无机化学实验的“绿色化”探索与改革

　　绿色化学是目前研究的热点，它是从源头上预防污染的科学，能最大限度地节约能源，最小程度地排放污染物。自 1995 年清华大学化学系宋心琦教授提出加强绿色化学教育的重要性以来[1],绿色化学已成为各高校教学研究的重点[2-4].我校无机化学实验是化学与化工学院、材料与工程学院所有专业大一学生必修的一门实践基础课，是无机化学教学中的重要组成部分，所需试剂的种类及用量非常庞大，实验过程中产生的废气、废水、废渣等也可能对环境造成极大的危害。因此，对无机化学实验进行“绿色化”探索与改革，以减少消耗和浪费，实现可持续教学。
　　
　　1 将“绿色化”理念渗透到无机化学实验教学

　　在无机化学实验教学中，将环境化学知识与无机化学实验教学联系起来，使学生明白化学与环境的关系，对培养学生的环保意识起到举足轻重的作用。在学生进实验室前，采用多媒体对学生进行环保、实验室安全、常见污染物的治理方法和事故防范措施等方面的教育，强调化学实验中“绿色化”的重要性以及实现“绿色化”的可能途径，为学生在以后的实验中规范实验操作，节约药品，减少环境污染提供了一定的基础。此外，教学过程中针对具体的实验项目对学生渗透环保知识，如废水、废渣的处理方面。在ds区元素性质实验中，引入一些环境公害的例子来讲述重金属离子对水体及土壤污染以及处理手段，引导学生采取集中存放、沉淀、化学还原等方式对实验废水进行处理，以培养学生良好的学习习惯和环保意识。

　　2 优化实验内容设计，规范实验操作

　　2.1 整合、优化实验内容

　　结合新版无机化学实验教学大纲及教学目的，在不增加学时数的基础上，对无机化学实验内容进行了优化整合。首先，将污染严重、危害性大的重复性、验证性实验删除或重新设计，如将锌钡白的制备及Hg的相关性质等删除，通过无机化合物的制备实验增加了基本操作的比例。其次，对每一个实验项目的过程和步骤进行优化，尽可能做到实验项目零污染或尽量污染小，且原材料廉价易得；尽量采用绿色反应试剂，实验过程中副反应少；整合串联实验，达到节约环保的目的。

　　转化法制备硝酸钾、粗实验提纯、废铝制备明矾、净水实验以及硫酸亚铁铵的制备等实验项目中所采用的原料均易得，有的甚至可以变废为宝。这些实验项目不仅可以很好地训练并提高学生无机化学合成的基本操作，而且真正达到了零污染的目的，并增加了学生“绿色化”的意识。

　　此外，对实验的细节进行细微的调整，以硫酸亚铁铵的制备[5]为例。该实验通选常用机械加工及制造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、再生利用钢铁资源的环保型实验。

　　第一步先以废铁屑为原料制备硫酸亚铁溶液，第二步根据复盐的性质将硫酸亚铁与等摩尔的硫酸铵混合蒸发浓缩、冷却、结晶得到硫酸亚铁铵结晶。在第一步实验过程中，传统的实验装置为敞开式，由于废铁屑含有的碳、硫、磷、硅等杂质，再与硫酸反应时会生成H2S,PH3等有毒气体，污染环境。为了解决这一问题，将绿色化学理念应用到实验中，通过探索将常规实验装置进行改装，将开放式改为闭路回收式来处理实验过程中产生的废气（见图1）。改进后的实验装置密闭性好，有毒气体如H2S,PH3等经碱性溶液吸收转变为无害物质，避免了有害物质的散发，实现了无机化学实验的“绿色化”.

　　2.2 规范基本操作

　　在化学实验中，教师必须严格要求学生做到操作规范、正确，药品用量准确，仪器操作规范，避免操作错误而造成药品损失和浪费。对于毒性较大的气体，应该用水或相应的吸收液进行吸收，并要求实验必须在通风柜内或者通风效果好的地方进行，从而达到尽可能防止污染的目的。

　　3 采用现代实验技术，推广微型实验

　　3.1 推广微型实验

　　由于传统的实验方法技术落后，在操作过程中会带来很大的污染和资源浪费。而在现代实验技术中，微型化学实验可以尽量用少的化学试剂来获得较明显的反应结果和准确的化学信息。它具有安全性高、低成本、污染小、实验规模更符合现代科研实际等优点。在教学中引入微型化实验，不仅可以促进教师进行教学内容和方法的改革，而且安全且能节省药品和水资源，在很大程度上符合了绿色化学的要求，是实现绿色化学实验室的主要途径[6-8].目前，我校的化学实验教改方向为在基础化学实验方面推广微型实验。所有实验在保证实验现象明显和实验结果良好的情况下，减少试剂用量，以达到绿色化的目的。

　　3.2 积极利用模拟化学实验室

　　综合或设计实验则实行多媒体软件模拟化学实验及实验室操作进行，学生查阅资料、制定实验方案后，独立分析和解决问题，最后进入院网站的虚拟实验室进行实验。如此将先进的多媒体技术与传统的化学实验有机地结合起来，可以化抽象为形象，以帮助学生更进一步理解化学反应的实质和原理，且直观安全。

　　4 分类收集，回收“三废”

　　我校无机化学实验的授课对象人数多，学时数多。因此，如何降低无机化学实验室产生的“三废”对环境的危害，除了对实验内容进行改进，减少“三废”排放以外，每次实验后要求学生根据废液的性质进行分类存放，如无机、有机废液集中收集，分开处理。有些有机溶剂则通过现有手段进行回收再利用，如十二钨磷酸制备的实验中需要用到大量的乙醚对十二钨磷酸进行萃取，分离后要求学生将分液漏斗中的水层和乙醚层分开存放，集中收集后，采用蒸馏的方法回收乙醚溶剂，精制的乙醚可重新作溶剂循环使用，这样既减少了污染，也提高了试剂的使用率。胆矾精制无水硫酸铜实验中得到产品CuSO4·5H2O,作为原料供Cu2+的性质实验及CIS-二甘氨酸合铜配合物的合成使用。通过以上方法，无机化学实验中产生的“三废”得到了有效的处理和合理利用，也减少了对环境的危害。

　　通过发挥教师在教学中的主导作用，从实验内容优化与串联、整合，积极采用现代实验技术，推广微型实验，合理收集和处理“三废”各个方面进行探索和实践，将“绿色化”理念渗透到教学中。以学生为主体，规范实验操作，主动探讨实验方案以减少药品的浪费，降低污染，在培养学生实验技能的同时，提高学生的科学素养和“绿色化”意识。

　　参考文献：
　　[1] 曾庭英，宋心琦。化学家应是“环境”的朋友[J].大学化学，1995,10（6）：25-31
　　[2] 徐玲，王艳丽，王晓红。多媒体在化学实验绿色化中的作用[J].中国现代教育装备，2012（5）：15-16
　　[3] 何丽君，王永红，李生英，等，浅议无机化学实验室的绿色化[J].甘肃高师学报，2011,16（5）：83-84
　　[4] 宋明芝，范传刚，解胜利，等，有机化学实验绿色化教学改革与实践[J].广东化工，2012,39（2）：227-228
　　[5] 王升富，周立群，蔡火操。无机及分析化学实验[M].北京：科学出版社，2010
　　[6] 周怀宁。微型无机化学实验[M].北京：科学出版社，2000
　　[7] 李霁良。微型半微型有机化学实验[M].北京：高等教育出版社，2003
　　[8] 王永刚。微型化学实验的开发设计[J].高师理科学刊，2012,32（3）：115-117