關(guān)　寧　張麗霞

（1廣西柳州市第四十中學　廣西柳州　545002；2廣西師范學院化學與生命科學學院　廣西南寧　530001)

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綠色化學理念下氨氣、二氧化硫的制取及性質(zhì)實驗的改進

關(guān)寧1張麗霞2

（1廣西柳州市第四十中學廣西柳州545002；2廣西師范學院化學與生命科學學院廣西南寧530001)

摘要：對中學化學教學中的兩個實驗進行了改進，一是利用廢舊的塑料瓶作反應容器，巧妙地將氨氣的制備及性質(zhì)實驗結(jié)合在一起；二是用微型儀器對二氧化硫的制取及性質(zhì)實驗進行改進。改進后的實驗操作簡單、現(xiàn)象明顯，既能激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，又能提高課堂教學效率，同時又能對學生進行綠色化學的教育。

關(guān)鍵詞：綠色化學；微型儀器；氨氣；二氧化硫

綠色化學是近年來發(fā)展起來的一門新興學科，又稱環(huán)境無害化學、環(huán)境友好化學、清潔化學等。綠色化學的目標在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物，最終實現(xiàn)零排放和零污染，是一門從源頭上阻止污染的化學。世界各國都十分重視綠色化學的教育和發(fā)展，綠色化學已經(jīng)成為現(xiàn)代化學教育的主要發(fā)展方向［1-2］。中學化學實驗是中學生學習化學學科知識的重要途徑，是學生可以通過感官直接感知的實踐過程，學生在實驗過程中，能進一步領(lǐng)悟綠色化學的宗旨，并逐步培養(yǎng)綠色化學的意識。但是中學化學教科書對化學藥品用量沒有明確規(guī)定，有的表述比較模糊。在做分組實驗時，有相當一部分學生取用藥品喜歡“多多益善”，不僅浪費了藥品，而且由化學實驗產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣等也會對周圍環(huán)境造成不同程度的污染。如：在做Cl2制備與性質(zhì)、鹵素的性質(zhì)、Cu和濃H2SO4反應等學生分組實驗時，往往會有有毒氣體進入空氣中，不僅污染空氣，而且直接影響師生健康。因此，在中學實施綠色化學實驗教育，無論從中學生的科學素質(zhì)的培養(yǎng)，還是從生活環(huán)境的責任感與綠色化學理念的形成等方面，都是十分必要的。

高中化學實驗綠色化、微型化［3-6］就是在高中化學實驗教學中以綠色化學實驗的核心理念為指導，對常規(guī)實驗的不合理、安全性能低、污染嚴重等方面加以改進，達到綠色化學的減量、回收、重復使用、盡可能密閉可控、處理尾氣諸方面的要求，實現(xiàn)“盡可能小劑量、省資源、少污染、低成本”的實驗室實驗，進而培養(yǎng)學生良好的化學素養(yǎng)，以實現(xiàn)課程教學目標。

化學實驗綠色化的研究，涉及到實驗指導思想、實驗內(nèi)容選擇、實驗儀器的研制、化學反應過程、實驗裝置和步驟的設(shè)計等實驗方面的研究。如何在實際教學中，結(jié)合當前素質(zhì)教育，把綠色化學綠色新概念、新思想、新要求教育貫穿于中學化學教學的全過程之中，是一個新的研究課題。作為中學化學老師，能夠就地取材，因繁就簡，開發(fā)和創(chuàng)新教材實驗［7］，對中學生是最好的鼓勵和引領(lǐng)。

一、現(xiàn)有教學實驗的不足之處

中學化學教學中，有很多性質(zhì)實驗，用傳統(tǒng)的實驗方法和儀器設(shè)備實驗效果并不明顯且缺乏綠色化學意識，例如：人教版《必修1》將氨氣性質(zhì)的實驗分成氨氣與水的噴泉實驗、氨氣與酸的玻璃棒實驗兩個部分來進行的。但在實際操作中存在以下不足：

①噴泉實驗所用的氨氣采用常規(guī)的實驗室制法，若現(xiàn)場收集，則耗時長，且氨氣易泄漏而造成污染；若課前制好備用，則常因保存不善導致實驗失敗。

②NH3與濃鹽酸的玻璃棒實驗，若為教師演示，則白煙過淡，且保留時間不長，不便于學生觀察；若為學生分組實驗，又會因為不是在密閉條件下進行，眾多學生同時實驗，容易造成室內(nèi)空氣被污染，不利于健康。

③學生對看到的是“煙”還是“霧”存在疑問。

④容易受到風等因素的干擾，影響實驗效果。

又如：二氧化硫的制取及性質(zhì)實驗，該實驗出現(xiàn)在高中化學人教版《必修1》第四章第三節(jié)，是高中化學課程中非常重要的實驗，內(nèi)容多，難記憶。如果學生沒有經(jīng)過實驗的親身體會，對這些實驗的印象都不深，學習也比較困難。但是該實驗無論是老師演示還是讓學生自己動手做，儀器都比較復雜，藥品用量多，而且二氧化硫的氣味難聞，具有刺激性，對身體和環(huán)境都會造成不良影響。

二、基于主流化學理念的實驗改進

基于“環(huán)保、高效”以及“綠色化學”“安全化學”等理念，本文針對上述實驗中存在的不足，進行了如下改進：

1.基于“環(huán)保、高效”理念的氨氣性質(zhì)改進實驗

將NH3的性質(zhì)實驗一次性完成、成功率高且不污染環(huán)境、實驗器材廉價易得，不易破碎、便于學生分組實驗等是本次實驗改進的目的。

（1）實驗用品

①器材：圓底燒瓶（250mL）或塑料洗手液瓶（250mL），分液漏斗（50mL），三個透明軟塑料瓶（如礦泉水瓶，250mL，需干燥），玻璃導管，燒杯，止水夾，少量棉花等。

②藥品：氫氧化鈉固體（分析純），濃氨水，少量濃鹽酸，酚酞指示劑。

（2）實驗裝置圖

圖1　氨氣性質(zhì)實驗裝置圖

（3）操作步驟及實驗現(xiàn)象

①瓶A內(nèi)放少量NaOH固體，分液漏斗中裝濃氨水；

②瓶B、瓶C均為滴有酚酞的水；

③瓶D放置一團滴有濃鹽酸的棉花。

組裝連接好裝置后，打開止水夾K1、K3，關(guān)閉K2，旋開分液漏斗活塞，制取氨氣；當看到D中出現(xiàn)大量白煙，C中溶液顏色很紅且產(chǎn)生氣泡緩慢后，關(guān)閉K1、K3，打開K2，擠壓瓶B，將水擠入燒瓶內(nèi)后松手。即可看到燒瓶內(nèi)形成美麗的噴泉，同時瓶B變扁。

通過這樣的改進后，我們能看到，噴泉實驗中，水幾乎充滿整個燒瓶，瓶B被壓扁，讓學生很容易看到壓強在此實驗中的作用；瓶D的瓶壁上有大量的白色固體物附著，讓學生對白煙有了直觀的認識。

（4）本實驗的設(shè)計亮點

①有理有據(jù)：噴泉實驗的原理是利用內(nèi)外壓強差所形成的，而礦泉水瓶受壓很容易變形，會看到很明顯的現(xiàn)象，于是我們用廢棄的礦泉水瓶組裝了實驗裝置。

②取材方便：充分利用廢棄的礦泉水瓶，材料易得且不易破碎的特點，體現(xiàn)廢物利用，靈活處理問題的思想。

③敢于創(chuàng)新：礦泉水瓶蓋容易打孔，且可用粘膠粘住縫隙，實驗過程中，只要旋緊瓶蓋氣密性就會很好，避免不易在橡膠塞上打孔，且易漏氣等常見問題。

④重視環(huán)保：整個實驗在密閉條件下進行，避免了NH3、HCl向室內(nèi)擴散，有較高的安全性，充分體現(xiàn)“綠色化學”。

⑤拆裝方便：關(guān)鍵部分的連接使用膠管、止水夾，拆裝方便，導管不易折斷；且礦泉水瓶的蓋子規(guī)格幾乎都是統(tǒng)一的，便于更換。

⑥操作簡單：無論是教師做還是學生來完成，都很容易操作，且成功率高。

⑦直觀性強：無論是燒瓶內(nèi)形成的噴泉，瓶B的變扁，還是瓶D中的大量白煙，抑或是燒杯中的溶液變紅，現(xiàn)象均十分明顯，使學生通過實驗觀察對氨氣的性質(zhì)有較強的感性認識；特別是壓扁的礦泉水瓶能讓學生深切感受到大氣壓的存在和氨氣的極好的水溶性。

⑧安全性高：實驗的主要材料為礦泉水瓶，即使實驗出現(xiàn)誤操作，也不用擔心出現(xiàn)炸裂，濺傷人。

⑨高效性：整個實驗耗時約2分鐘，為噴泉實驗的分析和拓展延伸騰出了更多的時間。

我們對氨氣性質(zhì)實驗改進后，無論是教師做還是學生來完成，都很容易操作，且成功率高充分調(diào)動了學生學習的興趣與積極性，初步落實了“用實驗讓化學課堂成為學生快樂的體驗場”。

2.基于“綠色化學、安全化學”理念的SO2制取及性質(zhì)實驗的改進

在對二氧化硫的制取及性質(zhì)實驗，我們采用微型實驗儀器來完成這一系列實驗。改進后的實驗裝置如圖2。

（1）實驗裝置改進：用6孔井穴板代替了6個反應器，塑料滴管代替了分液漏斗。

（2）實驗操作步驟：

①先檢查氣密性。在后5個井穴中裝入少量水，蓋好長進短出的導管塞，在第1個井穴的長導管上插入塑料滴管，擠壓滴管，各井穴中均有氣泡冒出，說明氣密性良好。然后把水倒掉。

圖2　二氧化硫的制取及性質(zhì)實驗的微型儀器裝置圖

②滴管裝濃硫酸，6個井穴分別按照表1加入所需藥品。6個井穴在整個實驗中的作用如表1描述。

表1　井穴中加入的藥品及其作用

③蓋好長進短出的塞子，吸1/5滴管的濃硫酸，插入第1個井穴的長導管上，輕輕擠壓滴管，反應發(fā)生了。我們可以很快看到石蕊變紅，品紅和高錳酸鉀褪色，硫化鈉溶液中有黃色的渾濁，一次性驗證了二氧化硫的幾種性質(zhì)。

3.實驗的創(chuàng)新點

①使用了微型實驗儀器，藥品用量很小，從源頭上防止了化學實驗造成的污染，所以二氧化硫幾乎沒有造成污染，真正達到綠色、環(huán)保、健康。

②微型實驗儀器成本低，體積小，操作方便，一次性把SO2的制取、酸性、漂白性、還原性、氧化性全部檢驗完，實驗現(xiàn)象明顯，操作簡單。

③按每小組幾人一套，甚至可以一人一套，可以實現(xiàn)“人人動手，邊講邊實驗”的理想化教學模式，可以使學生對化學的探究更有興趣。

我們對二氧化硫的制取和性質(zhì)實驗改進后，從源頭上解決了污染的問題，不用到實驗室這樣有通風設(shè)備的地方，就在課堂上就可以實現(xiàn)，操作簡單，成功率高，充分調(diào)動了學生學習的興趣與積極性，可以讓學生對以前只能在習題或者課本上看到的實驗現(xiàn)象有了直觀的認識，印象深刻。

三、總結(jié)

中學化學實驗是中學化學教學將理論與實踐相結(jié)合的重要手段，實驗易操作、實驗現(xiàn)象明顯、實驗設(shè)計的合理性及嚴密性、實驗的環(huán)保理念等對中學生正確理解和掌握知識、培養(yǎng)學習興趣和科研素養(yǎng)、掌握實驗操作、拓展思維模式等有著極其重要的作用?；瘜W實驗的綠色化創(chuàng)新和改進，可以調(diào)動學生學習化學的積極性和主動性，培養(yǎng)其對化學的興趣，并加深對知識的理解和記憶，可以為提高課堂教學高效性提供策略和典型范例，這樣的實驗改進，能夠輕松實現(xiàn)綠色化教學，讓學生順理成章接受綠色化學理念，使學生認識到，化學絕不意味著污染，更高層次的化學、對環(huán)境友好的綠色化學等待我們?nèi)W習、去探究、去發(fā)展。

參考文獻

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doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.036

文章編號：1008-0546（2016）04-0094-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B