苑 娟，萬 焱，褚意新

（河南中醫(yī)學院 藥學院，河南 鄭州 450046）

綠色化是21世紀實驗室建設和實驗教學工作的方向和目標，培養(yǎng)具有綠色環(huán)保理念的高素質(zhì)人才是大學教學的重要任務。實驗教學環(huán)節(jié)通過學生的親身體驗成為培養(yǎng)學生綠色環(huán)保理念的第一重要環(huán)節(jié)，因此各高校實驗工作者在實驗改革和綠色實驗室建設方面的研究和探索從未止步［1－11］。二組分氣－液平衡相圖實驗是高等院校物理化學課程的經(jīng)典實驗和必開實驗。但該實驗理論抽象難懂、儀器操作復雜、試劑消耗量大、測量數(shù)據(jù)點多、數(shù)據(jù)處理技巧性強，初學者在有限學時內(nèi)往往難以做出理想結(jié)果。本文結(jié)合多年的教學實踐，提出了對該實驗的綠色化創(chuàng)新改革方案。

1 改進實驗裝置

沸點測定儀是該實驗的主體裝置。酒精燈是該實驗最經(jīng)濟的加熱方式，但酒精燃燒的廢煙污染實驗室空氣，給師生的身體健康帶來影響，且使用不當易引起火災。電加熱絲加熱雖然快捷、方便，但學生在實驗操作過程中往往因?qū)嶒灢襟E不熟悉，且急于求成，極易導致電壓過高，燒斷加熱絲。鑒于此，我們引入了低壓恒流電源（型號 WLS－2，測量范圍0～2A；0～15 V），其最高電壓不超過電加熱絲的額定電壓（15V），有效避免了學生因操作不當對儀器的損壞。同時，為解決該實驗耗時長的問題，把幾個沸點儀串聯(lián)起來共用一個冷卻系統(tǒng)，裝置如圖1所示，這樣不僅達到了縮短實驗時間、節(jié)約用水的目的，而且讓同組的學生都有獨立操作實驗的機會。當然，為確保實驗的準確性和圖形的成功繪制，串聯(lián)沸點儀中貝克曼溫度計的基溫需及時校正。

圖1 沸點儀的串聯(lián)示意圖

2 巧選實驗體系

該實驗所采用的二組分體系主要有環(huán)己烷－乙醇［12］、乙醇－正丙醇［13］等，而采用正丙 醇－水為體系的相關研究報道較少。本校近年嘗試了正丙醇－水的二組分體系相圖實驗，該相圖屬于具有最低恒沸點的類型。正丙醇－水體系的選擇滲透著綠色化學的理念。首先，水綠色無污染、廉價易得。水代替有機試劑，大大減少了試劑使用量和廢液排放，更符合綠色實驗室建設宗旨。其次，實驗中發(fā)現(xiàn)，學生在實驗操作中往往用蒸餾水清洗完沸點儀后，未進行干燥處理就直接加樣實驗，若采用的是環(huán)己烷－乙醇、乙醇－正丙醇等非水體系，水的引入使該體系由二組分體系直接變?yōu)槿M分體系，使實驗失去意義。但若采用正丙醇－水體系，則可以輕松地消除人為錯誤給實驗帶來的影響，且正丙醇－水體系的最低恒沸點也易從實驗測到。實踐證明，采用正丙醇－水體系進行實驗，結(jié)果理想可靠。圖2是采用學生實驗數(shù)據(jù)繪制的正丙醇－水的T－X相圖，由圖2可見，該相圖氣相線和液相線距離較寬，圖像較完美。

圖2 水－正丙醇的T－X相圖

3 試劑配制因時制宜

傳統(tǒng)的試劑配制方式是每組學生自己配制，實驗完畢作為廢液倒掉，不僅造成試劑的巨大浪費，而且污染環(huán)境，與綠色環(huán)保的理念相違背。目前高校主要采用“提前配制法”和“逐次添加法”來解決試劑浪費問題［14－15］。“提前配制法”即由實驗員提前配制好不同濃度的一系列溶液，實驗結(jié)束放回原瓶循環(huán)利用，其濃度的微小浮動可通過少量添加不同組分的方式進行微調(diào)。循環(huán)利用的次數(shù)越多，試劑利用率越高，從長遠講該法是最經(jīng)濟節(jié)約的方式?！爸鸫翁砑臃ā奔丛诜悬c儀中先添加一定量的純組分進行實驗，而后逐次少量添加另一組分使體系濃度逐漸變化，邊添加邊實驗，直至完成所有實驗點的測量。該法與傳統(tǒng)試劑配制方法相比，可顯著提高試劑利用率，減小浪費，但當平行實驗班較多時仍不如“提前配制法”經(jīng)濟，因此該法主要適用于平行實驗班較少的情況。

我校物理化學實驗為大循環(huán)實驗，全年開設情況不均衡。每年上半年平行班級較多，達6～7個，下半年平行班級較少，只有1～2個。針對實際情況，我們對試劑的配制采取了不同方式，當平行班級較多時采用提前配制法，當平行班級較少時采用逐次添加法，以達到減小試劑消耗和污染的綠色化實驗方式。

4 數(shù)據(jù)測量因樣而異

該實驗不僅要測量不同濃度樣品的沸點，而且要測其達到氣－液兩相平衡時氣相和液相的折射率，以求平衡兩相的濃度，并最終做出T－X相圖。不難發(fā)現(xiàn)，該實驗的待測樣品中有2個是特殊的，一個是純水，另一個是純的正丙醇，都是純物質(zhì)體系，即T－X相圖中兩端點的樣品。理論上講，這2個樣品達氣－液兩相平衡時，其兩相的折射率應該相等，即濃度相等（x＝y(tǒng)），因此實驗時只需測其沸點，而無需測兩相的折射率。但作為初學者，幾乎所有的學生在測完這2個樣品的沸點后都盲目地測量其氣、液兩相的折射率，不僅浪費了實驗時間，更嚴重的是，由于各種人為誤差的引入，他們測出的兩相折射率大多不相等，結(jié)果直接導致純物質(zhì)體系氣－液平衡兩相的濃度不相等，做出的T－X相圖兩端不是封閉的，而是開口的，與相關理論大相徑庭。為避免此類現(xiàn)象的屢次發(fā)生，在實驗講義和該實驗臺的醒目位置均設置了提醒標志，該措施大大降低了實驗的錯誤率。

5 結(jié)束語

本文從實驗儀器的升級改造、實驗裝置的串聯(lián)、實驗體系的巧妙選擇、試劑配制方式的靈活變化、數(shù)據(jù)測量的恰當處理等方面對二組分氣－液平衡相圖實驗的綠色化改革進行了闡述。實踐證明，該措施簡便實用、效果顯著。綠色實驗和綠色實驗室建設是一項長期而艱巨的工程，必須持久付出辛勤勞動和聰明智慧。

（References）

［1］喬薇，陳慧珍，葉燕媚，等.構(gòu)建新校區(qū)綠色化學實驗平臺的探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2011，30（12）：187－189.

［2］楊天文，楊文遠，倪剛.改革實驗教學，走綠色化學之路［J］.實驗技術與管理，2012，29（4）：17－20.

［3］陳功軒，張蕾，黃青，等.創(chuàng)建綠色高效無機化學實驗室的探討［J］.實驗技術與管理，2012，29（9）：187－190.

［4］郝玉蘭，張榮明，王俊，等.綠色化學實驗教學體系的探索與實踐［J］.實驗室科學，2012，15（5）：9－13.

［5］苑娟，王俊敏，李曉飛，等.藥學專業(yè)物理化學實驗教學的綠色化改革［J］.藥學教育，2011，27（4）：57－59.

［6］張穎，姜文清，卞國慶.環(huán)己烯合成實驗的綠色化改進［J］.化學教育，2012（3）：65－68.

［7］張鳳秀，葉霞.綠色化學在我國化學實驗教學改革中的應用［J］.大學化學，2010，25（3）：29－34.

［8］平措，馬橘紅.物理化學實驗室綠色化建設初探［J］.實驗技術與管理，2009，26（12）：132－133.

［9］周亶，李學軍，黃祖洪.構(gòu)建綠色化學實驗室之淺見［J］.高教論壇，2007（1）：47－49.

［10］楊連利，郭乃妮.對化學實驗教學綠色化的探討［J］.大學化學，2007，22（4）：18－20.

［11］梅付名，莫婉玲，馬利芬.物理化學實驗中的綠色化學教育［J］.化學教育，2003（12）：42－43.

［12］崔黎麗.物理化學實驗指導［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2007.

［13］張師愚，楊慧森.物理化學實驗［M］.北京：科學出版社，2002.

［14］周益明，孫冬梅，邵忠明.一種調(diào)整雙液系濃度的簡捷方法［J］.南京師大學報：自然科學版，1997，20（3）：34－36.

［15］梅燕，馬密霞.關于“完全互溶雙液系的氣液平衡相圖”實驗的改進［J］.邢臺師范高專學報，1999，14（4）：68－70.