色化學(xué)的理念，建設(shè)綠色高效的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的行之有效的措施。尤其是作為一名高校教師，在人類生存環(huán)境日益惡化的今天，更應(yīng)該增強(qiáng)對環(huán)境保護(hù)、改善環(huán)境質(zhì)量的責(zé)任感，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使大學(xué)生了解并認(rèn)識綠色化學(xué)，構(gòu)建綠色化學(xué)思維，牢固樹立環(huán)保意識，成為適應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的具有綠色意識和環(huán)保能力的高素質(zhì)綜合型人才。

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[責(zé)任編輯 李金波]