付國妮

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036）

綠色化學(xué)理念下的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

付國妮

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，安徽 合肥 230036）

在綠色化學(xué)理念的指引下，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)采取了開展微型實(shí)驗(yàn)、實(shí)施試劑少量化、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、選擇系列實(shí)驗(yàn)、回收再利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物等有效措施實(shí)現(xiàn)綠色化教學(xué)研究，在取得較好教學(xué)效果的同時(shí)，降低了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，減少了環(huán)境污染.

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；綠色化學(xué)理念；教學(xué)研究

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是我?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)分中心為大一新生開設(shè)的一門獨(dú)立的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新精神，同時(shí)注重學(xué)生環(huán)保意識的培養(yǎng).作為農(nóng)林院校的必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)班級和人數(shù)較多，這就導(dǎo)致許多常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)室乃至整個(gè)環(huán)境的污染更加嚴(yán)重，同時(shí)也危害了師生身體健康.為了更好地保護(hù)師生身體健康和生態(tài)環(huán)境，在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中實(shí)施綠色化學(xué)是可持續(xù)發(fā)展的必要選擇.筆者在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程中，通過不斷探索、實(shí)踐，開展了部分無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化教學(xué)研究，降低了實(shí)驗(yàn)試劑的損耗，減少了環(huán)境污染，取得了較好的教學(xué)效果，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一些不足.

1 綠色化實(shí)驗(yàn)教學(xué)采取的有效措施

1.1 采用微型實(shí)驗(yàn)

微型化實(shí)驗(yàn)具有操作簡便、試劑用量少、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、節(jié)省時(shí)間、減少污染等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的一種有效途徑.

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)主要是通過觀察明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如溶液顏色的改變、沉淀的生成或溶解、氣體的產(chǎn)生等，來驗(yàn)證物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì).因此，對于性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，試劑用量可以采取微量化，只要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于觀察，實(shí)驗(yàn)便達(dá)到教學(xué)效果.

對于本中心所開設(shè)的“氧化還原反應(yīng)”性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，在“氧化劑、還原劑與氧化還原反應(yīng)”、“氧化劑與還原劑的相對性”、“電極電勢與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系”和“介質(zhì)的酸度對氧化還原反應(yīng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，所需氧化劑、還原劑只要幾滴至十滴即可觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.如“介質(zhì)的酸度對氧化還原反應(yīng)的影響”中“酸度對氧化還原反應(yīng)速度的影響”實(shí)驗(yàn)，只需在兩只試管中各加入0.1 m o l·L-1K B r 10滴、0.05 m o l·L-1K M n O42滴，其中一只試管中加入3 m o l·L-1H2S O410滴，另一支加入3 m o l·L-1H2S O41滴,在觀察比較兩支試管中紫色褪去的快慢時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯：加入10滴3 m o l·L-1H2S O4的試管中溶液紫色的褪去比加入1滴3 m o l·L-1H2S O4的試管中溶液的褪色快的多.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明：增大溶液酸度，可以增強(qiáng)的K M n O4的氧化性，從而加快氧化還原反應(yīng)速度.

1.2 實(shí)施試劑少量化

可以微型化的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)只是無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一部分，一些常用的操作如升溫、加熱、攪拌、沉淀分離等，因儀器本身的限制，不能設(shè)計(jì)成微型實(shí)驗(yàn)，仍需做常規(guī)實(shí)驗(yàn).為了實(shí)施無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化，在不影響培養(yǎng)學(xué)生基本技能以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，可適當(dāng)減少試劑的用量.

“粗食鹽的提純”制備實(shí)驗(yàn)中，常規(guī)稱取5.0 g或10.0 g粗食鹽.本校學(xué)生在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)合本中心實(shí)際教學(xué)條件，稱取2.0 g粗食鹽，經(jīng)過加熱溶解，加入0.5 m L B a C l2溶液去除S O42-雜質(zhì)離子，檢驗(yàn)S O42-去除完全后，繼續(xù)加入0.5 m L N a O H、1.0 m L N a2C O3以除去粗食鹽中的C a2+、M g2+、B a2+等雜質(zhì)，檢驗(yàn)C a2+、M g2+、B a2+等雜質(zhì)離子去除完全后，采用普通漏斗常壓下一步過濾去除泥沙以及雜質(zhì)離子生成的沉淀，濾液濃縮，烘干，即可得到精食鹽.經(jīng)過稱重，學(xué)生可制備0.8-1.6 g精食鹽，完全滿足教學(xué)大綱中規(guī)定教學(xué)要求.

1.3 簡化實(shí)驗(yàn)方法

有些常規(guī)實(shí)驗(yàn)雖然不能進(jìn)行微型化或小型化，但可以充分開動學(xué)生的創(chuàng)新思維，選擇簡單易行的實(shí)驗(yàn)方法，以減少儀器和試劑的使用，實(shí)現(xiàn)綠色理念下的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn).

“中和熱的測定”實(shí)驗(yàn)中，在N a O H和H C l于簡易量熱計(jì)中反應(yīng)前，要保證N a O H溫度和H C l溫度一致.雖然N a O H和H C l同處于室溫環(huán)境中，但N a O H溫度與H C l還有一定的溫差，常用的是使用酒精燈加熱溫度偏低的溶液.但由于二者溫差較小，且進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度較低，本實(shí)驗(yàn)完全可以用手溫?zé)釡囟容^低的溶液使其與溫度較高溶液溫度一致.該操作不需要任何儀器和試劑，即可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，又環(huán)保節(jié)能.

1.4 開展系列實(shí)驗(yàn)

在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，許多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互聯(lián)系，可充分利用相關(guān)反應(yīng)，讓前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物作為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物，以減少化學(xué)試劑的消耗和廢液的排放，這也是實(shí)現(xiàn)綠色化無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要方法.

“配合物性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中的“沉淀平衡與配位平衡”實(shí)驗(yàn)，即是在一試管中加入5滴0.1 m o l·L-1A g N O3溶液，然后按下列順序依次完成實(shí)驗(yàn)：

逐滴加入0.1 m o l·L-1N a C O3溶液至剛出現(xiàn)沉淀；逐滴加入2 m o l·L-1N H3·H2O溶液至沉淀剛?cè)芙?；加?-2滴0.1 m o l·L-1N a C l溶液至剛沉淀；逐滴加入6 m o l·L-1N H3·H2O溶液至沉淀剛?cè)芙?；加?滴0.1 m o l·L-1K B r溶液至剛沉淀；逐滴加入1 m o l·L-1N a2S2O3溶液至沉淀剛?cè)芙?；加?滴0.1 m o l·L-1K I溶液至剛沉淀；加入適量N a2S2O3（s）至沉淀剛?cè)芙?；逐滴加?.1 m o l·L-1N a2S溶液至剛沉淀.本實(shí)驗(yàn)中銀的難溶物與配合物之間相互轉(zhuǎn)化，通過觀察到的明顯的沉淀生成和溶解現(xiàn)象，讓學(xué)生充分理解沉淀平衡與配位平衡的相互影響：難溶物和配合物之間總是向著更穩(wěn)定的化合物方向發(fā)展的，達(dá)到教學(xué)效果的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化.

1.5 回收再利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物

在綠色化學(xué)理念的指引下，不再任意棄置、排放實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，可對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行選擇性的回收利用,不僅節(jié)約化學(xué)試劑,更重要的是可減少或避免有害物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境.

“硫酸亞鐵銨的制備”實(shí)驗(yàn)中，2.0 g鐵屑與20 m L3m o l·L-1H2S O4，充分反應(yīng)，抽濾后可得到9.0-10.0 g的濕的硫酸亞鐵銨晶體，烘干后硫酸亞鐵銨的質(zhì)量還是可觀的，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將硫酸亞鐵銨統(tǒng)一回收，保存，可在以后的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)中用作反應(yīng)物.學(xué)生用自己的研究成果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以讓他們有一種成就感，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，同時(shí)又讓他們深刻理解綠色化學(xué)的理念.

2 實(shí)驗(yàn)中存在的不足

在開展綠色化無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，一些對師生身體健康和環(huán)境危害較大的實(shí)驗(yàn)仍只能進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn).“硫酸亞鐵銨的制備”實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)物為機(jī)械行業(yè)產(chǎn)生的鐵屑，在敞開的實(shí)驗(yàn)裝置中，廢鐵屑中含有的硫、磷等雜質(zhì)和硫酸反應(yīng)時(shí)生成的H2S、H3P等有毒氣體，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室彌漫著強(qiáng)烈的刺激性氣味，直接危害師生身體健康，不符合綠色化學(xué)的要求，此類實(shí)驗(yàn)還需進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)有害氣體的零排放.

3 展望

筆者在教學(xué)過程中主要將上述五種方法有機(jī)的結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化，在培養(yǎng)了學(xué)生較高實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，顯著地降低了教育成本，而且從很大程度上減少了環(huán)境污染，更重要的是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中樹立了環(huán)保意識.但是，對于急需改進(jìn)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)，希望能得到相關(guān)的政策支持和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入，以不斷地開拓創(chuàng)新，更加完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器，最大程度上實(shí)現(xiàn)綠色理念下的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn).

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A

1673-260X（2012）07-0216-02

2012年安徽省高等學(xué)校省級優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目（2012SQRL066）；2011年安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)校青年基金重點(diǎn)項(xiàng)目；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)穩(wěn)定和引進(jìn)人才科研資助項(xiàng)目