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摘要:本文介绍绿色化学的概念,同时从理论和实践两个方面,探讨绿色化学与化学课堂教学的关系,提出在化学课堂教学中充分发挥绿色化学理念的一些想法。
关键词:绿色化学;绿色化学实验;绿色化学教育;课堂教学
1绿色化学简介
1.1绿色化学的概念,
绿色化学(GreenChemist~),又称环境无害化学,(Envimnmentally Benlgn Chemistry)、环境友好化学(EnvironmemallyFriendyChemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。绿色化学最早出现在美国环保局的官方文件中,以突出化学对环境的友好。
1.2绿色化学的特点、绿色化学是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大程度地节约能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的主要特点主要体现在以下五个方面:
(1)原料一绿色化,以无毒、无害,可再生资源为原料
(2)化学反应绿色化,选择“原子经济性反应”
Trost在1991年首先提出了原子经济性(A[On“leeonomy]的概念,理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不生副产物或废物。实观废物的”零排放“。对于基本有机原料的生产来说,选择原子经济反应十分重要。
(3)催化剂绿色化,使用无毒、无害,可回收的催化剂
(4)溶剂绿色化,使用无毒、无害,可回收的溶剂
(5)产品绿色化,可再生、可回收
1.3使用化学品的“5R”原则
(1)减量使用(Reduction)。在实验、生产与生活中,凡用到化学品时,都应该在不影响效果的情况下,尽量减少其用量,即节省资源,又减少“三废”的排放,避免造成对环境的污染。
(2)重复使用(Reuse),既是降低成本的需要,又是减废的需要,诸如化学过程叶,催化剂、载体等。
(3)回收(Recycling),对科学家而言,世界上没有废物,只有未利用的物质。所以回收可有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求,如回收未反应原料、回收副产物、回收助溶剂、催亿剂、稳定剂等非反应试剂,达到循环使用的目的。
(4)再生(Regeneration),要求在设计化工产品时,就应考虑到原材料、产品的再生利用,即变废为宝,节省资源、能源,减少污染,如离子交换树脂、磺化煤等。
(5)拒用(Reiection),指对一些无法代替,又无法回收、再生和重复使用、有毒副作用、污染作用的原料,拒绝在化学过程中使用。如全国查禁毒鼠强,停止二使用含磷洗衣粉。
2绿色化学与中学化学教育
2.1绿色化学与现在中学化学教材的关系
2.1.1《化学》(全一册,九年义务教育教材)
(1)[实验2]碘的受热,与冷却,该实验就体现了“减量、重复使用”的绿色化学要求。
(2)[实验5-11]CO还原CuO的实验改进中对尾气的处理,增强了学生的环保意识,由此激发学生在实验过程中对尾气、废液等的处理问题的探究。
(3)第六章选学内容“金属元素与人体健康的关系”体现了绿色化学的理念。
2.1.2《化学》(必修,第一册)
(1)(实验4-5]实验室制取氯气的实验中,多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收,防止了尾气对环境的影响。
(2)[实验4-8]碘的升华实验采用内装碘晶体且预先密封好的玻璃管,这样就符合“减量、重复使用”的绿色化学要求。
(3)选学内容“海水资源及其综合利用”介绍了海水综合利用的联合体工业体系,这种体系不仅可以降低成本,还可以便海水资源得到充分利用。
(4)[实验6-5]浓硫酸与铜的反应中用浸有碱液的棉花塞住试管口,避免-厂S02的污染,并把反应后的液体倒入废液缸。
2.1.3《化学》(必修加选修,第二册)
(1)[实验1-6]实验室制取氨气的实验中用浸润水的棉花团堵塞试管口,避免了NH3对空气的污染。
(2)第四章“原电池原理及其应用”的教学中指出了化学电源产生的负面影响,并倡导回收旧电池,减少污染。
(3)第六章选学内容“有机溶剂”指出了各种有机溶剂的性能、主要用途及使用注意事项。
虽然我国中学化学教材中,绿色化学的内容还很少,因此在我们的教学中就应该注重对教材的再次开发和利用,挖掘教材中的隐含因素,必须把绿色化学作为一个重要的研究内容。将绿色化学和我们的化学课堂教学紧密联系起来,在课堂教学中不断的渗透绿色化学理念,培养二十一世纪的高素质人才。
2.2绿色化学与素质教育
绿色化学(Green chemistry)是一门从源头上阻止污染的化学,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素质教育的重要内容和必要保证。但如何在实验过程让学生可以在没有毒气污染的环境中进行实验和学习。所以,对绿色化学实验的研究,就成为我们在实施化学素质教育的重要组成部分。
3绿色化学的理念渗透在化学课堂教学中
3.1绿色化学的理念渗透在元素化合物教学中
元素化合物知识是中学化学教学的重要组成部分,元素化合物的教学贯申了整个高中化学的教学重,是学习化学的基础。元素化合物的教学中处处都有绿色化学的思想。如卤素的教学中,氯气用于自来水消毒的利弊、氟利昂对臭氧层的破坏等:
硫和硫的化合物中的酸雨危害与防治、大气的污染与防治等:硅和硅酸盐工业中传统建筑材料的危害及为何提倡使用绿色建筑材料、温室效应的利弊等:氮族元素中对汽车尾气的排放、氮氧化物造成的光化学烟雾、水中氮磷过多造成富氧化而形成赤潮等:几种重要金属中,铝对人体的危害与应用、废气物的污染与分类处理等,用绿色化学的理论指导我们的教学,通过渗透绿色化学教育,让学生经常了解、关注身边的、国内外的环境热点,从而促进其深入了解的兴趣,培养学生的危机感和紧迫感,并将其所学知识运用到生活中去,培养树立防止污染、关注人类生存与发展的责任感+,
3.2绿色化学的理念渗透在化学实验教学中
化学是一门以实验为基础的科学,实验是化学教学的关键。而实验教学是影响学生环境意识的首要手段。教财中所描述要完成的化学实验中,有些却存在着现象不明显、药品用量大(浪费资源)、药品或产物有毒、爆炸等不利师生安全的因素。
因此,在实验教学中要尽量体现绿色化学实验的新要求:省资源、无污染、无废物、多循环、多利用。“保护环境,从我做起”,就不能忽略“绿色化学实验”的教学探究,如果留在反应 容器内的残余毒气处理不当,或实验操作不当等等因素,导致整个室内弥漫着毒气,实验现象:再明显,好奇心再强,都将被室内所弥漫着的毒气所埋没。学生产生恐惧心理,实际上是扼杀了一颗颗探究科学奥秘的心。随着课程改革的不断深入,对培养学生的学习兴趣越来越显的重要,所以,“绿色化学实验”的教学探究在中学化学教学中的重要性也就更加日益显的突出。
3.2.1将常规实验改成微型实验
卤素是高中学习的一个重点,是学生第一次系统学习的非金属元索。但是学习卤素的代表元素氯形成的单质——氯气,是有毒的气体,在研究氯气的性质时,往往将氯水代替氯气来做演示实验和学生实验,以避免氯气的散逸。在实验中,空气中也弥漫着刺激性气味。我们可以实验微型化。取一个cD盒,在盒盖的中心用粗铜丝烫出一个51Tim的圆洞,在CD盒底部中心放入一粒米粒大小的氯酸钾固体,在其四周放入KI和淀粉溶液、NaBr溶液、湿润的红色布条、湿润的pH试纸、FeS04和KSCN混合溶液、滴有酚酞的NaOH溶液,将盒盖盖好后,在盖中心的小洞中滴加1-2滴浓盐酸,观察实验现象。该实验操作简单,实验药品的用量很少,实验中又有尾气的吸收设计,整个实验室几乎闻不到有刺激性气味,本实验体现了化学品使用原则中的减量原则:本实验可以作为学生的分组实验,也可以作为探究氯气的性质实验,学生自己亲自动手,实验现象鲜明,比教师的演示效果要好上百倍。
3.3.2将有毒实验改成封闭实验
高中化学教学中存在很多的有毒实验,如氯气的制备与性质实验、二氧化硫的制备与性质实验,这些实验都是有毒的,除了前面所说的将实验微型化以外,我们还可以将实验改为封闭的实验。气体的制备实验,必须将实验在封闭的状况-卜进行,必须进行对尾气的处理,如氯气的制备实验,教材中就有用NaOH溶液进行尾气的回收。而气体的性质实验,我们可以做到完全封闭。如二氧化硫的性质实验:在若干个试管中收集好二氧化硫气体,并用医用的滴瓶的胶塞封住试管口,用若干个注射器中分别吸取Ba(OH)2、KMn04(H+)、溴水、H2S溶液,分别注入收集好的二氧化硫的试管中,观察实验现象。本实验完全在封闭的条件下进行,无任何有害气体的逸出,可以将演示实验改为学生分组实验,也作为探究物质的性质实验,实验现象观察的更清晰。
绿色化学不是一门独立的学科,它是一种战略、一种方针、一种指导思想、一种研究策略。现行的中学化学教材已经融人了绿色化学知识,我们在化学课堂教学中要时时体现绿色化学原则,渗透绿色化学教育。新一轮的教材改革已经开始。绿色化学的理念更加深入到了教材中,但绿色化学不能取代系统教学,而是必须融合其中,如此便对教师提出了更高的要求:一是更新观念;二是教师本身要进行终身教育,这样才能不断充实自己的知识结构、能力结构。
关键词:绿色化学;绿色化学实验;绿色化学教育;课堂教学
1绿色化学简介
1.1绿色化学的概念,
绿色化学(GreenChemist~),又称环境无害化学,(Envimnmentally Benlgn Chemistry)、环境友好化学(EnvironmemallyFriendyChemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。绿色化学最早出现在美国环保局的官方文件中,以突出化学对环境的友好。
1.2绿色化学的特点、绿色化学是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料,最大程度地节约能源,在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的主要特点主要体现在以下五个方面:
(1)原料一绿色化,以无毒、无害,可再生资源为原料
(2)化学反应绿色化,选择“原子经济性反应”
Trost在1991年首先提出了原子经济性(A[On“leeonomy]的概念,理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不生副产物或废物。实观废物的”零排放“。对于基本有机原料的生产来说,选择原子经济反应十分重要。
(3)催化剂绿色化,使用无毒、无害,可回收的催化剂
(4)溶剂绿色化,使用无毒、无害,可回收的溶剂
(5)产品绿色化,可再生、可回收
1.3使用化学品的“5R”原则
(1)减量使用(Reduction)。在实验、生产与生活中,凡用到化学品时,都应该在不影响效果的情况下,尽量减少其用量,即节省资源,又减少“三废”的排放,避免造成对环境的污染。
(2)重复使用(Reuse),既是降低成本的需要,又是减废的需要,诸如化学过程叶,催化剂、载体等。
(3)回收(Recycling),对科学家而言,世界上没有废物,只有未利用的物质。所以回收可有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求,如回收未反应原料、回收副产物、回收助溶剂、催亿剂、稳定剂等非反应试剂,达到循环使用的目的。
(4)再生(Regeneration),要求在设计化工产品时,就应考虑到原材料、产品的再生利用,即变废为宝,节省资源、能源,减少污染,如离子交换树脂、磺化煤等。
(5)拒用(Reiection),指对一些无法代替,又无法回收、再生和重复使用、有毒副作用、污染作用的原料,拒绝在化学过程中使用。如全国查禁毒鼠强,停止二使用含磷洗衣粉。
2绿色化学与中学化学教育
2.1绿色化学与现在中学化学教材的关系
2.1.1《化学》(全一册,九年义务教育教材)
(1)[实验2]碘的受热,与冷却,该实验就体现了“减量、重复使用”的绿色化学要求。
(2)[实验5-11]CO还原CuO的实验改进中对尾气的处理,增强了学生的环保意识,由此激发学生在实验过程中对尾气、废液等的处理问题的探究。
(3)第六章选学内容“金属元素与人体健康的关系”体现了绿色化学的理念。
2.1.2《化学》(必修,第一册)
(1)(实验4-5]实验室制取氯气的实验中,多余的氯气用氢氧化钠溶液吸收,防止了尾气对环境的影响。
(2)[实验4-8]碘的升华实验采用内装碘晶体且预先密封好的玻璃管,这样就符合“减量、重复使用”的绿色化学要求。
(3)选学内容“海水资源及其综合利用”介绍了海水综合利用的联合体工业体系,这种体系不仅可以降低成本,还可以便海水资源得到充分利用。
(4)[实验6-5]浓硫酸与铜的反应中用浸有碱液的棉花塞住试管口,避免-厂S02的污染,并把反应后的液体倒入废液缸。
2.1.3《化学》(必修加选修,第二册)
(1)[实验1-6]实验室制取氨气的实验中用浸润水的棉花团堵塞试管口,避免了NH3对空气的污染。
(2)第四章“原电池原理及其应用”的教学中指出了化学电源产生的负面影响,并倡导回收旧电池,减少污染。
(3)第六章选学内容“有机溶剂”指出了各种有机溶剂的性能、主要用途及使用注意事项。
虽然我国中学化学教材中,绿色化学的内容还很少,因此在我们的教学中就应该注重对教材的再次开发和利用,挖掘教材中的隐含因素,必须把绿色化学作为一个重要的研究内容。将绿色化学和我们的化学课堂教学紧密联系起来,在课堂教学中不断的渗透绿色化学理念,培养二十一世纪的高素质人才。
2.2绿色化学与素质教育
绿色化学(Green chemistry)是一门从源头上阻止污染的化学,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素质教育的重要内容和必要保证。但如何在实验过程让学生可以在没有毒气污染的环境中进行实验和学习。所以,对绿色化学实验的研究,就成为我们在实施化学素质教育的重要组成部分。
3绿色化学的理念渗透在化学课堂教学中
3.1绿色化学的理念渗透在元素化合物教学中
元素化合物知识是中学化学教学的重要组成部分,元素化合物的教学贯申了整个高中化学的教学重,是学习化学的基础。元素化合物的教学中处处都有绿色化学的思想。如卤素的教学中,氯气用于自来水消毒的利弊、氟利昂对臭氧层的破坏等:
硫和硫的化合物中的酸雨危害与防治、大气的污染与防治等:硅和硅酸盐工业中传统建筑材料的危害及为何提倡使用绿色建筑材料、温室效应的利弊等:氮族元素中对汽车尾气的排放、氮氧化物造成的光化学烟雾、水中氮磷过多造成富氧化而形成赤潮等:几种重要金属中,铝对人体的危害与应用、废气物的污染与分类处理等,用绿色化学的理论指导我们的教学,通过渗透绿色化学教育,让学生经常了解、关注身边的、国内外的环境热点,从而促进其深入了解的兴趣,培养学生的危机感和紧迫感,并将其所学知识运用到生活中去,培养树立防止污染、关注人类生存与发展的责任感+,
3.2绿色化学的理念渗透在化学实验教学中
化学是一门以实验为基础的科学,实验是化学教学的关键。而实验教学是影响学生环境意识的首要手段。教财中所描述要完成的化学实验中,有些却存在着现象不明显、药品用量大(浪费资源)、药品或产物有毒、爆炸等不利师生安全的因素。
因此,在实验教学中要尽量体现绿色化学实验的新要求:省资源、无污染、无废物、多循环、多利用。“保护环境,从我做起”,就不能忽略“绿色化学实验”的教学探究,如果留在反应 容器内的残余毒气处理不当,或实验操作不当等等因素,导致整个室内弥漫着毒气,实验现象:再明显,好奇心再强,都将被室内所弥漫着的毒气所埋没。学生产生恐惧心理,实际上是扼杀了一颗颗探究科学奥秘的心。随着课程改革的不断深入,对培养学生的学习兴趣越来越显的重要,所以,“绿色化学实验”的教学探究在中学化学教学中的重要性也就更加日益显的突出。
3.2.1将常规实验改成微型实验
卤素是高中学习的一个重点,是学生第一次系统学习的非金属元索。但是学习卤素的代表元素氯形成的单质——氯气,是有毒的气体,在研究氯气的性质时,往往将氯水代替氯气来做演示实验和学生实验,以避免氯气的散逸。在实验中,空气中也弥漫着刺激性气味。我们可以实验微型化。取一个cD盒,在盒盖的中心用粗铜丝烫出一个51Tim的圆洞,在CD盒底部中心放入一粒米粒大小的氯酸钾固体,在其四周放入KI和淀粉溶液、NaBr溶液、湿润的红色布条、湿润的pH试纸、FeS04和KSCN混合溶液、滴有酚酞的NaOH溶液,将盒盖盖好后,在盖中心的小洞中滴加1-2滴浓盐酸,观察实验现象。该实验操作简单,实验药品的用量很少,实验中又有尾气的吸收设计,整个实验室几乎闻不到有刺激性气味,本实验体现了化学品使用原则中的减量原则:本实验可以作为学生的分组实验,也可以作为探究氯气的性质实验,学生自己亲自动手,实验现象鲜明,比教师的演示效果要好上百倍。
3.3.2将有毒实验改成封闭实验
高中化学教学中存在很多的有毒实验,如氯气的制备与性质实验、二氧化硫的制备与性质实验,这些实验都是有毒的,除了前面所说的将实验微型化以外,我们还可以将实验改为封闭的实验。气体的制备实验,必须将实验在封闭的状况-卜进行,必须进行对尾气的处理,如氯气的制备实验,教材中就有用NaOH溶液进行尾气的回收。而气体的性质实验,我们可以做到完全封闭。如二氧化硫的性质实验:在若干个试管中收集好二氧化硫气体,并用医用的滴瓶的胶塞封住试管口,用若干个注射器中分别吸取Ba(OH)2、KMn04(H+)、溴水、H2S溶液,分别注入收集好的二氧化硫的试管中,观察实验现象。本实验完全在封闭的条件下进行,无任何有害气体的逸出,可以将演示实验改为学生分组实验,也作为探究物质的性质实验,实验现象观察的更清晰。
绿色化学不是一门独立的学科,它是一种战略、一种方针、一种指导思想、一种研究策略。现行的中学化学教材已经融人了绿色化学知识,我们在化学课堂教学中要时时体现绿色化学原则,渗透绿色化学教育。新一轮的教材改革已经开始。绿色化学的理念更加深入到了教材中,但绿色化学不能取代系统教学,而是必须融合其中,如此便对教师提出了更高的要求:一是更新观念;二是教师本身要进行终身教育,这样才能不断充实自己的知识结构、能力结构。