化学教学中绿色化学理念的渗透

李芬

一、绿色化学理念

化学给人类的衣食住行带来福祉的同时，也对人类赖以生存的环境带来了诸多负面影响。20世纪90 年代初，美国化学会针对日益严重的环境污染问题，为“预防污染、保护环境 ”，提出了“绿色化学”口号。所谓“绿色化学”是指设计对环境没有或者只有尽可能小的负面作用，并且在技术和经济上又可行的化学品过程。它是在合成、催化、工艺、分离等领域实现污染预防的基本的和重要的科学手段。其研究重点是：设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物；从研究、变换基本原料和起始化合物以及引入新试剂入手，探求新的、更安全的、对环境更友好的化学合成路线和生产工艺；改善化学反应的条件，降低其对人类健康和环境的危害，减少废弃物的生产和排放。

绿色化学不是一门全新的科学。它是一种战略思想或一种理念，它要求化学家在研究化学转化的同时，研究这种转化对环境、健康和安全的影响。对大自然和生态环境而言，绿色化学要求社会和经济发展与之协调，不损害和浪费自然资源；对人及动物的生命体而言，绿色化学要求经济发展不损害健康，不危及安全。

绿色化学体现了化学科学、技术和社会的相互联系和相互作用，是社会对化学科学发展的新要求。它对于保护人类赖以生存的环境、实现人类社会的可持续发展具有重要意义。因此，绿色化学的理念，理应成为化学课程与教学改革的重要指导思想。

      二、绿色化学教育

      绿色化学教育是当代学生素质教育的重要内容。传统的化学教育只涉及到物质的组成、化学反应原理等内容，几乎没有从环境保护的角度去研究如何减少或消除化学反应对环境的污染。绿色化学教育是对传统的化学教育思维方式的更新和发展，教育学生在头脑中树立绿色化学的思维方式，从环保的角度去思考反应的绿色性，按照绿色化学的要求，重新研究和设计出新的合成路线、新的生产工艺、新的反应条件，生产出新的绿色化学产品，避免有害物质产生，实施清洁生产和安全生产。绿色化学教育是化学教育内容上的重大更新，是实施可持续发展的重要组成部分。绿色化学教育基于知识素质，同时又凌驾于知识素质，是当代学生综合素质的集中反映。绿色化学教育是化学教育的前沿，又是化学教育发展的必须。具有绿色化学的常识是建设我们未来美好家园的保证。

　　在教学改革中，进行绿色化学的教育，具有紧迫性和必要性。绿色化学理念作为可持续发展素质的重要组成部分是当代学生应具备的基本素质。只有具备较强绿色化学理念和环境保护意识，才能适应社会和经济发展的需要。

三、化学教学中的绿色化学教育

实施绿色化学教育的任务应该是每个化学教师必须履行的义务和责任，目的是培养学生能自发产生防止环境污染的行为和意识，让学生认识到只有切断污染的根源，才能真正实现绿色化学。我们在教学中必须把绿色化学的基本思想、原理、工艺和技术等知识分散并渗透到现有的课程中。

 　（１）结合教学内容对学生进行绿色化学教育

　　在教学中，可把本地区环境污染的典型事例自然的、生动的渗透到化学教学中，让学生亲身体验到污染给人们带来的危害，培养学生对环境保护的责任感及实施绿色化学的重要性。如当地某旅游景点的雕塑，没过几年那崭新而又栩栩如生的形象就失去了光彩甚至会面目全非，除少数人为破坏外，酸雨也是不可推卸责任的罪魁祸首。因此，在学习硫、氮及其化合物的性质时，可有意识的引导学生分析酸雨形成的原因、途径、成分及其危害，启发学生想象并设计出减少酸雨形成的方案及采取的具体措施也可引导学生在闲暇时间对家乡的某些污染进行取样分析，找出污染的根源及治理的措施，并形成详细的实验报告。最后老师可以引导性的进行适当的总结，如ＳＯ_２是大气污染物，主要来自煤、石油和天然气的燃烧，它在大气中滞留时间约一周后变为ＳＯ_３，ＳＯ_３易与湿空气形成硫酸酸雾，湿度、气压变化时形成酸雨。酸雨对自然界和人类危害极大，我国已有２０多个省市、自治区出现过不同程度的酸雨，每年因酸雨而造成农业、森林、建筑损失可达４００亿元。学生对ＳＯ_２的危害性认识清楚了，必然使他们对ＳＯ_２的结构、性质了解得更深入。

　　在教学中，对某些物质的性质进行描述时，同时指出其危害性及解决办法是非常必要的。例如，氯气作为漂白剂和消毒剂有很好的经济效益，现已得知氯气与木质素反应可产生二恶英，所以，用氯气漂白造纸用植物原料是有害的。同时还应指出，用二氧化氯代替氯做漂白剂。可降低９１％二恶英的产生量。如使用过氧化氢和臭氧做漂白剂，则不会产生二恶英和其他有机氯化物。在造纸工业中对于纸浆的漂白剂的选择，过氧化氢、臭氧等绿色氧化剂将逐渐取代氯气。

　　（２）结合原子利用率进行绿色化学教育

　　绿色化学原理的核心内容之一就是反应的“原子经济性”。它的目标是在设计化学合成时使原料分子中的原子更多或全部变成最终希望的产品中的原子，这样才能保证尽量少地产生或不产生废物。当反应的原子利用率达到１００％时，就不产生副产物或废物，真正实现“零排放”。原子经济性给我们指出了实现清洁生产的目标，同时也是评判一个化学反应是否为绿色的、环境友好的重要依据。所以，在教学中结合有关物质的性质，引导学生尽量通过多种途径去设计合成路线，然后选出制备相同量的目标产物时，反应物用量、副产物、步骤都最少，污染又最小的合成路线，这是原子利用率最高的反应途径。如引导学生用铜和硝酸为主要原料制取硝酸铜，学生主要设计出下列３种方案：

　　①Cu+4HNO₃(浓)＝Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

　　②3Cu+8HNO₃( 稀)＝3Cu(NO₃)₂+2NO ↑+4H₂O

        ③2Cu+O₂＝2CuO ；CuO+2HNO₃ ＝Cu(NO₃)₂+ H₂O

由此可以看出，从理论上制取３mol硝酸铜，方案①、②、③所消耗的硝酸分别为12mol、8mol、，6mol，产生有毒气体NOx的量分别为6mol、2mol、0，其原子利用率分别为188/(188+92+36)=59.5%，564/（564+60+72）=81%，376/(376+36)=91.3%,通过分析、计算可知，①消耗的硝酸最多，生成的污染物最多，原子利用率最低，是最差方案；③消耗的硝酸最少，不产生污染环境的气体，原子利用率最高，是最佳方案。

（3）结合环境因子进行绿色化学教育

评价绿色化工的依据是“环境因子”，它是近几年受到关注的评价指标，它比原子利用率更便于评价某种工艺指标。环境因子可定义为，废物的质量与产品质量的比值，其中废物指产品以外的所有其他物质，而没考虑是否可以分离后再利用。废物越少其环境因子的值就越小，对环境保护越有利，在化学教学中，培养学生绿色化工的意识，是社会的呼唤，也是可持续发展的基本要求。所以，在教学中有意识的选择与化工生产有联系的教学内容，引导学生根据绿色化学的原则，设计出既经济又可行的绿色合成途径。例如：实验室制取氧气，可以有以下几条途径：

①2KMnO₄  K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑

②2H₂O₂   O₂↑+2H₂O

③KClO₃   2KCl₂+O₂↑

从环境因子来考虑，显然方案②是最理想的制取方法。

（4）结合实验内容教学进行绿色化学教育

绿色化学使用化学药品必须遵循以下原则，即：①拒用危害品；②减少用量；③循环使用；④回收再用；⑤再生利用。绿色化学实验也应当体现这些原则。教科书上的很多化学实验内容在操作过程中会造成大气或水体污染，如氯气的制取和性质实验、硫及其化合物的性质实验、氮化合物的性质实验及有关重金属盐的实验等等。我们在做实验时，就要引导学生认真考虑这些实验有没有污染环境、是否可循环利用、可回收再用、可再生利用、如何防止污染。所以，在教学中除传授知识和培养实验技能外，还要着重引导对污染环境的化学实验的装置进行改革、创新，使其成为绿色化学实验。

例如我们在上学生实验课时可以大力推广微型化实验。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，具有节省试剂、减少污染、缩短实验时间、安全、节约经费、便于携带等优点，还可以起到激发学生学习化学的兴趣，强化动手能力的训练，培养创新思维，强化环保观念等积极作用。如青霉素药瓶可做试剂瓶、集气瓶；一次性输液器可做导气管、多用滴管；塑料吸引管可做取药管；装药片的塑料板可做点滴板等等。

再例如我们在做实验时可以对一些化学实验进行化学反应绿色化的设计。教科书上制乙烯的实验是用乙醇做反应物，浓硫酸作催化剂，这个反应会产生许多副产物，在教学时可以将装置改为如图1所示的装置进行实验，其反应物不变，催化剂改为氧化铝，使乙醇蒸气在350℃-400℃脱水制乙烯。此实验无副产物，真正实现绿色化学。

 还有学生练习萃取实验时会使用许多四氯化碳，它是有毒物质，是危害品，在做实验时，我们可以采取微型实验法，减少用量，最后将四氯化碳萃取液回收用氢氧化钠溶液进行处理后重新使用。

（5）结合实验操作过程进行绿色化学教育

在化学演示和学生分组实验中，都存在着“废气、废液、废渣”的问题，这些实际问题的处理过程，是培养学生良好的环保习惯和体现绿色化学理念的难得的机会。在实验操作过程中，不能随意把废液倒入下水道、把废气排入空气中。要用相应的液体吸收有毒气体；实验完毕，酸碱性废弃液要中和（如废酸可用石灰水和碳酸钠等中和）后，倒入指定点统一处理，对金属片（铝、铁、锌、铜等）、有机溶剂（如苯、四氯化碳等）进行回收，对银氨溶液进行处理，防止产生爆炸的雷酸银，对于含锌、钡、锰、铜等重金属离子的废液，可加入碱、碳酸盐或硫化钠溶液，使金属离子转变为氢氧化物、碳酸盐或硫化物沉淀。这样对实验废弃物进行无害化处理既可培养学生良好的实验习惯，又使学生学到实际应用技术，还可节约资源、变废为宝、化害为利。

（6）结合实验装置的改进进行绿色化学教育

中学化学一些有毒物质参加或生成的试验，教材中仍沿用旧的实验操作方法。若将这类实验进行改进，既可使操作更合理有效，又能控制排污量或避免污染环境，有利于培养学生的环保意识，体现绿色化学的理念

如：①氯气的制取和性质实验，在实验过程中会有很多的氯气溢出。我们可以用150ml的广口瓶作为容器现制现用，如图2。要产生150ml氯气，需要1.13ml浓盐酸，氯酸钾0.27克。将实验内容进行合理安排。首先取一滤纸条，依次在滤纸条的不同位置上滴上品红溶液、硫化钠溶液、溴化钠溶液、碘化钠溶液，将滤纸条用凡士林一一粘在广口瓶壁上，塞上橡皮塞，加入浓盐酸，则可看到各个反应结果。等集气瓶的氯气充满后，就可以进行铜丝或铁丝在氯气中的燃烧实验，在燃烧实验时，瓶塞要改为玻璃片或是湿的硬纸板，铜丝或铁丝从中间穿过。  

②再如硝酸的氧化性实验，可以改进为用注射器做反应容器。首先在针筒内放置几片铜片，然后将空气排出，吸取少量浓（稀）硝酸，封闭针头，则可以看到红棕色气体（无色气体），实验完毕后，用针头吸取氢氧化钠溶液来处理废气、废液。

       ③红磷转化为白磷的实验，可以在试管内进行，试管口塞一团滴有硫酸铜溶液的棉花，以防白磷外溢。

④浓盐酸和浓氨水的反应，可以改为在粗玻璃管内进行，从两端各滴一滴药品，然后封闭两端，则可以清楚看到白色的烟雾。

⑥硫酸亚铁制备的学生实验必须注意尾气的吸收，因为废铁屑中含有的碳、硫、磷、硅等杂质和硫酸反应时生成H₂S、PH₃等有毒气体，可以用碱液或硫酸铜吸收，防止污染。

四、结束语

将绿色化学教育渗透于化学教学中的做法是可行的。绿色化学教育是化学教育内容上的重大更新，已经得到世界各国政府、企业界和化学界的广泛关注和重视；是实施可持续发展的重要组成部分。当学生在学习化学基础知识的时候就受到绿色化学思想的熏陶，在学习化学课程的同时也就掌握了绿色化学知识，他们在日后的工作中就会自觉地想到和用到绿色化学知识。随着我国教育改革的不断深入和发展，绿色化学教育必将让绿色化学理念在学生的头脑中深深扎根，为以后的工作打下良好的理论基础，促使我国可持续发展战略的实现。要实施绿色化学教育，教师必须有强烈的绿色意识，首先利用自己的言行去感染学生，使其逐渐产生对绿色化学的意识，然后结合具体的事例巧妙而生动地渗透到教学的某些环节中，这样学生在学习知识的过程中，就自然的产生了保护环境、实施绿色化学的意识。要搞好绿色化学教学目前有许多工作要做，只有广大教师认识到绿色化学的重要性，积极参与有关的研讨和教学实践，绿色化学教育才能得到迅速的推广和普及并取得良好的效果。

参考文献

[1]谢志刚、宋仲容、王家平，化学教育，2006，8：25-27

[2]戴明，教学仪器与实验，2006，9：21